當前我國VOCs排放(fàng)涉及的行業廣,且各行業排(pái)放的VOCs種類繁多(duō)、成分複雜,常見的有烴類、醇類、醚類、酯類等。加油站、裝修、餐飲、幹洗(xǐ)、噴塗、化工等生產或使用有機溶劑的行業都會產生VOCs排放。
此外,VOCs治理技術體(tǐ)係複雜,涉及十(shí)多種技術及組合(hé)技術,一般一個環保(bǎo)治理企業隻能掌握一種或幾種技術。
今天分享的是目(mù)前工業VOCs治理的主流技術之一:活性炭吸(xī)附(fù)技術。
活性炭是應用最廣泛的吸(xī)附劑,其生產和使用可(kě)以追溯到19世紀。活性炭之所以被廣泛使用主要是(shì)因其具有大量的微(wēi)孔和中孔,且表麵積巨大。典型活性炭的孔徑(jìng)分布及(jí)其與其他吸附劑(jì)的比(bǐ)較如下圖所示。
圖源《吸附劑原理與應用》,[美]Ralph T.Yang著
據了解,活性炭吸附技術是VOCs治理的主流技術之一,技術成熟、簡單(dān)易行、治理成本低、適應範圍廣,在(zài)所有的治理技術(shù)中占有非常大(dà)的市場份額,在塗裝、包裝印刷、石油化工、化(huà)學品製造(zào)、醫藥化工和異味治理等領域都得到(dào)了(le)廣泛(fàn)的應用。
但由於業內人員對活性炭的基本性能、活(huó)性炭吸附技術的適用範圍和使用條件等缺乏規律性認識,在活性炭選型、工藝設計和淨化裝備設計中存在較大隨意性,造(zào)成(chéng)淨化設備效率低,存在安全隱患,活性炭再生更換困難等問題。市場上很多環保公司對活性炭吸附技(jì)術過於低估(簡單誤認為活性炭吸附技術無非就是簡單的吸(xī)附—脫附)。
行業的種種不規範及工藝混亂,導(dǎo)致目前不少地方環保主管部(bù)門陷入了“聞炭色變”的誤(wù)區。滿足當前國內VOCs汙染實際(jì)治理工程的(de)實際需要,正確引導行業規範(fàn)活性炭在揮發(fā)性有(yǒu)機物(VOCs)淨化中的應用,顯得至(zhì)關重要。
吸(xī)附法主要適用於低濃度氣態汙染物的吸附分離與淨(jìng)化,對於高濃度的有機氣(qì)體,一般情況下首先需要經過冷凝等工藝進行(háng)“降濃”處(chù)理,然後再進行吸附淨化。對於“油氣”等高濃度VOCs氣體的淨化,也可以采(cǎi)用吸(xī)附法(降壓解吸再生),但對活性炭有一些特(tè)殊的要求。
圖:活性炭吸附裝置,圖源網絡
(一)汙染物濃度(dù)要求(qiú) 除溶劑和油氣儲運銷裝(zhuāng)置的有機廢氣吸(xī)附(fù)回收外,進入吸附裝置的有機廢氣中有機物的濃度應低於其爆炸極限下限的25%。當(dāng)廢氣中有(yǒu)機物的濃度高於其爆炸極限下限的(de)25%時,應使其降低(dī)到其爆炸極限下(xià)限的25%後方可進行吸附淨化。
對於(yú)含有(yǒu)混合有機(jī)化合物的廢氣,其控製濃度P應低於最易爆炸組分或混合氣體爆炸極限下限值的25%,即P<min(Pe ,Pm)×25%,Pe為最易爆組分爆炸極限下限值(%),Pm為混合氣(qì)體爆炸極限(xiàn)下限值,Pm按(àn)照下(xià)式進行計算:
Pm=(P1+P2+…+Pn)/(V1/P1+V2/P2+…+Vn/Pn)
式中:
Pm ——混合氣體爆炸極限(xiàn)下限值,%
P1,P2,…,Pn ——混合有機廢氣中各組分的爆炸極限下限值,%
V1,V2,…,Vn ——混合有機廢氣(qì)中各組(zǔ)分所占的體積百分數(shù),%
n ——混(hún)合有機廢(fèi)氣中所含有機化合物的種數。
(二)氣體溫度要求 進(jìn)入吸附裝置的廢氣溫度宜低於40℃。 (三)廢氣濕度對活性炭吸附性能的影響 1、由於活性炭表麵通常含有大量的含氧基團,一般活性炭均具有較強的吸水能力,與有機物產生競(jìng)爭吸附作用(yòng)。 2、活性炭中含有灰分(金屬氧化物),提高了其吸水能力。 如何提高(gāo)活(huó)性炭的疏水性能 (1)原材料的影響:如煤種的影響、瀝青基球型活(huó)性炭具有較好的疏水能力; (2)高碘值活性炭(揮發份低(dī))的疏水能力通常要優於低碘值的活性炭; (3)對活性炭進行表麵疏水改性,去除(chú)或減少表麵含氧基(jī)團、降低灰分(金屬氧化物)。 (四)顆粒物的含量要求 進入(rù)吸附裝置的顆粒物含量宜(yí)低於1mg/m3。 粉塵:細顆粒物(化工、家具(jù)等(děng)) 漆霧顆粒物(形成氣溶膠):影響最大 絮狀顆粒物:印刷、橡膠、化纖等生產過程產生 (五)廢氣成分的影響 1、活性(xìng)炭的“中毒”(或劣化): 高沸點(或“半揮(huī)發(fā)性(xìng)”)物質再生困難,在活性炭上(shàng)聚集,如矽烷、油脂等化合物,需要通過冷凝、過濾、吸附等預處理(lǐ)首先進(jìn)行去(qù)除(chú); 發生聚合反應,造成在活性炭上聚集,如甲(jiǎ)醛、苯乙烯等; 二(èr)硫化碳(硫化氫(qīng))等吸附反應形成單質(zhì)硫的聚集。 在吸附氣體中即使含有微量的高分子物質或聚合性物質(zhì),在活性炭中聚集,也會很快引起活性炭吸附性能急劇下降。 2、活性炭的(de)反應(yīng)活性(催化(huà)性(xìng)): 活性炭表麵(miàn)具有催化活性,會與一些化合物部分(fèn)進行氧化、水解等(děng)催化反應(yīng)。 典型反(fǎn)應: (1)乙酸乙(yǐ)酯、乙酸丙酯等易(yì)發生水解反應形成(chéng)有機酸; (2)MEK(甲乙酮(tóng))、MIBK(甲基異丁基酮)易被氧(yǎng)化形成有(yǒu)機酸和丁二酮;環己酮(tóng)氧化或聚合形成環亞己基環己酮(tóng); (3)甲醛、苯乙烯(xī)等易發生聚合反應; (4)其他:如樹脂生產中的添(tiān)加劑帶入二甲基乙酰胺和二甲(jiǎ)基甲酰胺在活性炭上會發生水解生產二甲胺,造(zào)成臭(chòu)氣排放問題。 造成的問題: (1)回收的溶劑變色(sè)、發臭(如包裝印刷廢氣); (2)聚合後難再生,造成活性炭中毒(劣化) (3)反應放熱,造成活(huó)性炭著火。 <br style="max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-wor