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                深圳氧化废气处理:吸附技术㊣ 处理煤化工VOCs废气的组成、危害及处理技术——深圳创营环保公司
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                深圳氧化废气处理:吸附技术处理煤化工VOCs废气的组成、危害及处理技术

                2021年05月03日 08:02:45  来源:行业动态    

                深圳氧化废气处理:吸附技术处理煤化工VOCs废气的组成、危害及处理技术

                深圳氧化废气处理:吸附技术处理煤化工VOCs废气的组成、危害及处理技术

                由于煤化工过程中所产生的挥发性有机化合物成分复杂,而挥发性有机化合物的生产属于生产过程中的有组织和无组织排放,单一的处理技术不能完全满足挥发性有机化合物的排放要︽求,而多技术组合的过程是必需的。

                吸附法被认为是控制VOC排放和回收有价值的VOC以便再利用的有效技术。活性炭由于其经济,节能〓和高效的特性而成为最常用的吸附材料。对活性炭吸附性能的研究主要是对其进行改〗性,以及活性炭材料与吸附的VOCs气体之间的吸附与解吸过程之间的关系。机制研究。

                本文分析了煤化工行业VOCs废气的成分,危害和处理技术,指出VOCs吸附处理技术具有良好的应用前景,分析了吸附和解吸处理,对吸附材料进行改性研究,吸附设备,研究了吸附技》术及其工程应用,最后提出了利用吸附技术及其组合技术处№理挥发性有机化合物废气的建议。

                摘要

                为避免煤化工行业有组织和无组织排放挥发性有机化合物(VOC)对环境造成严重危害,煤化工行业的VOCs吸附技术不仅可以控制VOCs的排放,还可以回收吸附剂材料并重复使用。回收有价值的VOC以便重复使用的技术被认为是一种经济,有效和有前途的VOC去除技术。分析了吸附的物理化学过程及其影响因素,以及解吸的方法和方法,研究了吸附材料的改性研究,探讨了吸附装置的结构,吸附特性,优缺点,以及比较了吸附技术和其他技术。概述了组合工程的应用。通过总结吸附技术的研究进展和项目的实际应用,展望了吸附技术的未来研究方向,为吸附技术在煤化工VOCs的进一步研究和工程实践中的应用提供了帮助。

                1吸附和解吸

                吸附过程是吸附剂和被吸附物之间相互■作用的物理和化学过程。吸附是利用不同结构(比表面积,孔径,孔体积)和◢吸附材料(吸附剂)的表面化学性质和表面化学性质(化学官能团包括酸性卐基团,碱性基团和中性⌒ 基团,例如含氧基团)含氮和含氮基团(根据化学反应的重要组成部分),亲水性,疏水性,热稳定性,重现性,吸附能力和其他特定的理化特性,根据被吸附物质的分子结构,分子量和分子极性(吸附剂),分子大小,分子面积,分子沸点和动态直径等,要考虑吸附剂与▽被吸附物之间的相互作用以及被吸附物与被吸附物之间在特定吸附环境下的竞争:温度,湿度,压力和流量的条件,捕获吸附物的物理和化学过程物质在吸附材料上,然后起到净化VOC的作用。

                吸附的物理过程在宏观上与吸附剂的宏观特性有关,例如孔径和比表面积。微观上,它主要由范德华力,微孔填充和毛细管凝结等因素决定。物理吸附热量低,而物理吸附是一个可逆的过程;化学吸附过程是指吸附剂表面官能团(例如氧和氮基团)与被吸附物分子之间的化学反应。化学吸附通常是不可逆的,因此吸附是一个复杂的※物理和化学过程。

                &lt; p&gt;吸附材料的解吸是利用温度上升会降低吸附材料■在已达到饱和的吸附材料上的吸附能力,并使吸附材料解吸再生的特性。也可以将其减压以实现解吸或真空解吸。吸附材料可以获得重新吸附和去除被吸附物的能力。吸附剂再生通常通过加热惰性气体或蒸汽进行吹扫和脱附来进行。只需︻排放冷凝水即可回收污染物。

                多孔吸附剂的总体物理吸附ζ速率由VOC的浓度控制。物理过程经历三个︾阶段:首先是外表面吸附阶段,其中VOC通过对流和扩散将质量传递到吸附剂表面,其次,VOC通过孔扩散进入吸附。吸附剂的内表面阶段(该过程由孔的结构和体积决定),第三阶段是平衡阶段,在此阶段,具有不同孔径的吸附剂的小,中,大孔的比例起关键作用。

                吸附剂的孔径分布特性影响VOC的吸附过程,被吸附的VOC的分子直径决定了VOC进入吸附剂有效孔的机会。从理论上讲,吸附剂孔径大于被吸附物VOCs分子直径的孔是有效的。当吸附剂的孔径远大于VOCs的分子直径时,吸附剂与被吸附的VOCs分子之间的吸附力太弱,并且孔只能充当通道,因此微孔仅提供主要的吸附位点。中,大孔增强了挥发性有机化合物的扩散通道。

                通过研究多维无纺布(-3-,M-3D-SN)对苯乙烯的吸附动力学过程,发现原始聚丙烯(PP)无纺布的穿透时间仅为在1. 5min之后发生于苯乙烯暴露的开始。这表明动态卐平衡吸附容量低,并且高表面积(/ g)M-3D-SN获得最大〗的吸附容量(约35 3. 61 mg / g),这是原来的PP无纺布的35倍。通过交联反应引入烷基苯在纤维层中形成一个刚性的三维网络,从而增加了PP无纺布的表面积。对于M-3D-SNS,由于形成了多孔接枝层,因△此获得了更高的比表面积,苯乙烯的吸附能力得到了显着提高。随着聚丙烯非织造布接枝度的增加,交联度增加,非织造布的比表面积增加,苯乙烯的吸附容量相应增加。

                2种吸附材料

                吸附技术具有吸附材料成本低,吸附工艺布局和操作灵活,使用过程中能耗低的特点。它是用于处理VOC的最有前途的技术,例如多孔材料:碳基材料,复合材料,有机聚合物,含氧材料等,可以提高VOC的吸附性▂能,吸附能力和疏水性。吸附剂★的热稳定性;活性炭,沸石和有机聚合物被美国环境保护署认为是用于VOC处理的广泛使用的吸附剂。 可用作吸附材料♂,包括活性炭,生物炭,活性炭纤维,石墨烯,碳纳米管,沸石,金属有机骨♂架,粘土,硅胶,有机聚合物和复合材料。

                由于煤化工中VOC的类型,浓度和排放量不同,因此吸附▂剂(有机,无机和金属等)的范』围很大。煤化学工业中通常使用的吸附剂是无机碳◤质吸附剂。对碳质材料等吸附剂的改性研究非常重要。

                一些学者使用过氧化氢浸渍法来改性活性碳纤维。研究了水蒸气,温度和氧气的变化对甲苯去除的影响。改性增加了活性炭纤维表面上含氧官能团的含量并提高了吸附能力。表面积和孔体积略有减少。苯中的水蒸气导致去除效率降低。最佳吸附温度为40℃,氧浓度为5%时,活性炭纤维的去除效果最佳。

                通过研究12种不同VOC(酮,烷烃,醇,卤代烃和芳烃)的影??响以及浓度变化对不同初始含水量和相关机理的颗粒状活性炭吸附的影响,指出存在相似的结果。同一系列中的电子受体对于具有较高分散功率贡献率的VOC,初始水蒸气没有明显的负面影响。对于不同系列中具有相似分散功率值的VOC,对于具有较高分散功率贡献率的VOC,初始水蒸气的负面影响更为显着。

                使用高浸渍率浸渍椰子壳,并在CO2气流中迅速升温以制备基于生物质的超级活性炭。最好的活性炭的比表面积为2 / g,中孔的↙总孔体积为2. / g。为1. / g,研究了四种典型VOC(苯,甲醇,正己烷和环己烷)的吸附性能,并获得了该样品对苯,甲醇,正己烷和环己烷的吸附容量。它们是184 6、 177 7、 151 0、 1766 mg / g,也是迄今为止报道的最高值。可以看出,改性生物质基超活性炭具有良好的吸附能力。

                一些学者首次将驻极体过滤介质与多孔金属-有机骨架(-,MOFs)颗粒结合在一起,合成了三种可以同时去除VOC和PM 2. 5的新型々过滤材料,称为E-。研究指出,涂覆方法不会显着降低电荷密度,并且可以在相当大的程度上改变纤维结构。过滤材料的孔对MOF颗粒尺寸的影响是获得良好涂层和良好甲苯去除效果的关键参数。电子制备该方法可保持驻极体电荷和PM 2. 5的高去除效率,并具有对VOC的高效吸附能力。 MOF颗粒被涂覆在带电的过滤材料上。

                研究指出,吸附和催化氧化是去除VOC的有前途的技术。可以使用氧化,还原和浸渍等改性方法来处理活性炭,吸附树脂和沸石,以调节VOC吸附剂的表面结构性质和官能团,从而进一步提高∑VOC的吸收能力:作为一种新型的新型〖多孔材料,具有可调金属离子,有机连接基和官能团】的金属有机骨架吸附剂对VOC的吸附能力更高。

                研究了碳基纳米复合材料作为吸附材料在VOCs的吸附-光催化氧化中的应用。指出碳基纳米复合材料具有大的比表面积,丰富的孔隙率,独特的电子性能和表面官能团,被认为是吸附VOCs分子的理想载体。碳基纳米复合吸附材料具有大的比表面积,高的吸附能力和快速的电子传递①能力。广泛应用于吸附-光催化联合去除VOCs技术中。

                活性炭,生物炭,活性炭纤维,碳纳米管,石墨烯及其衍生物,碳硅复合材料,有序介孔碳和其他工程碳吸附材料对挥发性有机化合物(VOC)吸附关键的影响的综述尤其是吸附剂的理化性质和吸附条件的因素,指出控制挥发性有机化合物在碳质吸附剂上吸附的关键因素是比表面积,孔径,吸附剂的化学官能团和分子被吸附物的结构。 ,分子大小,分子极性和分子沸点,吸附环境如吸附温度,湿度和流速等;经过适当改性后,工程碳『材料具有出色的VOC吸附能力。碳吸附材料的大比表面积和小孔径有利于吸附,且官能团的作用与VOCs的极性有关。含碳物质的酸性基团更适合吸附极性VOCs气体。含碳物质的碱性基团适合于吸附非极性VOCs气体。吸附能力与挥发性有机化合物的▓分子大小负相关。高沸点挥发性有机化合㊣ 物比低沸点挥发性有机化合物优先吸附在吸附剂上,前者比后者难【于解吸。低温有利于挥发性有机化合物的吸附,水蒸气的存◥在会降低挥发性有机化合物的吸附能力。

                3种吸附装置

                煤化工行业生产的VOC种类繁多,类型不同,浓度大,流速大和排放大。可选的吸附装置主要有固定式,移动式,流化床式和沸石蜂窝流道式吸附器等,不同的吸附器需要根据◥VOC的实际处理特点进行合理选择,最常用的是固定床

                学者研究表明:利用超重力技术结合吸附和催化燃烧,提出了一种处理VOC的新方法,并在旋转填充床中采用了高效重力技术的传质特性来实现和改进。化学改性活性炭在高重力环境下对甲苯的吸附性能。同时指出,旋转床可以提高活性炭的利用率,有效地实现深孔吸附,吸附性能和运行条件,重力系数,甲苯进口浓度,气体流量,床层厚度和床层。利用率是相关的。

                旋风流化床具有良好的去除VOC的性能,气流对颗粒的流●化影响最大。增大旋风流化床中的进气流速将使球形活性○炭吸附剂快速旋转,吸附效♀率主要受气流影响。由于吸附剂颗粒的停留时间的影响,减小环的体积有利于提高吸附效率。当进口流量为1. 0m3 / h,相对填料高度k = 0. 65时,最大吸附效率大于99%。

                在实验室规模的流化床吸附器中,使用两相模型来模拟珠状活性炭(BAC)在VOC上的吸附特︼性。该模型可模拟和研究不同的操作条件(吸附剂进料╲速率,空气流速和初始浓度)。该模型可用↓于预测工业规模流化床吸附器在不同操作条件下的去除VOC的性能以及表观密度。工业溶剂混合物吸附对不同孔径,孔隙率和吸附量的珠状活性炭的影响。

                4吸附技术的工程应用

                深圳一家煤化工公司生产的焦化废水的主要挥发性有机化合物是典型的挥发性有机化合物,例如二甲苯,甲苯,硫化氢,苯胺,氨,乙硫醇,苯等。技术很难达到废气排放标准。通过技术分析和比较,采用池封闭+负压收集+脱水除尘+化学洗涤+水洗+低温等离子体技术+活性炭吸附的联合处理技术。项目实际运行后,结果表明主要污染物排放达到□标准,处理效率达到95%。在这种联合处理技术中,活性炭的吸附作为拦截剩余VOC的最后一步发挥着重要作用。

                为焦化企业焦化过程中粗苯储罐的呼吸氧化废气处理,苯系物排放的VOCs废气和重油∮的排放,采用低〓温冷凝回收+活性炭吸附真空解吸+装载蒸气〖相结合的技术采用平衡处理废气,最后用活性炭吸附解吸系统将苯蒸气处理后的废气排放到标︻准。焦化企业的污水还通过“集污+酸洗+碱洗+生物滤池+焦炭吸附”相结合的技术用于焦化处理。污水中的挥发性有机化合物废气,具有吸附功能的焦炭是最终的高级处理措施。联合技术可以实现焦化废水中VOC废气污染物的完全净化,并达到标准排放。

                对中国中煤深圳深圳√能源化工有限公司化学分公司的污水处理系统进行了改造。污水中含有硫化物,含硫有机物,氨氮,氨氮,芳烃,苯酚,甲醇和其他物质,成为污水中的挥发性有机化合物。组件的主要来源。通过技术比较,采用“ VOCs废气收集+酸洗+生物洗涤法+碱洗+光催化法+活性炭吸附解吸法”相结合,改造后烟囱出口的监测结果符合尾气排放标准。排放标准。

                煤化工项目中的挥发性有机化合物处理以生物除臭和碳吸附回收为主要技术。油气回收采用活性炭吸附+1低芳烃溶剂吸收组合技术,车辆装载系统中的油气回收也☉采用吸附+吸收组合。工艺技术。试验结果表明,油气回收率¤为98%,废气中非甲烷总烃浓度符合排放环保要求。

                深圳钢铁有限公司焦∮化厂排放的挥发性有机化合物的主要成分是硫化氢,氰化氢,苯甲酸,氨,非甲烷总烃,苯深圳废气处理工程,酚等。并通过技术比较采用“腌制”。 +碱洗+除水+除湿+活性炭吸附与脱附”组合工艺工艺处理,废气中活◢性炭层的脱附采用180℃高温热氮脱附,脱附后的活性碳和氮可回收利用,并测试了运行效果,排放标准取得了良好的社会和环⌒ 境效益。

                采用吸附+催化燃烧联合技术处理风量大,无尘的低浓度常温VOCs气体,并使用活性炭或沸石流道等吸附材料吸附和浓缩低浓度VOCs气体,然后脱附形成高浓度的VOCs废气,采用催化氧化燃烧技术处理,VOCs废气的去除率可达到90%以上。

                采用吸附浓缩+催化燃烧相结合的技术,由喷雾,干燥,吸附和燃烧四个模块组成,用于处理挥发性有机化合物。低浓度,大风量的VOC废气通过活性炭或活性炭纤维等吸附材料到达VOC初步净化后,将高浓度,小风量的高浓度VOC催化燃烧,生成CO2和H2O,然后出院了。最后氧化废气处理,废气排放合格。国产吸附浓度-催化燃烧技术的净化效率可达到95%。

                在吸附+催化燃烧系统的组合技术路线中,吸附床是两用的(在吸附操作中)和一╳种制备方法(在蒸汽或空气脱附再生操作中),而浓缩床产生的废气解吸被转※移到催化燃烧器(由热交换■器,加热器和催化●燃烧室组成)以进行自热无焰催化燃烧。同时,讨论了吸附器的选择和优化设计,吸附剂的选择,VOCs废气预处理装置中固体杂质的去除等工业应用以及其他工业应用,指出吸附+催化燃烧相结合的VOCs废气净化效率为:高达95%以上。

                将光ξ催化剂附??着到吸附剂上,形成吸附+光催化技术的组合,以处理VOC。该技术利用吸附剂浓度增加VOC的浓度,同时使用光催化剂催化降解高浓度污染物,从而产生CO2和H2O,同时,吸附剂在光催化反应过程中吸附有害物质,减少了二次污染。通过光催化反应。

                5结论与展望

                吸附技术被广泛认为是一种控制煤化工行业VOC排放并回收VOC以进行再利用的经济,有效和有前途的技术。

                1)吸附过程是吸附剂和被吸附物之间相互作用的物理和化学过程。物理过程包括与吸附剂结构特征有关的宏观过程,以及由范▓德华力,微孔填充和毛细管冷凝等因素决定的微观过程。影响因素╳包括吸附剂的结构特征和表面化学性质。化学吸附过程是指吸附剂的表面官能团与被吸附物分子之间的化学反应。影响因素包括被吸附物之间的竞争以及吸附温度,湿度,压力和流量等吸附环境。

                2)活性炭,生物炭,活性炭纤维,石墨烯,碳纳米管,沸石,金属有机骨架,粘土,硅胶,有机聚合物和复合材料可用作吸附材料。为了提高VOCs气体的吸附能卐力,有必要使用改性技术来调节吸附剂材料的物理和化学特性,例如比表面积,化学官能团和孔结构。改性可以有针对性地提高吸附剂对被吸附物的吸附效果。

                3)吸附装置主要由四个部分组成:预处理,吸附,解吸和回收。典型的吸附器包括固定吸附床,移动吸附床,流化吸附床(旋风流化床),旋转床,浓缩吸附流道等,针对不同的煤化工VOC,可以选择合适的吸附器。

                4)对于煤化工VOC的处理,吸附技术主要与催化氧化燃烧,再生燃烧技』术,光催化氧化技术,冷凝回收技术,生物降解,化学洗涤吸收和低温等离子体技术相结合进行处理。挥发性有机化合物。回收和利用有价值的挥发性有机化合物气体以达到挥发性有机∏化合物的废气排放标准。

                由于煤化学工业排放的VOC的浓度,流量,湿度,温度,固体成分和气体成分不同,特别是VOC气体成♂分不同且化学特性不同,这使得VOCs气体处理非常困难。大的。因此,吸附处理技术的主要研究方向为:①吸附材料的改性(或定向改性),新的改性方法和吸附材料的研究,高效,低成本吸附材料的定向改性; ②具有不同特性的吸附材料以及在不同流体状态下的吸附理论和吸附装置的研究; ③吸附过程中吸附材料和被吸附物的微观理化过程研究; ④吸附过程中的不同吸附物(或多种吸附物)(或吸附剂材料吸附竞争机理的不同研究);⑤相同吸附剂下多组分吸附物的脱附机理研究,以及高效,低成本的脱附方法; ⑥可采用理论模拟(如密度泛函理论等))与实验研究相结合的方法,不断创新和研究吸附技术及其结合技术,加强对煤化工VOCs气体的除尘除湿研究。吸附之前。

                此外,由于目前大多数实验研究都是针对吸附剂对单组分煤化工VOCs气体的吸附性能,因此将来有必要模拟实际的煤化工VOCs混合★气体尽可能多地进行VOCs的吸附和解吸研究:①根据※煤化工行业实际排放的VOCs混合气体成分,对活性炭等吸附材料进行▓改性,使其适合于吸收水分,高分子VOC,小分子VOC,极性VOC分子和具有不同特性的非极性改性吸附材料,例如VOC分子。 ②根据煤化学VOCs混合气体的特性,有针对性地选择最适合吸收该气体(或性质相似的气体组)的改性吸↘附材料,形成特定的VOCs吸附材料层。 ③根据VOCs混合气体的吸附特性和顺序,将特定ぷ的吸附材料层组合成复合吸附装置。在吸附材料的分析和再生过程中,复合吸附装置中的各层可以紧密分离并分别进行。解吸处理(吸附剂回收处理)。 ④在实际工程应用中,将VOCs混合气体依次通过复合吸附装置,实现VOCs混合气体的分离吸收和被吸附物的分离解吸回收处理,从而达到VOCs废气排放标准。

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