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    紡織印染定型有機廢氣凈化處理工藝及應用

    2020-12-08 14:24:57

    我國紡織印染規模大,工藝路線長,使用有機助劑種類繁多,無組織排放量大,污染非常嚴重,現有定型機有機廢氣治理技術不能完全滿足日益嚴格的環保要求。該文通過調查研究結合國內現有治理技術,對原定型有機廢氣濕式靜電處理系統進行了技術改造,在此基礎上提出了一條新的VOCs廢氣治理技術路線,即增加了活性炭吸附、再生處理和催化氧化裝置系統。經過改造后檢測VOCs總的脫除效率達到95%以上。

    1 定型機原廢氣處理系統介紹

    1.1 概述

    我國是印染大國,由于紡織印染工藝路線長,所采用的有機助劑種類繁多,其無組織排放量大,覆蓋面廣,污染非常嚴重,現有的定型機有機廢氣治理技術不能完全滿足日益嚴格的環保要求。目前,印染行業定型機有機廢氣VOCs的治理技術主要有:“氣/氣熱回收—噴淋洗滌法”、“水/氣冷卻—靜電除塵法”、“熱能回收—噴淋洗滌—濕式靜電除塵法”和“冷卻+靜電+碳纖維吸附+UV光解”處理定型及拉伸有機廢氣,但普遍存在有機廢氣凈化效率較低、運行安全穩定性較差、存在火災事故隱患等問題。另外,VOCs廢氣治理普遍采用的是低溫等離子體、光氧化以及一次性活性炭吸附技術,在京津冀地區約占治理企業的80%以上,其中大部分企業(約占80%以上)都不能實現達標排放。

    1.2 原有定型機VOCs處理工藝

    VOCs原處理工藝如圖1所示。

    6.jpg

    1.3 原工藝設備情況

    系統包括:定型廢氣換熱系統、濕式靜電裝置系統、主風機等,主要設備參數見表1。

    5.jpg

    1.4 原系統說明

    (1)定型廢氣換熱系統

    一般定型機由5個單元組成,每個單元分2個室,每個單元設置一臺定型廢氣排出風機,流量為2000Nm3/h。一臺5單元定型機的有機廢氣總量為10000Nm3/h??諝庥啥ㄐ蜋C底部自然進入,布料定型控制溫度190℃~200℃,定型廢氣排出風機出口廢氣溫度170℃~180℃。定型有機廢氣集中通過定型廢氣換熱器回收熱能,新鮮空氣2000Nm3/h經定型廢氣換熱器加熱至110℃左右后返回到定型機一單元的前兩室內,以提高一單元的前兩室溫度,同時減少定型機進口處冷空氣的進入。

    (2)濕式靜電裝置系統

    定型有機廢氣經換熱后溫度降至75℃,從底部進入濕式靜電裝置系統。濕式靜電裝置包括:濕式靜電裝置、油水分離池、循環泵等。濕式靜電裝置上部為高壓靜電部分,下部為噴淋、冷卻、吸收部分。濕式靜電下部為雙筒體結構,其內筒設置不銹鋼絲網填料、噴淋裝置。內筒上部設置梯形柵板,濕式靜電分離的油污經導流板從塔壁間隙流到底部。通過循環泵,一部分循環水在填料層上面直接噴淋、冷卻、吸收定型廢氣,另一部分循環水則進入濕式靜電裝置的高壓部分,對陽極筒壁進行潤濕和清洗。循環水與油污在油水分離器中分離,比重輕的廢纖維油脂以油污的形式回收利用。廢氣經濕式靜電凈化處理后溫度為30℃~45℃。

    (3)主風機

    定型有機廢氣主風機,應能保證克服煙氣系統阻力并留有適當的余量,主風機全風壓一般在3000Pa~4 000Pa。包括煙道系統阻力300Pa~600Pa,定型廢氣換熱器阻力約200Pa,濕式靜電裝置阻力約1200Pa,活性炭裝置吸附阻力550Pa~1200 Pa。

    2 改造新增加工藝系統

    2.1 活性炭吸附再生

    活性炭對有機廢氣具有良好的吸附性能,吸附熱較小,主要為物理吸附,是目前有機廢氣治理使用最多的方法之一?;钚蕴课绞强赡娴?,被吸附的分子由子熱運動還會脫離固體外表,即:解吸或脫附。隨著吸附的進行,活性炭表面上的有機廢氣逐漸增多,吸附和脫附互為可逆過程。吸附進行一段時間后,當有機廢氣的吸附量與脫附量相等時,吸附和脫附達到動態平衡。

    謝裕壇、金一中等對不同氣速下的活性炭床層壓降進行了測定,發現單位高度活性炭床層壓降的對數值,與氣速在一定氣速范圍內幾乎呈線性關系。郭昊以活性炭AC-1為樣品,床層高度200 mm,在不同流速條件下研究其壓力降。通過對數據進行二次項擬合得到“流速與床層壓降”的關系方程見式(1),活性炭床層有機廢氣流速與壓降的關系如圖2所示。

    △P=554υ+9163υ2 (1)

    式(1)中:△P為單位活性炭床層高度壓降,單位為帕斯卡每米(Pa/m);υ為有機廢氣流速,單位為米每秒(m/s)。

    活性炭吸附定型有機廢氣,適宜的吸附溫度為40 ℃~70 ℃,廢氣流速0.30 m/s~0.50 m/s,活性炭裝填高度600 mm的阻力一般為550 Pa~1 200 Pa。在動態運行情況下,活性炭對定型有機廢氣(甲苯、二甲苯等苯系物)的飽和吸附容量在0.10 g/g~0.24 g/g。

    吸附飽和的活性炭脫附時,采用熱空氣脫附比較經濟。徐勝男等對活性炭脫附進行了熱空氣吹脫實驗研究,認為脫附溫度為180℃、脫附空氣流速0.106 m/s、脫附時間40 min。實際工程應用過程中,當有機廢氣濃度滿足裝置對爆炸極限的要求時,宜采用熱空氣脫附。脫附溫度過過高易引起活性炭氧化。因此,適宜的脫附溫度應低于120℃。再生時空塔流速一般為0.10 m/s~0.15 m/s。

    活性炭吸附有機廢氣接近飽和后引入熱空氣對活性炭進行再生,脫附下的高濃度有機廢氣進入催化床進行催化氧化分解。

    4.jpg

    2.2 催化氧化裝置

    如果廢氣中VOCs的濃度較低(低于1 000mg/m3),氧化反應放出的熱量不能維持催化劑床層的溫度達到起燃溫度以上,這時需要從外部施加一定的熱量, 其量的大小與廢氣中VOCs的濃度和種類有關。當廢氣中VOCs濃度低于100mg/m3時,通過吸附一催化燃燒技術處理超低濃度的VOCs廢氣。通過吸附劑將VOCs濃縮、富集,脫附后獲得濃度較高的VOCs后再進行催化燃燒,因此可以處理低于100mg/m3的VOCs廢氣。

    針對定型有機廢氣中的二甲苯、苯、甲苯等污染物,催化氧化裝置所使用的催化劑起燃溫度低于320 ℃。VOCs濃度1 000mg/m3~3 000mg/m3,濃縮有機廢氣量1 000Nm3/h~2 000Nm3/h,催化劑裝填量70L~100L,使用溫度300℃~380℃,設計空速不大于30 000h-1。

    2.3 吸附再生及催化氧化組合工藝流程

    在主風機出口引入活性炭裝置和催化氧化裝置(圖3)?;钚蕴垦b置設置2套,互為備用,當一套活性炭裝置吸附飽和后,將廢氣切換到另一套活性炭裝置。飽和的活性炭裝置進入活性炭再生,脫附的有機物引入催化氧化裝置分解成水和二氧化碳。經催化氧化裝置處理后的廢氣再回至定型廢氣換熱器回收余熱。

    3.jpg

    2.4 新增主要設備

    主要設備見表3。

    2.jpg

    2.5 處理效果

    根據實測,經過吸附再生及催化氧化組合系統,有機廢氣污染物檢測結果見表4。

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