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活性炭吸附与催化燃烧工艺的存在的问题及注意要点

活性炭吸附与催化燃烧工艺的存在的问题及注意要点

  常见的有机废气处理工艺有:活性炭/棉吸附、生物洗涤吸收、等离子、光催化氧化、冷凝回收、催化燃烧、热力焚烧等。但选择哪种合适有效的处理工艺,就需要根据实际情况进行工艺比选。

  正常情况下,首先需要考虑废气中的污染因子、产生浓度、废气排放量,其次就是要考虑需要的去除效率,在了解上述两方面的基础上,再考虑采用何种工艺。但具体采用哪种工艺合适,还需要进一步对废气的温度、湿度、污染因子特性(熔点、沸点、易燃易爆性、水溶性、是否含有卤素、粘性)以及非有机性污染因子(如:颗粒物)等,做进一步的分析。同时也要兼顾处理工艺的安全性、经济性以及稳定性等。

  1、工艺原理及适用范围

  1.1活性炭是经过活化处理后的碳,其具备比表面积大,孔隙多的特点,使其具有较强吸附能力。颗粒碳比表面积一般可达700—1200m2/g,其孔径大小范围在1.5nm一5um之间。其吸附方式主要通过2种途径:一是活性炭与气体分子间的范德华力,当气体分子经过活性炭表面,范德华力起主导作用时,气体分子先被吸附至活性炭外表面,小于活性炭孔径的分子经内部扩散转移至内表面,从而达到吸附的效果,此为物理吸附;二是吸附质与吸附剂表面原子间的化学键合成,此为化学吸附。活性炭吸附一般适用于大风量、低浓度、低湿度、低含尘的有机废气。

  1.2影响吸附效果的因素

  活性炭的吸附能力主要是受其本身的比表面积、孔隙大小、分子间力、化学键合成等因素影响;而在实际应用中,对活性炭装置的设计,关键是活性炭的过滤面积、过滤风速、活性炭的层厚。

  活性炭过滤风速在《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》(HJ2026—2013)中,可以查到固定床吸附,采用颗粒状吸附剂气体流速宜低于0.6m/s,采用纤维状吸附剂气体流速宜低于0.15m/s,采用蜂窝状吸附剂气体流速宜低于1.2m/s;过滤面积即可根据处理风量和过滤风速计算得出。

  碳层厚度的设计,就需要结合废气的产生浓度、去除效率、活性炭的更换时长等因素进行。一般会采用2种方式计算碳层厚度:一是,根据活性炭需要的更换周期,来确定活性炭的总的装填量,之后再根据过滤面积计算碳层厚度;二是,在考虑吸附箱尺寸大小、碳层风阻、过滤风速的情况下,依照经验直接选定一个厚度值。

  以上设计基于活性炭的吸附速率为一个恒定值或者无限大到可忽略不计的情况下设计的。而实际中吸附速率目前还不能有效计算出,不同的碳、不同的过滤风速、不同的风压等等,都会影响碳层的速率吸附速率。

  实际中影响碳层吸附速率的因素有:吸附质浓度、风压、温度、活性炭比表面积等等,各条件参数之间的关系可以表示为以下公式:
  RTO,RTO焚烧炉,蓄热式热力焚烧炉

  停留时间确定后,活性炭的厚度即可根据设计的过滤风速计算得出。

  同样的条件下,一般活性炭层的厚度越厚,其去除效率也会越高,但实际应用中,为提高设备的经济性,通常要考虑碳层厚度不能无限制的加厚,因此对于活性炭层厚度的选择,需要根据去除效率要求和碳本身的吸附速率,进行有效设计计算。通过图1可以看出,(1)碳层厚度选择小,吸附速率慢,碳层就会容易被穿透,导致去除效率降低;(2)碳层厚度选择大,吸附速率快,碳层就不容易被穿透,碳可以长时间使用。
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