VOC-Abgasbehandlungslösung
30.10.2024
Details zur VOC-Abgasreinigungslösung
Mit der rasanten wirtschaftlichen Entwicklung hat sich eine große Anzahl flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) in den letzten Jahren zu einer der Hauptquellen von Luftschadstoffen entwickelt, was eine große Bedrohung für die menschliche Gesundheit und das Gleichgewicht des Ökosystems darstellt. Daher hat die Regulierung von VOCs breite Aufmerksamkeit in der Gesellschaft auf sich gezogen.
Auf der Grundlage der bestehenden Einzelterminal-Luftreinigungstechnologie werden Prinzip, Prozessablauf, Forschungsstand und Entwicklungsperspektiven der kombinierten Adsorptionskonzentrations-katalytischen Verbrennungstechnologie, die für große Abluftmengen und niedrige VOC-Konzentrationen geeignet ist, detailliert diskutiert.
VOC-Gase schädigen hauptsächlich die Atmosphäre:
(1) Einige sind giftig und krebserregend und gefährden die menschliche Gesundheit;
(2) Kohlenwasserstoffe und Stickoxide in VOCs reagieren unter Einwirkung von ultraviolettem Licht zu Ozon, was zu atmosphärischen photochemischen Smogereignissen führen und die menschliche Gesundheit und das Pflanzenwachstum gefährden kann;
(3) Beteiligung an der Bildung sekundärer Aerosole in der Atmosphäre. Die meisten sekundären Aerosole sind Feinstaubpartikel, die sich nicht leicht absetzen. Sie können länger in der Atmosphäre verbleiben und weisen eine starke Lichtstreuung auf, was die Sichtweite erheblich verringern kann;
Gegenwärtig weisen viele städtische Luftverschmutzungsmuster regionale Dunstbelastung, Ozonbelastung und sauren Regen sowie drei weitere komplexe Luftverschmutzungsmerkmale auf, wobei VOCs einer der wichtigsten Verstärker sind.
Gängige Technologien zur Behandlung von VOC-Gasen:
Die Regulierung flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) ist dringend erforderlich; die derzeitige Technologie zur Behandlung von VOC-Gasen lässt sich im Wesentlichen in zwei Kategorien unterteilen:
(1) Die Kontrolle an der Quelle bezieht sich konkret auf Maßnahmen zur Vermeidung oder Reduzierung von VOC-Emissionen im Produktionsprozess und ist die beste Methode zur Kontrolle der organischen Abgasbelastung. Aufgrund technischer Beschränkungen gelangen jedoch unweigerlich organische Abgase unterschiedlicher Konzentrationen in die Umwelt, was schwer zu erreichen ist.
(2) Die Methoden zur Kontrolle und Beseitigung von VOC-Gasen am Ende der Produktion lassen sich in zwei Kategorien unterteilen: Recyclingtechnologie und Zerstörungstechnologie.
Rückgewinnungstechnologie: Hierbei handelt es sich um die zerstörungsfreie Rückgewinnung flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) mittels physikalischer Verfahren. Zu diesen Verfahren zählen vor allem die Aktivkohleadsorption, die Kondensation und die Membranbehandlung. Durch diese Methoden lässt sich die VOC-Emission nicht nur effektiv reduzieren, sondern auch Ressourcen schonen und wirtschaftliche Vorteile erzielen. Daher gewinnen sie zunehmend an Bedeutung.
Zerstörungstechnologie: Das heißt, durch chemische oder biologische Reaktionsverfahren werden VOCs aus Abgasen oxidativ in ungiftige oder schwach giftige Substanzen zersetzt. Zu den wichtigsten Zerstörungsmethoden zählen Verbrennung, photokatalytischer Abbau, Plasmatechnologie, biologischer Abbau usw.
Die Abgasreinigungstechnologie für flüchtige organische Verbindungen (VOCs) ist ein einzelner Behandlungsprozess. Je nach den spezifischen Gegebenheiten und Anforderungen der VOC-Abgasemissionen wird das geeignete Verfahren ausgewählt. Aufgrund der großen Vielfalt an VOCs, ihrer komplexen Zusammensetzung und unterschiedlichen Eigenschaften ist der Einsatz einer einzigen Reinigungstechnologie in vielen Fällen schwierig und unwirtschaftlich, um die gesetzlichen Vorgaben zu erfüllen. Durch die Kombination der Vorteile verschiedener Einzelbehandlungstechnologien kann ein kombinierter Behandlungsprozess nicht nur die Emissionsgrenzwerte einhalten, sondern auch die Betriebskosten der Anlagen senken.
Prinziptechnologie von Zeolith-Rotorkonzentrations- und katalytischen Verbrennungssystemen:
Die erste Technologie zur Behandlung von VOC-Gasen ist die Adsorption. Am häufigsten wird dabei die Aktivkohleadsorption eingesetzt, insbesondere zur Adsorption und Behandlung von Halogenrauch und Benzol. Das Hauptprinzip der Adsorption besteht in der Verwendung poröser Materialien mit großer spezifischer Oberfläche als Adsorptionsmittel. Beim Durchströmen des Adsorptionsmittels werden die VOC-Moleküle aufgrund der großen Oberfläche an den inneren Mikroporenwänden gebunden, wodurch eine Gasreinigung erzielt wird. Eine neue und effiziente Technologie zur VOC-Adsorptionsbehandlung ist die Kombination aus Zeolith-Rotorkonzentrator und katalytischer Verbrennung, die im Ausland weit verbreitet ist.
(1) Art des Adsorptionsmittels
Adsorptionsmaterialien bilden den Kern der Radtechnologie. Häufig werden Aktivkohle und Zeolith-Molekularsiebe verwendet. Aktivkohle zeichnet sich durch zahlreiche Mikroporen, eine große spezifische Oberfläche, eine hohe Adsorptionskapazität und schnelle Adsorptionsgeschwindigkeit aus und findet daher breite Anwendung in der Radtechnologie. Als Adsorptionsmittel zur Abgasreinigung bietet Aktivkohle eine hohe Adsorptionskapazität und niedrige Kosten. Allerdings verstopfen ihre Poren leicht, und Aktivkohle selbst ist leicht entflammbar. Bei der Desorption kann sie sich entzünden, was ein Sicherheitsrisiko darstellt und die Anforderungen an die Produktionssicherheit nicht erfüllt. Dies beeinträchtigt die praktische Anwendung.
Zeolith-Molekularsiebe sind Hydratmaterialien mit einer spezifischen Gerüststruktur aus kristallinem Aluminiumsilikat-Metallsalz. Die allgemeine chemische Formel lautet wie folgt:
[ (A102) x - (SiO2)y] - zH20o
Wobei M das Kation, m die Anzahl der Valenzzustände, z die Anzahl der Hydratationseinheiten und x und zehntausend ganze Zahlen darstellen, verschwindet nach der Aktivierung der Struktur A das Wasser im Kopf, und die verbleibenden Komponenten bewegen sich, um eine Käfigstruktur mit einer Öffnung von 3~10Å zu bilden.
Die selektive Adsorptionskapazität von Zeolith-Molekularsieben beruht hauptsächlich auf ihrer regelmäßigen Struktur. Die Anordnung und gleichmäßige Verteilung der Poren in den Zeolith-Molekularsieben führt zu einer selektiven Adsorption, da die Porengrößen variieren. Unter normalen Umständen werden nur Moleküle mit einem molekularen Durchmesser, der kleiner als die Porengröße des Molekularsiebs ist, adsorbiert.
Es gibt auch große Unterschiede in der Skelettstruktur und der Porengröße verschiedener Arten von Molekularsieben, und die Skelettstruktur von Molekularsieben weist eine Variabilität im Bereich von Grad auf, sodass auch einige Moleküle mit einem molekularen dynamischen Durchmesser, der etwas größer als die Porengröße ist, davon adsorbiert werden können, jedoch werden die Adsorptionsrate und die Adsorptionskapazität deutlich reduziert.
Da die Struktur Kationen enthält und das Gerüst negativ geladen ist, besitzt das Molekularsieb selbst Polarität. Die Kationen des Zeolith-Molekularsiebs erzeugen ein starkes positives elektrisches Feld, um die negativen Zentren polarer Moleküle oder polarisierbarer Moleküle nach der Polarisation durch elektrostatische Induktion anzuziehen.
Zeolith-Molekularsiebe können daher Moleküle mit hoher Polarität oder leichter Polarisierbarkeit adsorbieren, deren kinetischer Durchmesser jedoch etwas größer als ihre Porengröße ist. Aufgrund ihrer speziellen Porenstruktur weisen Molekularsiebe besondere Eigenschaften auf und können ihre Adsorptionsfähigkeit auch unter Bedingungen hoher Temperatur und niedrigen Drucks entfalten. Zu den aktuell häufig für die Adsorption verwendeten Molekularsieben zählen 13X, NaY, Mercerit und ZSM-5.
Einführung des Zeolith-Rad-Prinzips
Die Studie kam zu dem Schluss, dass, wenn verarbeitetes gewelltes und flaches Keramikfaserpapier mittels anorganischer Bindung zu einem Wabenrad geformt und anschließend Zeolith mit Wasserabsorption in den Kanälen des Rades aufgebracht wird, das Rad zu einem Absorptionsrad wird. Experimente haben gezeigt, dass das Adsorptionsrad für die Reinigung von VOCs sehr effektiv ist.
Die Konzentrationszone des Zeolith-Laufbandes lässt sich in drei Bereiche unterteilen: Behandlungszone, Regenerationszone und Kühlzone. Das Laufband durchläuft jede Zone kontinuierlich. VOC-haltige organische Abgase werden durch den Vorfilter und anschließend durch den Behandlungsbereich des Konzentrationslaufbandes geleitet.
Die flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) im Behandlungsbereich werden durch Adsorption an einem Adsorptionsmittel entfernt, und die gereinigte Luft wird aus dem Konzentrationskanal abgeführt. Die im Konzentrationskanal adsorbierten VOCs aus dem organischen Abgas werden im Regenerationsbereich durch Heißluftbehandlung desorbiert und um das 5- bis 15-Fache konzentriert.
Der konzentrierte Kanal wird in der Kühlzone gekühlt, und die durch die Kühlzone strömende Luft wird erwärmt und als Umluft verwendet, um einen Reinigungseffekt und Energieeinsparung zu erzielen.
Katalytischer Oxidationsprozess:
Die katalytische Verbrennung findet in einer katalytischen Verbrennungsanlage statt. Das organische Abgas wird im Wärmetauscher auf 200–400 °C vorgewärmt und gelangt anschließend in die Brennkammer. Beim Durchströmen des Katalysatorbetts werden die Kohlenwasserstoff- und Sauerstoffmoleküle des Gasgemisches an der Katalysatoroberfläche adsorbiert und aktiviert. Da die Oberflächenadsorption die Aktivierungsenergie der Reaktion reduziert, werden Kohlenwasserstoffe bei niedrigeren Temperaturen rasch mit Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert.
Adsorptionskonzentration an Zeolithrotor – katalytischer Verbrennungsprozess:
Die Grundidee der Zeolith-Rad-Konzentrationskatalyse-Verbrennungstechnologie besteht darin, dass die VOCs im industriellen Abgas mit niedriger Konzentration und großem Luftvolumen durch Adsorptionstrennung abgetrennt und konzentriert werden und die verschmutzte Luft mit hoher Konzentration und kleinem Luftvolumen nach der Konzentration durch Verbrennungsmethode zersetzt und gereinigt wird, gemeinhin bekannt als Adsorptionstrennungskonzentration + Verbrennungszersetzung und -reinigungsmethode.
Der Adsorptionsläufer mit Wabenstruktur ist in das in Adsorptions-, Regenerations- und Kühlzonen unterteilte Gehäuse eingebaut und rotiert unter dem Antrieb des Drehzahlreglermotors langsam mit einer Geschwindigkeit von 3 bis 8 Umdrehungen pro Stunde.
Die drei Zonen für Adsorption, Regeneration und Kühlung sind jeweils mit den Luftkanälen für Behandlungsluft, Kühlluft und Regenerationsluft verbunden. Um Luftleckagen zwischen den Luftkanälen und dem Umfang des Adsorptionsrohrs sowie dem Gehäuse zwischen den einzelnen Zonen, der Trennwand und dem Adsorptionsrohr zu verhindern, sind der Umfang des Adsorptionsrohrs und das Gehäuse mit hochtemperatur- und lösungsmittelbeständigem Fluorkautschuk abgedichtet.
Der Lüfter Nr. 1 befördert VOC-haltiges Abgas durch den Adsorptionsbereich a des Ansaugkanals. Je nach Anwendungszweck können verschiedene Adsorptionsmaterialien in den Ansaugkanal eingefüllt werden. Die im Bereich a adsorbierten VOCs gelangen durch die Rotation des Ansaugkanals zur Desorption in den Bereich b. Der durch Wärmeübertragung 1 strömende Hochtemperaturluftstrom desorbiert die am Ansaugkanal adsorbierten VOCs, erreicht durch Wärmeübertragung 2 die Zündtemperatur und gelangt anschließend in die katalytische Brennkammer zur katalytischen Oxidation. Da der Ansaugkanal nach der Desorption erneut adsorbiert werden muss, befindet sich neben dem Desorptionsbereich ein Kühlbereich c, der mit Luft gekühlt wird. Die gekühlte Warmluft wird durch Wärmeübertragung 1 wieder zu Heißluft für die Desorption.
In der Chip-, LCD-Panel-, Halbleiter-, Druck- und Beschichtungsindustrie sowie anderen Produktionsbereichen werden aufgrund ihrer festen Produktionsmethoden zahlreiche organische Lösungsmittel als Reinigungsmittel, Fotolacke, Abbeizmittel und Verdünnungsmittel eingesetzt. Dabei entstehen große Mengen organischer Abgase mit geringen Konzentrationen. Um diese VOC-haltigen Abgase effizient zu behandeln, ist die Adsorption und Konzentration mittels Zeolithrotor derzeit das effektivste Verfahren.
Anwendungsbereich von Zeolith-Rotationskonzentrations- und katalytischen Verbrennungssystemen:
Rotationskonzentrations- und katalytische Verbrennungssysteme mit Zeolithen finden in zahlreichen Branchen und Abgasreinigungssystemen Anwendung. Diese innovative Technologie wird hauptsächlich bei Abgasen mit niedriger Konzentration und hohem Luftvolumen eingesetzt und eignet sich für vielfältige industrielle Anwendungen.
Einer der Hauptvorteile des Zeolith-Rotorkonzentrators ist seine Fähigkeit, Abgase zu behandeln, die keine Halogene wie S, N, Cl, F usw. enthalten. Falls diese Komponenten vorhanden sind, können sie in der Vorbehandlungsstufe vor der Verbrennung behandelt werden, um sicherzustellen, dass nach dem Verbrennungsprozess keine neuen Abgaskomponenten entstehen.
Darüber hinaus darf der Siedepunkt des Abgases nicht zu hoch sein, um mit diesem System effektiv behandelt werden zu können. Übersteigt der Siedepunkt 300 °C und wird das Abgas heißer Luft ausgesetzt, desorbiert das an dem Zeolith-Molekularsieb adsorbierte organische Abgas über einen längeren Zeitraum nicht, was die Effizienz des Behandlungsprozesses beeinträchtigt.
Diese fortschrittliche Technologie eignet sich für eine Vielzahl von Branchen, darunter Chemieanlagen, Lackierereien, Pharmaunternehmen, Elektronikfabriken, Möbelhersteller, Verpackungs- und Druckereien sowie Lackierbetriebe. Sie behandelt effektiv organische Lösungsmittel und organische Abgase aus diesen unterschiedlichen Branchen und ist somit eine vielseitige und wertvolle Lösung für Unternehmen, die ihre Abgasreinigungsprozesse optimieren möchten.
Abgase können von Zeolithen adsorbiert und anschließend desorbiert werden, wodurch sie sich für die Abgasreinigung eignen. Enthält das Abgas jedoch Schwefel (S), Stickstoff (N), Chlor (Cl), Fluor (F) oder andere Komponenten, entstehen nach der Verbrennung Sekundärschadstoffe, und es ist nicht für eine katalytische Verbrennungsbehandlung geeignet.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Zeolith-Rotationskonzentrations- und katalytische Verbrennungssysteme ein breites Anwendungsspektrum aufweisen und zuverlässige sowie effiziente Lösungen zur VOC-Abgasreinigung in verschiedenen Branchen bieten. Ihre Fähigkeit, hohe Luftmengen und niedrige Konzentrationen zu verarbeiten, macht sie zu einer wertvollen Ressource bei der Optimierung von Abgasreinigungsverfahren.