Деталі рішення щодо системи очищення відпрацьованих газів ЛОС
Зі швидким розвитком економіки, великою кількістю летких органічних сполук (ЛОС), в останні роки леткі органічні сполуки (ЛОС) стали одним з основних джерел забруднювачів повітря, що спричинило велику загрозу для здоров'я людини та балансу екосистеми, а припинення управління ЛОС привернуло широку увагу суспільства.
На основі існуючої технології очищення повітря в одному терміналі детально обговорюються принцип, технологічний процес, стан досліджень та перспективи розвитку комбінованої технології адсорбційно-концентраційно-каталітичного спалювання, придатної для великого об'єму відпрацьованого повітря та низької концентрації летких органічних сполук.
ЛОС (леткі органічні сполуки) завдають головної шкоди атмосфері:
(1) Деякі з них є токсичними та канцерогенними і загрожують здоров'ю людини;
(2) Вуглеводні та оксиди азоту в ЛОС реагують з утворенням озону під дією ультрафіолетового випромінювання, що може призвести до атмосферного фотохімічного смогу та загрожувати здоров'ю людини та росту рослин;
(3) Беруть участь в утворенні вторинних аерозолів в атмосфері. Більшість вторинних аерозолів є дрібними частинками, які нелегко осідають. Вони можуть залишатися в атмосфері протягом тривалого часу та мають сильну розсіювальну силу на світло, що може значно знизити видимість в атмосфері;
Наразі багато міських атмосферних середовищ демонструють регіональне забруднення серпанком, озоновим шаром, кислотними дощами та трьома іншими складними характеристиками забруднення повітря, а леткі органічні сполуки (ЛОС) є одними з найважливіших підсилювачів.
Загальна технологія очищення газів ЛОС:
Управління ЛОС є нагальним, сучасна технологія очищення газів ЛОС в основному поділяється на дві категорії:
(1) Контроль у джерелі, зокрема, стосується заходів щодо запобігання або зменшення викидів летких органічних сполук у виробничому процесі, що є найкращим методом контролю забруднення органічними відхідними газами. Однак через обмеження технічного рівня неминуче трапляються скиди та витоки різних концентрацій органічних відхідних газів у навколишнє середовище, чого важко досягти.
(2) Метод управління контролем та усуненням летких органічних сполук (ЛОС) наприкінці виробництва можна розділити на дві категорії: технологія переробки та технологія знищення.
Технологія відновлення: це використання фізичних методів для відновлення летких органічних сполук (ЛОС) з газу неруйнівними методами, головним чином методом адсорбції на активованому вугіллі, методом конденсації, методом мембранної обробки тощо. Такий метод може не тільки ефективно контролювати викиди ЛОС, але й переробка може заощаджувати ресурси та приносити економічні вигоди, тому йому приділяється все більше уваги.
Технологія руйнування: тобто шляхом хімічної або біологічної реакції ЛОС, що перетворюється на нетоксичні або низькотоксичні речовини, отримані шляхом окислення та розкладання відхідних газів. Основними технологіями є спалювання, фотокаталітична деградація, плазмова технологія, біодеградація тощо.
Технологія очищення відхідних газів від ЛОС – це єдиний процес очищення, і відповідно до конкретної ситуації та вимог щодо викидів ЛОС відхідних газів вибирається відповідний процес. Через широке розмаїття ЛОС, складні компоненти та різні властивості, у багатьох випадках використання технології очищення часто є складним для виконання вимог управління та дуже неекономічним. Використовуючи переваги різних технологій очищення агрегатів, комбінований процес очищення може не тільки задовольнити вимоги щодо викидів, але й зменшити експлуатаційні витрати обладнання.
Принципова технологія систем концентрації цеолітного ротора + каталітичного спалювання:
Першою технологією, що використовується для обробки газоподібних летких органічних сполук (ЛОС), є метод адсорбції, серед якого найпоширенішим і найтиповішим є адсорбція активованим вугіллям. Метод адсорбції активованим вугіллям для адсорбції та обробки галогенних димів і бензолу набув великого поширення в промисловості. Основний принцип методу адсорбції полягає у використанні пористих матеріалів з великою питомою площею поверхні як адсорбенту. Коли газоподібні ЛОС протікають через адсорбент, завдяки великій питомій площі поверхні адсорбенту, молекули ЛОС захоплюються на внутрішній поверхні мікропор адсорбентом, що дозволяє досягти ефекту очищення газу. Як нова комбінація та ефективна технологія обробки адсорбцією ЛОС, технологія цеолітового роторного концентратора + каталітичного спалювання широко використовується в зарубіжних країнах.
(1) Тип адсорбенту
Адсорбційний матеріал є основою технології коліс, зазвичай використовується активоване вугілля та цеолітне молекулярне сито. Активоване вугілля має багаті мікропори, велику питому поверхню, сильну адсорбційну здатність, високу швидкість, що широко використовується в технології коліс. Активоване вугілля як адсорбент для очищення відпрацьованих газів має велику адсорбційну здатність та низьку вартість, але його пори легко закупорюються, а саме активоване вугілля має певну вогненебезпечність, легко займається під час десорбції, що становить певну загрозу безпеці, не відповідає вимогам безпеки виробництва та може бути пошкоджене під час практичного застосування.
Молекулярне сито цеоліту – це різновид гідратного матеріалу зі специфічною скелетною структурою кристалічної металевої солі алюмінієвого силікату. Загальна хімічна формула така:
[(A102)x - (SiO2)y] - zH20o
Де M позначає катіон, m – кількість валентних станів, z – кількість гідратацій, x та десять тисяч – цілі числа, то після активації структури A. Вода в головці зникне, а решта компонентів перемістяться, утворюючи кліткоподібну структуру з апертурою 3~10 Å.
Селективна адсорбційна здатність молекулярного сита цеоліту головним чином зумовлена регулярною структурою. Правила розташування отворів молекулярного сита цеоліту, рівномірний розподіл, вибір адсорбції головним чином пов'язаний з різним розміром отворів цеоліту, за нормальних обставин молекулярне сито адсорбує лише молекули з молекулярно-динамічним діаметром, меншим за діаметр отвору молекулярного сита.
Також існують великі відмінності в структурі скелета та розмірі пор різних типів молекулярних сит, а структура скелета молекулярних сит має мінливість у межах градусів, тому деякі молекули з молекулярно-динамічним діаметром трохи більшим за розмір пор також можуть адсорбуватися ними, але швидкість адсорбції та адсорбційна здатність будуть значно знижені.
Оскільки в структурі є катіони, а скелетна структура має негативний заряд, саме молекулярне сито має полярність. Катіон цеолітного молекулярного сита генерує сильне позитивне електричне поле, щоб притягнути негативний центр полярних молекул або поляризуючі молекули за допомогою електростатичної індукції цеолітного молекулярного сита після поляризації.
Таким чином, цеолітні молекулярні сита можуть адсорбувати молекули з сильною полярністю або легкою поляризацією, але кінетичний діаметр яких трохи більший за розмір їх пор. Оскільки молекулярне сито має особливу структуру пор, воно має особливі характеристики, за умов високої температури та низького тиску також може проявляти свою адсорбційну здатність. Наразі для адсорбції часто використовуються такі типи молекулярних сит, як 13X, NaY, мерсерит та ZSM-5.
Впровадження принципу цеолітового колеса
Дослідження показало, що: якщо обробити гофрований та плоский керамічний волокнистий папір за допомогою неорганічного зв'язування для створення стільникового колеса, а потім нанести цеоліт з поглинанням води на канал колеса, колесо стане абсорбуючим колесом. Експерименти довели, що адсорбційне колесо для очищення від летких органічних сполук є дуже ефективним.
Зону концентрації цеолітного фільтра можна розділити на три частини: зону обробки, зону регенерації та зону охолодження. У кожній зоні фільтр-концентратор працює безперервно. Відхідний газ, що містить леткі органічні сполуки, фільтрується через попередній фільтр, а потім через зону обробки фільтр-концентратора.
ЛОС (леткі органічні сполуки) в зоні обробки видаляються шляхом адсорбції адсорбенту, а очищене повітря виводиться із зони обробки концентраційного фільтра. ЛОС (леткі органічні сполуки) з органічних відхідних газів, адсорбовані в концентраційному фільтрі, десорбуються та концентруються в 5-15 разів шляхом обробки гарячим повітрям у зоні регенерації.
Концентрований бігун охолоджується в зоні охолодження, а повітря, що проходить через зону охолодження, нагрівається та використовується як рециркуляційне повітря для досягнення ефекту очищення та енергозбереження.
Процес каталітичного окислення:
Процес каталітичного горіння здійснюється в установці каталітичного горіння. Органічний відхідний газ попередньо нагрівається до 200-400 °C через теплообмінник, а потім потрапляє в камеру згоряння. Під час проходження через шар каталізатора молекули вуглеводнів та молекули кисню в газовій суміші адсорбуються на поверхні каталізатора та активуються відповідно. Оскільки поверхнева адсорбція знижує енергію активації реакції, вуглеводні швидко окислюються молекулами кисню за нижчих температур з утворенням вуглекислого газу та води.
Концентрація адсорбції цеолітного ротора - процес каталітичного горіння:
Основна ідея технології каталітичного спалювання з концентрацією цеолітного колеса полягає в тому, що ЛОС у промислових відхідних газах з низькою концентрацією та великим об'ємом повітря відокремлюються та концентруються методом адсорбційного розділення, а забруднене повітря з високою концентрацією та малим об'ємом повітря після концентрування розкладається та очищується методом спалювання, що зазвичай називається методом адсорбційного розділення, концентрації + розкладання та очищення шляхом спалювання.
Адсорбційний ролик зі стільниковою структурою встановлений у корпусі, розділеному на зони адсорбції, регенерації та охолодження, і повільно обертається зі швидкістю 3 ~ 8 обертів на годину під дією двигуна регулювання швидкості.
Три зони адсорбції, регенерації та охолодження відповідно з'єднані з повітропроводами для оброблювального повітря, охолоджувального повітря та регенераційного повітря. Крім того, для запобігання витоку повітря між аеродинамічними каналами та периметром адсорбційного ролика та оболонкою між кожною зоною, перегородкою та адсорбційним роликом, периметр адсорбційного ролика та оболонка оснащені ущільнювальним матеріалом з фторкаучуку, стійким до високих температур та розчинників.
Вентилятор № 1 проганяє ЛОС, що містять відпрацьовані гази, через область a робочого колеса, яка є зоною адсорбції. Різні адсорбційні матеріали можуть бути заповнені в робоче колесо відповідно до різних цілей. Область a адсорбованих ЛОС потрапляє в область b для десорбції з обертанням робочого колеса. Потік повітря високої температури через теплообмінник 1 десорбує ЛОС, адсорбовані на робочому колесі, і досягає температури займання через теплообмін 2, а потім потрапляє в каталітичну камеру згоряння для реакції каталітичного окислення. Оскільки робоче колесо потребує адсорбції після десорбції, поруч із зоною десорбції встановлюється зона охолодження c, яка охолоджується повітрям, і охолоджене тепле повітря стає гарячим повітрям для десорбції через теплообмінник 1.
Для сучасного виробництва мікросхем, виробництва РК-панелей, напівпровідникової промисловості, поліграфічної промисловості, промисловості покриттів та інших галузей промислового виробництва, постійний метод виробництва вимагає використання великої кількості органічних розчинників, що використовуються як миючі засоби, фоторезисти, рідини для видалення плям, розріджувачі тощо. У цьому процесі утворюється велика кількість органічних відхідних газів. Ці органічні відхідні гази мають великий об'єм повітря та низьку концентрацію. Тому для ефективної обробки таких відхідних газів, що містять леткі органічні сполуки, наразі найефективнішим методом очищення є метод адсорбції та концентрування цеолітним ротором.
Діапазон застосування систем ротаційного концентрування цеоліту + каталітичного спалювання:
Системи роторного концентрування та каталітичного спалювання цеоліту мають широкий спектр застосування, охоплюючи широкий спектр галузей промисловості та умов очищення відпрацьованих газів. Ця інноваційна технологія в основному використовується в умовах очищення відпрацьованих газів з низькою концентрацією та великим об'ємом повітря та підходить для різноманітних промислових застосувань.
Однією з головних переваг цеолітного роторного концентратора є його здатність очищувати відхідні гази, що не містять галогенів, таких як S, N, Cl, F тощо. Якщо ці компоненти присутні, їх можна очистити на етапі попередньої обробки перед спалюванням, щоб гарантувати, що після процесу згоряння не утворюватимуться нові компоненти відхідних газів.
Крім того, температура кипіння відпрацьованого газу не може бути занадто високою для ефективної обробки за допомогою цієї системи. Якщо температура кипіння перевищує 300°C і газ піддається впливу гарячого повітря, органічний відпрацьований газ, адсорбований на молекулярному ситі цеоліту, не буде десорбуватися протягом тривалого часу, що вплине на ефективність процесу очищення.
Ця передова технологія підходить для різних галузей промисловості, включаючи хімічні заводи, фарбувальні цехи, фармацевтичні компанії, фабрики електроніки, виробники меблів, пакувальні та друкарські компанії, а також фарбувальні цехи. Вона ефективно очищає органічні розчинники та викиди органічних відхідних газів з цих різноманітних галузей промисловості, що робить її універсальним та цінним рішенням для компаній, які прагнуть покращити свої процеси очищення відхідних газів.
Зокрема, відхідні гази можуть адсорбуватися, а потім десорбуватися цеолітами, що робить їх придатними кандидатами для очищення. Однак, якщо відхідний газ містить S, N, Cl, F та інші компоненти, після згоряння утворюватимуться вторинні забруднювачі, і він не підходить для каталітичної обробки спалюванням.
Таким чином, системи роторного концентрування та каталітичного спалювання цеоліту мають широкий спектр застосування та забезпечують надійні та ефективні рішення для очищення відпрацьованих газів від летких органічних сполук (ЛОС) у різних галузях промисловості. Його здатність обробляти великі об'єми повітря та низькі концентрації робить його цінним активом при прагненні покращити процеси очищення вихлопних газів.