A VOC hulladékgáz-kezelő rendszer megoldásának részletei
A gazdaság gyors fejlődésével a szerves illékony vegyületek (VOC-k) nagy száma az utóbbi években a levegőszennyező anyagok egyik fő forrásává vált, ami komoly veszélyt jelent az emberi egészségre és az ökoszisztéma egyensúlyára, a VOC-k szabályozásának vége pedig széles körű társadalmi figyelmet keltett.
A meglévő egyterminális levegőkezelési technológia alapján részletesen tárgyaljuk a nagy szennyvízmennyiséghez és alacsony VOC-koncentrációhoz alkalmas kombinált adszorpciós koncentráció-katalitikus égéstechnológia elvét, folyamatát, kutatási helyzetét és fejlesztési kilátásait.
A VOC gázok főként a következő káros anyagokat okozzák a légkörben:
(1) Némelyik mérgező és rákkeltő, és veszélyezteti az emberi egészséget;
(2) Az illékony szerves vegyületekben (VOC) található szénhidrogének és nitrogén-oxidok ultraibolya fény hatására ózont képeznek, ami légköri fotokémiai szmoghoz vezethet, és veszélyeztetheti az emberi egészséget és a növények növekedését;
(3) Részt vesznek a légkörben lévő másodlagos aeroszolok képződésében. A másodlagos aeroszolok többsége finom részecske, amelyeket nem könnyű lerakni. Hosszabb ideig a légkörben maradhatnak, és erős szórási erejük van a fényre, ami jelentősen csökkentheti a légköri láthatóságot;
Jelenleg számos városi légköri környezetben megfigyelhető a regionális páraszennyezés, az ózon és a savas eső, valamint további három összetett légszennyezési jellemző, és az illékony szerves vegyületek (VOC) az egyik legfontosabb szennyező anyag.
VOC gázok általános kezelési technológiája:
A VOC-k szabályozása sürgetővé vált, a jelenlegi VOC-gázkezelési technológia főként két kategóriába sorolható:
(1) A forrásnál történő szabályozás konkrétan a termelési folyamat során kibocsátásként keletkező illékony szerves vegyületek (VOC) kibocsátásának megelőzésére vagy csökkentésére irányuló intézkedéseket jelenti, ami a szerves hulladékgáz-szennyezés szabályozásának legjobb módszere. A technikai szint korlátozottsága miatt azonban elkerülhetetlenül különböző koncentrációjú szerves hulladékgáz kerül a környezetbe, ami nehezen valósítható meg.
(2) A VOC-gáz termelés végén történő szabályozásának és eltávolításának irányítási módszere két kategóriába sorolható: újrahasznosítási technológia és megsemmisítési technológia.
Visszanyerési technológia: fizikai módszerek alkalmazása a VOC-gáz roncsolásmentes kinyerésére, főként aktív szén adszorpciós módszer, kondenzációs módszer, membránkezelési módszer stb. Ez a fajta módszer nemcsak a VOC-kibocsátás hatékony szabályozására alkalmas, hanem az újrahasznosítás is erőforrásokat takaríthat meg és gazdasági előnyökkel járhat, ezért egyre nagyobb figyelmet kap.
Megsemmisítési technológia: azaz kémiai vagy biológiai reakciófolyamatokon keresztül a VOC-k hulladékgáz oxidációjával történő lebontása nem mérgező vagy alacsony mérgezőségű anyagokká, roncsoló módszerekkel. A fő technológiák az égetés, a fotokatalitikus lebontás, a plazma technológia és a biológiai lebontás.
A VOC hulladékgáz-kezelési technológia egyetlen kezelési folyamat, az VOC hulladékgáz-kibocsátásának konkrét helyzetétől és követelményeitől függően kell kiválasztani a megfelelő eljárást; A VOC-k széles választéka, az összetett összetevők, az eltérő tulajdonságok miatt sok esetben a tisztítási technológia alkalmazása gyakran nehézkes és nagyon gazdaságtalan az irányítási követelmények teljesítése szempontjából. A különböző egységkezelési technológiák előnyeit kihasználva a kombinált kezelési eljárás nemcsak a kibocsátási követelmények teljesítését teszi lehetővé, hanem a berendezés üzemeltetési költségeinek csökkentését is.
A zeolit rotorkoncentráció + katalitikus égésrendszerek fő technológiája:
Az VOC gázok kezelésére használt első technológia az adszorpciós módszer, amelyek közül a leggyakrabban használt és legjellemzőbb az aktív szén adszorpció. Az aktív szén adszorpciós módszer a halogénfüst és a benzol adszorpciójára és kezelésére nagyon elterjedt az iparban. Az adszorpciós módszer fő elve a nagy fajlagos felületű porózus anyagok használata adszorbensként. Amikor a VOC gáz átáramlik az adszorbensen, az adszorbens nagy fajlagos felületének köszönhetően a VOC molekulák a mikropórusok belső felületén csapdába esnek, így gáztisztítási hatást érnek el. Új kombinációként és hatékony VOC adszorpciós kezelési technológiaként a zeolit kerekes rotorkoncentrátor + katalitikus égéstechnológia széles körben elterjedt külföldön.
(1) Az adszorbens típusa
Az adszorpciós anyag a keréktechnológia magja, amelyet általában aktív szénnek és zeolit molekulaszűrőnek használnak. Az aktív szén gazdag mikropórusokkal, nagy fajlagos felülettel, erős adszorpciós kapacitással és gyorsasággal rendelkezik, ezért széles körben használják a keréktechnológiában. Az aktív szén adszorbensként a hulladékgázok kezelésére nagy adszorpciós kapacitással rendelkezik, alacsony költséggel jár, de a pórusai könnyen eltömődnek, és maga az aktív szén is gyúlékony, deszorpciókor könnyen meggyullad, ami biztonsági kockázatot jelent, nem felel meg a biztonsági gyártási követelményeknek, és a gyakorlati alkalmazás során károsodni fog.
A zeolit molekulaszűrő egyfajta hidrátanyag, amelynek kristályos alumínium-szilikát fémsó vázszerkezete van. Az általános kémiai képlet a következő:
[ (A102)x - (SiO2)y] -zH20o
Ahol M a kationt, m a vegyértékállapotok számát, z a hidratációk számát, x és a tízezer egész szám, a szerkezet aktiválása után A. A fejrészben lévő víz eltűnik, és a fennmaradó komponensek egy 3~10 Å nyílású ketrecszerkezetet alkotnak.
A zeolit molekulaszűrő szelektív adszorpciós kapacitása főként a szabályos szerkezetének köszönhető. A zeolit molekulaszűrő nyíláselrendezésének szabályai és egyenletes eloszlása miatt az adszorpció kiválasztása főként azért van így, mert a különböző zeolit nyílásméretek eltérőek. Normál körülmények között csak a molekulaszűrő nyílásméreténél kisebb molekuláris dinamikus átmérőjű molekulákat adszorbeálja a molekulaszűrő.
A különböző típusú molekulaszűrők vázszerkezetében és pórusméretében is nagy eltérések vannak, és a molekulaszűrők vázszerkezete fokozatokon belül változékony, így egyes, a pórusméretnél valamivel nagyobb molekuladinamikai átmérőjű molekulák is adszorbeálódhatnak általa, de az adszorpciós sebesség és az adszorpciós kapacitás jelentősen csökken.
Mivel a szerkezetben kationok vannak, és a vázszerkezet negatív töltésű, maga a molekulaszűrő polaritású. A zeolit molekulaszűrő kationja erős pozitív elektromos mezőt generál, hogy vonzza a poláris molekulák negatív centrumát, vagy a polarizálható molekulákat a zeolit molekulaszűrő elektrosztatikus indukciója révén a polarizáció után.
Ezért a zeolit molekulaszűrők képesek adszorbeálni az erős polaritású vagy könnyen polarizálódó molekulákat, de a kinetikus átmérőjük valamivel nagyobb, mint a pórusméretük. Mivel a molekulaszűrő speciális pórusszerkezettel rendelkezik, így különleges teljesítményt nyújt, magas hőmérsékleten és alacsony nyomáson is kifejtheti adszorpciós kapacitását. Jelenleg az adszorpcióhoz gyakran használt molekulaszűrő típusok a 13X, NaY, mercerit és ZSM-5.
A zeolitkerék-elv bevezetése
A tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy ha a feldolgozott hullámosított és sík kerámia rostpapírból szervetlen kötéssel méhsejtkereket készítenek, majd a kerék csatornáján vízelnyelő zeolitot alkalmaznak, akkor a kerék nedvszívó kerékké válik. A kísérletek azt mutatták, hogy az adszorpciós kerék nagyon hatékony a VOC-k tisztításában.
A zeolit lefolyótisztító berendezés koncentrációs zónája három részre osztható: kezelési zónára, regenerációs zónára és hűtőzónára. A lefolyótisztító berendezés folyamatosan működik minden zónában. A VOC szerves hulladékgázt egy előszűrőn, majd a lefolyótisztító berendezés kezelési területén szűrik.
A kezelési területen lévő VOC-kat adszorbens adszorpciója távolítja el, és a tisztított levegőt a dúsítóberendezés kezelési területéről vezetik el. A dúsítóberendezésben adszorbeált szerves hulladékgáz VOC-kat deszorbeálják és 5-15-szörösére koncentrálják forró levegős kezeléssel a regenerációs területen.
A koncentrált futófolyadékot a hűtőzónában lehűtik, és a hűtőzónán átáramló levegőt felmelegítik és újrahasznosított levegőként használják a tisztítás és az energiatakarékosság érdekében.
Katalitikus oxidációs folyamat:
A katalitikus égésfolyamatot egy katalitikus égésegységben hajtják végre. A szerves hulladékgázt egy hőcserélőn keresztül 200-400 °C-ra előmelegítik, majd az égéstérbe jutnak. A katalizátorágyon való áthaladás során a gázkeverékben lévő szénhidrogén- és oxigénmolekulák adszorbeálódnak a katalizátor felületén, illetve aktiválódnak. Mivel a felületi adszorpció csökkenti a reakció aktiválási energiáját, a szénhidrogének alacsonyabb hőmérsékleten gyorsan oxidálódnak az oxigénmolekulákkal, szén-dioxiddá és vízzé.
Zeolit rotor adszorpciós koncentrációja - katalitikus égési folyamat:
A zeolitkerék-koncentrációs katalitikus égéstechnológia alapötlete, hogy az ipari hulladékgázban található alacsony koncentrációjú és nagy levegőmennyiségű VOC-kat adszorpciós elválasztási módszerrel választják el és koncentrálják, majd a nagy koncentrációjú és kis levegőmennyiségű szennyezett levegőt a koncentrálás után égési módszerrel bontják és tisztítják, amelyet általában adszorpciós elválasztási koncentráció + égési bomlási és tisztítási módszernek neveznek.
A méhsejt szerkezetű adszorpciós csúszógyűrű a héjban van elhelyezve, adszorpciós, regenerációs és hűtési zónákra osztva, és lassan, óránként 3–8 fordulat sebességgel forog a sebességszabályozó motor meghajtása alatt.
A három zóna – adszorpció, regeneráció és hűtés – rendre a kezelőlevegő, a hűtőlevegő és a regeneráló levegő légjárataihoz van csatlakoztatva. Továbbá, a légcsatorna és az adszorpciós cső kerülete, valamint az egyes zónák közötti héj közötti levegőszivárgás megakadályozása érdekében az elválasztó lemez és az adszorpciós cső kerülete és a héj magas hőmérsékletnek és oldószereknek ellenálló fluorkaucsuk tömítőanyaggal van ellátva.
Az 1. számú ventilátor a VOC-kat tartalmazó kipufogógázt a futócső „a” területén, az adszorpciós területen hajtja át. Különböző adszorpciós anyagok tölthetők be a futócsőbe a különböző céloknak megfelelően. Az adszorbeált VOC-k „a” régiója a futócső forgásával a deszorpcióhoz a „b” régióba jut. A magas hőmérsékletű levegőáram az 1. hőátadón keresztül deszorbeálja a futócsőn adszorbeált VOC-kat, és a 2. hőátadón keresztül eléri a gyulladási hőmérsékletet, majd belép a katalitikus égéstérbe a katalitikus oxidációs reakcióhoz. Mivel a futócsövet a deszorpció után adszorbeálni kell, a deszorpciós terület mellé egy „c” hűtőzónát helyeznek el, amelyet levegővel kell hűteni, és a lehűtött meleg levegő forró levegővé válik a deszorpcióhoz az 1. hőátadón keresztül.
A jelenlegi chipgyártás, LCD panelipar, félvezetőipar, nyomdaipar, bevonatipar és más ipari termelési területeken a fix gyártási módszer nagyszámú szerves oldószert igényel, amelyeket tisztítószerként, fotorezisztként, sztrippelőfolyadékként, hígítószerként stb. használnak. Ez a folyamat nagyszámú szerves hulladékgázt eredményez. Ezek a szerves hulladékgázok nagy mennyiségű levegőt tartalmaznak, alacsony koncentrációjú hulladékgázt. Az ilyen típusú, VOC-komponenseket tartalmazó hulladékgázok hatékony kezelése érdekében a zeolit rotoros adszorpciós és koncentrálási módszer jelenleg a leghatékonyabb kezelési módszer.
Zeolit forgókoncentrációjú + katalitikus égésrendszerek alkalmazási tartománya:
A zeolit forgó dúsító és katalitikus égésrendszerek széleskörű alkalmazási lehetőségekkel rendelkeznek, számos iparágat és füstgázkezelési körülményt lefedve. Ezt az innovatív technológiát főként alacsony koncentrációjú és nagy légtérfogatú füstgázkezelési körülmények között használják, és számos ipari alkalmazásra alkalmas.
A zeolit rotoros koncentrátor egyik fő előnye, hogy képes olyan füstgázokat is kezelni, amelyek nem tartalmaznak halogéneket, például S, N, Cl, F stb. Ha ezek az összetevők jelen vannak, akkor az égés előtti előkezelési szakaszban kezelhetők, így biztosítva, hogy az égési folyamat után ne keletkezzenek új füstgáz-összetevők.
Ezenkívül a kipufogógáz forráspontja nem lehet túl magas ahhoz, hogy hatékonyan lehessen kezelni ezzel a rendszerrel. Ha a forráspont meghaladja a 300°C-ot, és forró levegőnek van kitéve, a zeolit molekulaszűrőn adszorbeált szerves hulladékgáz hosszú ideig nem deszorbeálódik, ami befolyásolja a kezelési folyamat hatékonyságát.
Ez a fejlett technológia számos iparág számára alkalmas, beleértve a vegyi üzemeket, festőüzemeket, gyógyszeripari vállalatokat, elektronikai gyárakat, bútorgyártókat, csomagoló- és nyomdaipari vállalatokat, valamint festőüzemeket. Hatékonyan kezeli a szerves oldószereket és a szerves hulladékgáz-kibocsátást ezekben a változatos iparágakban, így sokoldalú és értékes megoldást kínál azoknak a vállalatoknak, amelyek fejleszteni szeretnék hulladékgáz-kezelési folyamataikat.
Figyelemre méltó, hogy a hulladékgázok adszorbeálhatók, majd deszorbeálhatók a zeolitokkal, így alkalmasak a kezelésre. Ha azonban a füstgáz S-t, N-t, Cl-t, F-et és más komponenseket tartalmaz, az égés után másodlagos szennyező anyagok keletkeznek, és nem alkalmas katalitikus égéskezelésre.
Összefoglalva, a zeolit forgódúsító és katalitikus égésrendszerek széleskörű alkalmazási lehetőségekkel rendelkeznek, és megbízható és hatékony megoldást kínálnak a VOC-k (illékony szerves vegyületek) hulladékgáz-kezelésére különböző iparágakban. A nagy levegőmennyiségek és az alacsony koncentrációk kezelésére való képessége értékes eszközzé teszi a kipufogógáz-kezelési folyamatok fejlesztése során.