一種橡膠VOCs廢氣旋流吸附‑芬頓降解耦合處理成套方法與設備與流程
2023-05-29 02:43:01 1
本發明針對化工行業中橡膠輪胎的生產過程，尤其是橡膠VOCs廢氣旋流吸附—芬頓降解耦合處理成套方法與設備。
背景技術：
：橡膠輪胎的生產製造是橡膠行業的主體部分，約佔橡膠行業工業生產總值的90％以上。橡膠輪胎在生產製造過程中會產生大量廢氣，並且組分複雜。根據美國國家環保總局編制的《空氣汙染物排放係數彙編》，橡膠輪胎廢氣排放因子高達63種，其主要排放因子為顆粒物、非甲烷總烴、氨氣、苯乙烯、硫化氫、二甲苯、甲硫醇、甲硫醚等物質。除顆粒物、氨以及硫化氫以外，其他主要排放因子都可以歸為揮發性有機物(VOCs)的範疇。VOCs不僅會造成大氣汙染，並且對人類健康危害巨大，會讓人們感到頭痛、噁心、嘔吐、四肢乏力，甚至出現抽搐昏迷。橡膠輪胎VOCs廢氣具有濃度低、氣量大、成分複雜等特點，現今VOCs廢氣治理技術分為物理回收技術和化學銷毀技術兩大類。物理回收技術包括壓縮冷凝、吸附、吸收等，化學銷毀技術包括(催化)燃燒、(催化)氧化、催化轉化、生物轉化等。大部分企業處理VOCs時都採用吸附法或燃燒法，或者兩種相結合的方法。吸附法是利用多孔性吸附劑處理流體混合物，從而使其中一種或數種組分濃縮於吸附劑表面，通常採用的吸附劑以活性炭為主。吸附設備可分為固定床、流化床和移動床吸附裝置。近年來國外及我國臺灣地區流化床和移動床吸附裝置發展較快，在實際工程中應用廣泛；日本吳羽公司開發的流化床吸附系統佔地面積小，VOCs去除率可達95％以上。Lillo-Rodenas等選擇不同結構的活性炭，對低濃度苯和甲苯進行吸附研究，發現小於0.7nm的微孔對低濃度的VOCs吸附起到支配作用。Hsieh等研究了多種VOCs在活性炭上的吸附能分布，指出VOCs分子的尺寸、結構、極性等均會影響吸附行為。然而，由於橡膠行業廢氣排放量大、VOCs組分複雜，導致吸附設備佔地大、吸附劑成本高、吸附劑再生困難、易產生二次汙染等問題。另一方面，可實現VOCs轉化或徹底銷毀的燃燒、氧化、催化轉化等技術在橡膠行業VOCs控制中也有著廣泛的應用。這些技術可將VOCs轉化為無害的烴類、CO2、水等。近年來，在熱力燃燒的基礎上增加了蓄熱體作為熱能儲存與再利用裝置，發展了蓄熱式熱力燃燒技術(RTO)。RTO技術關鍵在於選用合適的蓄熱體，並適時控制閥門切換周期和適時啟停燃燒器控制反應室溫度。利用催化劑可降低有機物氧化所需活化能並提高反應速率，從而在較低溫度(300～500℃)下將有機物降解，一般採用貴金屬Pd為催化劑，價格較為昂貴。近年來，又新發展了蓄熱式催化燃燒技術(RCO),然而上述技術存在著設備複雜難以放大、操作不穩定、效率低、成本高等問題。因此，本領域迫切需要開發一種能夠低成本，操作穩定，同時不產生二次汙染的橡膠VOCs廢氣旋流吸附—芬頓降解耦合處理成套方法與設備。技術實現要素：為了克服上述現有方法的不足，本發明提供了一種橡膠VOCs廢氣旋流吸附—芬頓降解耦合處理成套方法與設備。一種橡膠VOCs廢氣旋流吸附—芬頓降解耦合處理成套方法，包括：(1)橡膠VOCs廢氣吸附單元：將來自外管的VOCs廢氣輸送至碳球加料罐，實現活性炭吸附顆粒預混合。混合相從旋流吸附分離器頂部入口切向進入，在三維湍流流場作用下，活性炭旋轉流動同時產生對VOCs廢氣高效吸附作用，實現VOCs吸附和分離同時進行，旋流吸附分離器可為單級或多級串聯或並聯，淨化達標的氣體由吸附分離系統經引風機送至外排管網。經吸附後富含VOCs廢氣的活性炭顆粒從吸附分離器底部輸送至產物脫附單元。(2)脫附—再生單元：脫附—再生單元：來自外管氧化劑作用下，富含VOCs廢氣的活性炭在降解再生槽中，通過芬頓氧化降解，將所吸附的VOCs廢氣氧化降解成水和二氧化碳，降解後的生成的水相和殘渣不定期外排，同時活性炭連續再生，再生後的活性炭經漿料泵送至碳球加料罐，實現循環使用。優選的，所述的橡膠廢氣排放因子高達63種，其中以揮發性有機物(VOCs)為主要排放因子。優選的，所述的活性炭具有吸附—芬頓催化雙功能，耦合芬頓氧化過程，以實現短流程VOCs捕集吸附及飽和吸附劑再生過程。優選的，所述的橡膠VOCs廢氣吸附方法，可採用單極或多級旋流吸附的串聯或並聯。優選的，所述的炭球加料罐設置多臺，並聯連接，以確保後續淨化裝置的連續穩定運行。優選的，所述的活性炭作為吸附劑，可循環使用。另一方面，本發明提供了一種橡膠廢氣旋流吸附—芬頓降解耦合處理成套設備，該成套設備包括：Ⅰ級旋流吸附分離器，用於進行第一次低精度氣固吸附分離；Ⅱ級旋流吸附分離器，用於進行第二次高精度氣固吸附分離；與旋流吸附分離系統相連的降解再生槽，用於實現VOCs廢氣芬頓氧化降解及活性炭吸附顆粒再生；與降解再生槽相連的碳球加料罐，用於VOCs廢氣和活性炭的混合；漿料泵和引風機，用於提供動力運輸。優選的，所述的降解再生槽內設攪拌設備，用於將各組分攪拌混合均勻，提高傳質，傳熱速率。優選的，所述的炭球加料罐設有兩個進料管和出料管。優選的，所述的降解再生槽內部設有過濾網，用於將吸附劑與降解殘液分離。優選的，所述的旋流吸附器內活性炭顆粒回收率達99％以上。本發明的裝置特點如下：旋流吸附分離器多級串聯或並聯，一次處理效率達98％以上，廢氣中的惡臭排放濃度＜200。本發明採用旋流吸附法去除VOCs廢氣，通過芬頓氧化降解VOCs廢氣，同時將吸附劑進行再生回用，具有不產生二次汙染，縮短方法流程、降低操作和控制難度、深度高效脫除VOCs廢氣等優點，適用於多種橡膠VOCs廢氣處理系統。本發明採用的設備具有易集成、設備簡單、操作便利、佔地面積小、脫除效率高、便於後期維修更換等優點，可廣泛應用於橡膠生產等領域。附圖說明圖1是本發明的橡膠VOCs廢氣旋流吸附—芬頓降解耦合處理成套方法示意圖。符號說明：1第一碳球加料罐；2第二碳球加料罐；3漿料泵；4降解再生槽；5VOC吸附器Ⅰ級；6VOC吸附器Ⅱ級；7引風機。具體實施方式本發明的技術構思如下：如圖1所示，橡膠輪胎廠排放的VOCs廢氣進入第一碳球加料罐1和第二碳球加料罐2，與活性炭預混合一起輸送至單級或多級旋流吸附分離器，如VOC吸附器Ⅰ級5和VOC吸附器Ⅱ級6，VOC吸附器Ⅰ級5中去除VOCs廢氣後進入VOC吸附器Ⅱ級6淨化；VOC吸附器Ⅰ級5和VOC吸附器Ⅱ級6中富含VOCs的飽和活性炭輸送至產物脫附單元，VOC吸附器Ⅰ級5和VOC吸附器Ⅱ級6旋流分離的淨化達標氣體由吸附分離系統經引風機7送至外排管網。在氧化劑作用下，富含VOCs的飽和活性炭在降解再生槽4中發生芬頓氧化降解反應，降解再生槽4產生的殘渣和殘夜不定期外排，降解再生槽4中活性炭連續再生，由漿料泵3輸送至第一碳球加料罐1和第二碳球加料罐2，循環再使用。在本發明的第一方面，提供了一種橡膠VOCs廢氣旋流吸附—芬頓降解耦合處理成套方法，該方法包括：將來自外管的VOCs廢氣輸送至碳球加料罐，與活性炭吸附顆粒預混合。混合相從旋流吸附分離器頂部入口切向進入，在三維湍流流場作用下，活性炭旋轉流動同時產生對VOCs廢氣高效吸附作用，實現VOCs吸附和分離同時進行，旋流吸附分離器可為單級或多級串聯或並聯，淨化達標的氣體由吸附分離系統溢流口，經引風機送至外排管網。經吸附後富含VOCs廢氣的活性炭顆粒從吸附分離器底部輸送至產物脫附單元。在來自外管氧化劑作用下，富含VOCs廢氣的活性炭在降解再生槽中，通過芬頓氧化降解，將所吸附的VOCs廢氣氧化降解成水和二氧化碳，降解後的生成的水相和殘渣經過濾，從降解再生槽內不定期外排，同時活性炭連續再生，再生後的活性炭從裝置底部，經漿料泵送至碳球加料罐，實現循環使用。在本發明中，橡膠廢氣排放因子高達63種，其中以揮發性有機物(VOCs)為主要排放因子。在本發明中，活性炭具有吸附—芬頓催化雙功能，耦合芬頓氧化過程，以實現短流程VOCs捕集吸附及飽和吸附劑再生過程。在本發明中，橡膠VOCs廢氣吸附方法，可採用單極或多級旋流吸附的串聯或並聯。在本發明中，炭球加料罐設置多臺，並聯連接，以確保後續淨化裝置的連續穩定運行。在本發明中，活性炭作為吸附劑，可循環使用。在本發明的第二方面，提供了一種橡膠VOCs廢氣旋流吸附—芬頓降解耦合處理成套設備，該成套裝置包括：Ⅰ級旋流吸附分離器，用於進行第一次低精度氣固吸附分離；Ⅱ級旋流吸附分離器，用於進行第二次高精度氣固吸附分離；本發明中旋流吸附分離器結構，可參見名稱為「一種高效硫化氫氣體吸收裝置」，申請日是2016年9月21日，申請號是201610494578.6的專利申請文件。與旋流吸附分離系統相連的降解再生槽，用於實現VOCs廢氣芬頓氧化降解及活性炭吸附顆粒再生；與降解再生槽相連的碳球加料罐，用於VOCs廢氣和活性炭的混合；漿料泵和引風機，用於提供動力運輸。本發明中，旋流吸附分離器多級串聯或並聯，一次處理效率達98％以上，廢氣中的惡臭排放濃度＜200。本發明中，降解再生槽內設攪拌設備，用於將各組分攪拌混合均勻，提高傳質，傳熱速率。本發明中，炭球加料罐設有兩個進料管和出料管。本發明中，降解再生槽內部設有過濾網，用於將吸附劑與降解殘液分離。本發明中，旋流吸附器內活性炭顆粒回收率達99％以上。本發明方法和裝置的優點在於：採用旋流吸附系統代替了現有固定床、流化床、攜帶床系統，以微旋流器為核心的旋流吸附系統具有設備結構簡單、操作穩定、可並聯放大、比實際傳質面積大、可耦合併強化反應—分離從而簡化方法系統等諸多優勢。既能解決橡膠行業VOCs去除難題，還能使活性炭循環利用，將VOCs降解為無害物質。採用旋流吸附分離器單級或多級串聯或並聯，有效提高去除硫化氫效果於；該裝置易集成，旋流噴射吸附器、脫附反應器、吸附液再生器直徑小，減少了裝置的總佔地面積和總投資。以上所述內容僅為本發明構思下的基本說明，而依據本發明的技術方案所作的任何等效變換，均應屬於本發明的保護範圍。下面結合實施例對本發明進一步說明，實施例並不限制本發明的範圍。舟山市某橡膠製品企業壓延與成型工段廢氣處理按照本發明方法和裝置進行。具體方法流程如圖1所示，主要操作條件及介質特性如下所示：實施案例：廢氣處理量約為10000m3/h,VOCs濃度為40mg/m3，惡臭濃度3500(無量綱)，顆粒物濃度在1.5mg/m3，進料溫度為30℃，壓力為7Kpa。表1旋流吸附分離器主要操作參數序號參數單位設計值1VOCs廢氣處理量Nm3/h100002活性炭循環量Kg/h53溫度℃304壓力Kpa7表2降解再生槽主要操作參數序號參數單位設計值1VOCs廢氣處理量Nm3/h52活性炭循環量Kg/h4.953溫度℃304壓力Kpa7VOCs廢氣具體組分如下v％：甲苯：12.5％，二甲苯：24.2％，非甲烷總烴：63.3％。允許來自外管的氧化劑流量為10Kg/h，流速為0.23m/s，進口溫度為30℃；技術效果：由於採用本發明方法與裝置，設計實用壽命20年，連續運行周期超過2年。正常運行時，經上述裝置處理後，橡膠尾氣中VOCs濃度為0.4mg/m3，惡臭濃度<100，符合《大氣汙染物綜合排放標準》(GB16297-1996)，其中甲苯的回收率為99.23％；二甲苯的回收率為98.57％：非甲烷總烴的回收率為98％。活性炭的回收率達99.42％。本發明的方法及裝置簡化了系統，節省了成本，能產生極大的經濟效益。以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。當前第1頁1 2 3