產(chǎn)品說明
針對實驗室高濃度廢氣治理,廢氣成分主要是H2\N2\CO\CO2\低碳烴、有氧化合物??赡墚a(chǎn)生廢氣最大量約為120m3/h,有機(jī)物排放量約9kg/h,廢氣濃度達(dá)到75g/m3 ,CO裝置處理量應(yīng)為2000 m3/h.
催化氧化是典型的氣固相催化反應(yīng),其實質(zhì)是活性氧參與深度氧化作用。在催化氧化過程中,催化劑的作用是降低反應(yīng)的活化能,同時使反應(yīng)物分子富集于催化劑表面,以提高反應(yīng)速率。借助催化劑可使有機(jī)廢氣在較低的起燃溫度條件下發(fā)生無焰燃燒,并氧化分解為CO2和H2O,同時放出大量熱。其化學(xué)反應(yīng)方程式如下:
催化氧化適用于VOCs含量較高的廢氣,一般適用于VOCs含量1000~8000mg/Nm3。根據(jù)尾氣中的氧含量高低及尾氣中VOCs的濃度,考慮是否要補(bǔ)充空氣。
實驗室廢氣匯總至一套催化氧化處理裝置,尾氣匯總后,進(jìn)入催化氧化處理裝置,廢氣先在混合罐中與空氣混合,混合罐頂部與出口管線均設(shè)置在線LEL檢測儀,當(dāng)有機(jī)物含量超過25%LEL后,系統(tǒng)報警并緊急停車?;旌峡諝夂蟮膹U氣進(jìn)入氣體換熱器,通過氣體換熱器回收凈化后的高溫氣體熱量,再通過電加熱器進(jìn)行溫度補(bǔ)償,確保進(jìn)入反應(yīng)器前,廢氣溫度達(dá)到300℃(可根據(jù)尾氣處理效果在250~400℃范圍內(nèi)調(diào)整)。當(dāng)混合后氣體中VOCs濃度達(dá)到2500mg/Nm3以上時,換熱器回收的熱量可以使尾氣達(dá)到反應(yīng)器入口要求,電加熱器不需要工作。加熱后的氣體進(jìn)入催化氧化反應(yīng)器,反應(yīng)器內(nèi)裝填高活性耐高溫催化劑,針對不同有機(jī)組分,起燃溫度在250~400℃,催化氧化正常工作溫度為250~400℃,催化劑最高工作溫度為700℃,極限耐受溫度為900℃。在催化劑的作用下,廢氣中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。催化氧化正常工作最高VOCs濃度不應(yīng)超過6000mg/Nm3,對應(yīng)床層溫度≤700℃,短時間(≤0.5h)極限濃度為7450mg/Nm3,對應(yīng)床層溫度≤900℃。催化劑長時間在700℃以上使用,會縮短催化劑壽命。使用溫度超過900℃過長時間(不易超過0.5h),有催化劑報廢風(fēng)險。催化氧化后的尾氣通過氣體換熱器回收熱量,再通過風(fēng)機(jī)排放,風(fēng)機(jī)為防爆變頻離心風(fēng)機(jī),根據(jù)催化床層溫度反饋進(jìn)行PID變頻調(diào)節(jié),確保整套裝置處于負(fù)壓狀態(tài)。
催化氧化為放熱反應(yīng),氣體中VOCs濃度越高,則放熱量越大,催化床層溫升也越劇烈,若不加控制,很容易發(fā)生飛溫現(xiàn)象,引發(fā)安全事故。同時,催化氧化催化劑有一定的溫度使用范圍,本方案采用的催化劑,最高使用溫度為700℃,超過700℃,將會縮短催化劑使用壽命,極限耐受溫度為900℃,超過900℃0.5h以上,將會造成催化劑表面玻璃化,催化劑活性喪失。
當(dāng)廢氣中VOCs濃度較低時,放熱量不足以維持催化氧化裝置運(yùn)行,需要電加熱器提供額外的能量,此時不會產(chǎn)生床層飛溫。
當(dāng)廢氣中VOCs濃度達(dá)到能夠維持催化氧化裝置運(yùn)行時,此時的濃度稱為VOCs熱平衡濃度。
當(dāng)廢氣中VOCs濃度升高到床層溫度達(dá)到600℃時,需要開啟換熱器旁路,減少回收的熱量,此時的濃度稱為VOCs旁路濃度。
當(dāng)廢氣中VOCs濃度升高到換熱器旁路開啟,床層溫度達(dá)到700℃,此時的濃度稱為VOCs最高濃度。
當(dāng)廢氣中VOCs濃度升高到換熱器旁路開啟至最大,床層溫度達(dá)到900℃,此時的濃度稱為VOCs極限濃度。
催化氧化裝置只能在短時間內(nèi)(≤30min)承受超過最高濃度的廢氣VOCs濃度,但不能超過VOCs極限濃度,否則有催化劑報廢的風(fēng)險。故此,當(dāng)床層溫度超過800℃時,系統(tǒng)會連鎖停車。
本方案對VOCs熱平衡濃度、VOCs旁路濃度、VOCs最高濃度和VOCs極限濃度進(jìn)行了模擬計算,結(jié)果見圖2-3-1~2-3-3。
圖2-3-1 熱平衡濃度模擬計算
VOCs熱平衡濃度為2450mg/Nm3(絕熱計算)。
圖2-3-2 VOCs旁路濃度模擬計算
VOCs旁路濃度為3630mg/Nm3(絕熱計算)。
圖2-3-3 VOCs最高濃度模擬計算
VOCs最高濃度為5920mg/Nm3(絕熱計算)。
圖2-3-4 VOCs極限濃度模擬計算
經(jīng)計算,VOCs最高濃度為7540mg/Nm3(絕熱計算)。