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RTO催化燃燒
擬采用“組合式過濾器+活性炭吸附+脫附催化燃燒再生”工藝來治理貴公司的有機廢氣，此工藝是利用催化燃燒反應(yīng)熱能脫附吸附在活性炭內(nèi)有機溶劑。
裝置包括：
組合干式過濾器：
活性炭吸附箱：（2吸1脫）
催化燃燒裝置：
本裝置主要由組合干式過濾器、活性炭吸附箱、電、氣動調(diào)節(jié)閥門、催化凈化裝置、混流換熱裝置、voc在線監(jiān)測儀器、阻火器、離心風(fēng)機、電氣控制等部分組成。
1、工作原理
本著安全、節(jié)能、方便、可靠、經(jīng)濟的原則，預(yù)防廢氣中含有少量粉塵顆粒；
首先有機廢氣經(jīng)組合干式過濾器，去除廢氣中的粉塵及顆粒物，以防活性碳微孔被堵塞，延長活性炭的使用周期，然后將符合吸附條件的有機廢氣送入活性炭吸附箱進(jìn)行吸附凈化，凈化后的潔凈氣體由主排風(fēng)機排入大氣中。吸附裝置配有備用吸附箱1套，當(dāng)活性炭吸附飽和后通過控制閥門切換至催化燃燒脫附狀態(tài)；脫附再生系統(tǒng)采用在線脫附再生，即吸附過程為連續(xù)式處理工藝，在備用吸附裝置投入使用同時，飽和吸附箱則進(jìn)行脫附工作，脫附后活性炭箱預(yù)備至下次循環(huán)使用。本裝置裝有VOC在線監(jiān)測儀，為防止在脫附過程中活性炭吸附箱排放廢氣超標(biāo)而及時轉(zhuǎn)換。
2、技術(shù)特點
（1）整個系統(tǒng)設(shè)備實現(xiàn)了凈化、脫附過程自動化，與回收類有機廢氣凈化裝置相比，無須配備壓縮空氣等附加能源，運行過程不產(chǎn)生二次污染，設(shè)備投資及運行費用低；
（2）使用特殊成型的蜂窩狀活性炭作為吸附材料，由于其比重為條形活性炭纖維的8-10倍，再生前吸附有機溶劑可以達(dá)到活性炭總重量的25%，具有使用壽命長，吸附系統(tǒng)運行阻力低，凈化效率高等特點；
（3）設(shè)備占地面積小、重量較輕，吸附床濾料采用堆砌式結(jié)構(gòu)，裝填方便，更換容易；
（4）采用優(yōu)質(zhì)貴金屬鈀、鉑載在蜂窩狀陶瓷上作催化劑，具有使用壽命長，分解溫度低，脫附預(yù)熱時間短，能耗低；催化燃燒率達(dá)97%以上。
（5）采用PLC控制系統(tǒng)，設(shè)備運行、操作過程實現(xiàn)自動化，運行過程安全穩(wěn)定、可靠。
（6）在活性炭吸附床前采用過濾器過濾小顆粒物，凈化效率高，確保吸附裝置的使用壽命。
本裝置工藝流程為：預(yù)處理（環(huán)保樓濕法除塵（原有）+組合干式過濾）——吸附濃縮——解吸脫附——催化燃燒的工藝流程。
系統(tǒng)由3個活性炭吸附器（2吸1脫），1個催化燃燒床構(gòu)成，將原有廢氣處理設(shè)備的所有排氣管合并連接引至凈化設(shè)備，在吸附凈化裝置與廢氣進(jìn)口之間安裝一套預(yù)處理設(shè)備，去除廢氣中的粉塵及顆粒物，從而避免活性炭微孔被堵塞，然后送入活性炭吸附箱進(jìn)行吸附凈化，當(dāng)任一活性炭吸附器接近飽和時，系統(tǒng)將自動切換到備用活性炭吸附器（此時飽和活性炭吸附器停止吸附操作），然后用熱氣流對飽和活性炭吸附器進(jìn)行解吸脫附，將有機物從活性炭上脫附下來。在脫附過程中，有機廢氣已被濃縮,濃度較原來提高幾十倍，達(dá)2000mg/m3以上，濃縮廢氣送到催化燃燒裝置，最后被分解成CO2與H2O排出。
完成解吸脫附后，活性炭吸附器進(jìn)入待用狀態(tài)，待其他活性炭吸附器接近飽和時，系統(tǒng)再自動切換回來，同時對飽和活性炭吸附器進(jìn)行解吸脫附，如此循環(huán)工作。最后凈化后的潔凈氣體由主排風(fēng)機排入大氣中。
二、設(shè)備介紹
1、設(shè)備介紹
1）、高效干式過濾器
為了防止廢氣中水分和粉塵顆粒物進(jìn)入到吸附凈化裝置系統(tǒng)，在活性炭吸附床前設(shè)置一道初效過濾器；一道高效過濾器。初效過濾器采用漆霧粘過濾，高效過濾采用玻璃絲纖維過濾材料，這種干式過濾材料是專門開發(fā)出來的適用空氣凈化特點的材料，由多層玻璃纖維復(fù)合而成，密度隨著厚度逐漸增大。過濾時多層纖維對微小粒子起攔截、碰撞、擴散、吸收等作用，廢氣通過時將塵粒容納在材料中。
我公司采用進(jìn)口的專用過濾材料，具有凈化效率高、雜質(zhì)容量大、阻燃、過濾阻力低、使用壽命長、維護(hù)簡單、無二次污染等特點，吸滿塵粒的材料簡單清理后(如拍打或吸塵)即可以多次回用。
采用金屬網(wǎng)制成框加架，內(nèi)夾過濾材料，過濾器安裝在金屬箱體內(nèi)，定期更換。
2）、吸附凈化裝置
去除塵雜后的廢氣，經(jīng)過合理的布風(fēng)，使其均勻地通過固定吸附床內(nèi)的活性炭層的過流斷面，在一定的停留時間，由于活性炭表面與有機廢氣分子間相互引力的作用產(chǎn)生物理吸附（又稱范德華吸附），其特點是：（1）吸附質(zhì)（有機廢氣）和吸附劑（活性炭）相互不發(fā)生反應(yīng)，（2）過程進(jìn)行較快，（3）吸附劑本身性質(zhì)在吸附過程中不變化，(4)吸附過程可逆；從而將廢氣中的有機成份吸附在活性炭的表面，從而使廢氣得到凈化，凈化后的潔凈氣體通過風(fēng)機及煙囪達(dá)標(biāo)排放；
活性炭吸附廢氣中的有機溶劑是非常適合的?；钚蕴烤哂惺杷?，對有機溶劑有較高的吸附效率。另外，活性炭具有遠(yuǎn)比其他吸附劑高的比表面積，約為800~1200m2/g。因此，在凈化有機溶劑廢氣中，多使用活性炭作為吸附劑。
反映活性炭吸附能力的重要參數(shù)是吸附容量。吸附容量是指在吸附平衡狀態(tài)下，單位重量的活性炭所吸附的物質(zhì)重量。吸附容量因氣體中各種物質(zhì)的化學(xué)特性、氣體的溫度、被吸附物質(zhì)在氣體中的濃度的不同而不同。對于同族化合物，分子量越大，沸點越高，吸附容量則越大。除低沸點堿性氣體外，活性炭吸附容量大致在10~40%范圍內(nèi)，動態(tài)吸附值一般約為15%左右。
氣體的溫度和濃度對活性炭吸附性能的影響，在等溫吸附的條件下，廢氣所含有害物質(zhì)的濃度越高，活性炭的吸附率越高：對于不同溫度的廢氣來說，廢氣的溫度越低活性炭的吸附率越高。
本工程選用優(yōu)質(zhì)蜂窩狀活性炭，其主要技術(shù)性能如下：
主要成份 | 活性炭 |
規(guī)格 | 100×100×100mm |
壁厚 | 0.5～0.6mm |
體密度 | 0.46～0.52g/ml |
比表面積 | ＞850m2/g |
吸苯量 | ≥25% |
抗壓強度 | 正壓＞0.8MPa; 負(fù)壓＞0.3MPa |
活性炭填充量 | 8.7m3 |
3）、脫附—催化燃燒
達(dá)到飽和狀態(tài)的吸附床應(yīng)停止吸附，通過PLC程序控制閥門切換進(jìn)入脫附狀態(tài)，過程如下：啟動脫附風(fēng)機、開啟相應(yīng)閥門和電加熱器，對催化燃燒床內(nèi)部的催化劑進(jìn)行預(yù)熱，同時產(chǎn)生一定量的熱空氣，當(dāng)床層溫度達(dá)到設(shè)定值時將熱空氣送入吸附床，活性炭受熱解析出高濃度的有機氣體，經(jīng)脫附風(fēng)機引入熱交換器，再進(jìn)加熱室將氣體加熱到催化燃燒所需要的起燃溫度而進(jìn)入催化燃燒床。由于貴金屬催化劑的作用，廢氣燃燒的起始溫度約為250-300℃，大大低于直接燃燒法的燃燒溫度670-800℃，因此能耗遠(yuǎn)比直接燃燒法低。在催化劑的作用下將有機成分轉(zhuǎn)化為無毒、無害的CO2 和H2O，同時釋放出大量的熱量，高溫氣體再次進(jìn)入熱交換器，預(yù)熱解析出來的高濃度廢氣，可維持催化燃燒所需的起燃溫度，使廢氣燃燒過程基本不需外加的能耗（電能），并將部分熱量回用于吸附床內(nèi)活性炭的解吸再生，從而大大降低了能耗。
反應(yīng)方程式如下：
催化燃燒是典型的氣-固相催化反應(yīng)，其實質(zhì)是活性氧參與的深度氧化作用。在催化燃燒過程中，催化劑的作用是降低活化能，同時催化劑表面具有吸附作用，使反應(yīng)物分子富集于表面提高了反應(yīng)速率，加快了反應(yīng)的進(jìn)行。借助催化劑可使有機廢氣在較低的起燃溫度條件下，發(fā)生無焰燃燒，并氧化分解為CO2和H2O，同時放出大量熱能，從而達(dá)到去除廢氣中的有害物的方法。其反應(yīng)過程為：
催化燃燒進(jìn)氣口安裝一只在線監(jiān)測儀一只補鮮閥，當(dāng)脫附氣體濃度接近1/4爆炸下限或爐體催化室溫度超過設(shè)定上限時開啟補鮮閥對進(jìn)氣源進(jìn)行稀釋，保護(hù)延長設(shè)備使用壽命防止意外發(fā)生。
本裝置的主體結(jié)構(gòu)由凈化裝置主機、鍋爐引風(fēng)機及電器控制元件組成。凈化裝置主機由換熱器、預(yù)熱室、催化床、阻火過濾器和防爆器組成的整體結(jié)構(gòu)，爐體周邊整體保溫，保溫層厚100mm，爐體外表溫度≤環(huán)境溫度+30℃。
工藝流程示意圖：
3.3.1裝置內(nèi)主要部件說明
1、阻火過濾器
將設(shè)備和廢氣源之間的危險阻隔開來，保證處理設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備之間的安全，同時除去廢氣源中的粉塵。結(jié)構(gòu)為波紋網(wǎng)型，參照國家標(biāo)準(zhǔn)制造；更換快捷，清理方便。是本設(shè)備中安全設(shè)施之一。
2、熱交換器
將有機氣體分解后的熱能和廢氣源冷氣流進(jìn)行冷熱交換，置換熱能，提高廢氣源的溫度。當(dāng)廢氣濃度達(dá)到一定值時，通過熱交換器的作用，可以保證設(shè)備在無運行功率的狀態(tài)下正常運轉(zhuǎn)，是催化凈化裝置中對廢氣源進(jìn)行第一次溫度提升裝置，也是設(shè)備中節(jié)能設(shè)施之一；通過熱交換器內(nèi)部對氣流的合理控制，使交換器的效率保證在60%以上。結(jié)構(gòu)采用冷軋鋼板制，合理的布置，使冷熱氣流全面接觸進(jìn)行能量置換；全部制作按照國家《鋼制壓力容器制作標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行制作和驗收。
3、預(yù)熱室
廢氣源在進(jìn)入催化燃燒室之前，經(jīng)溫度檢測儀檢測溫度達(dá)不到催化反應(yīng)的條件，由布置在預(yù)熱室內(nèi)的電加熱系統(tǒng)進(jìn)行溫度的第二次提升；電加熱元件為紅外線加熱管，由固定絕緣板固定，維護(hù)更換十分方便。
4、催化反應(yīng)室
達(dá)到溫度條件的有機廢氣源進(jìn)入第一級催化反應(yīng)室；第一催化反應(yīng)室采用抽屜式，內(nèi)催化劑，中間分插電加熱元件，利用紅外線幅射原理，使催化劑溫度達(dá)到反應(yīng)溫度，使部份有機物進(jìn)行分解，釋放出能量，直接使廢氣溫度提升，是本設(shè)備設(shè)計的第三溫度提升處，也叫催化升溫；溫度提升后的有機氣體進(jìn)入催化固定床，內(nèi)置蜂窩狀催化劑，滿足反應(yīng)條件的有機氣體在此完全分解，廢氣變成潔凈氣體。本設(shè)施為催化凈化裝置的心臟。
5、引風(fēng)機
選用國內(nèi)名牌優(yōu)質(zhì)通用風(fēng)機，耐高溫低轉(zhuǎn)速，沒有二次污染。是整個裝置氣流運轉(zhuǎn)的動力源。配置減振臺座及減振器。
6、控制系統(tǒng)
監(jiān)控所有動力點起動、停止、故障，反映整個運轉(zhuǎn)過程中氣體的升溫、氣體分解狀況，對設(shè)備整個過程進(jìn)行全方位安全動力保護(hù)；可以根據(jù)廢氣源性質(zhì)及生產(chǎn)線狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定。主要控制元件選用進(jìn)口產(chǎn)品。保證設(shè)備的良好運行、安全性及使用壽命。
7、催化劑
催化劑是在化學(xué)反應(yīng)中能改變反應(yīng)整度而本身的組成和重量在反應(yīng)后保持不變的物質(zhì)。本裝置中選用的催化劑型號為TFJF型和HPA-8型，是處理各種不同類型有機廢氣的高效廣譜型催化劑。
TFJF型催化劑蜂窩陶瓷做載體，內(nèi)浸漬貴金屬鉑和鈀,具有高活性、高凈化效率、耐高溫及長使用壽命等特點；
7.1主要技術(shù)性能參數(shù)：
外形尺寸 | 100×100×50mm |
孔穴尺寸 | ∮1.3mm |
孔穴密度 | 25.4個/cm2 |
孔壁厚度 | 0.5mm |
深層主晶相 | γ—Al2O3 |
比表面積 | 43m2/g |
堆積密度 | 0.8g/cm3 |
空速 | 1.2×104h-1 |
催化劑活性溫度 | 210℃ |
耐沖擊溫度 | 750℃ |
7.2活性指標(biāo)測試：凈化效率≥97%的起燃溫度和相應(yīng)濃度
甲苯 | 4g/m3 | 220℃ | 苯 | 4g/m3 | 240℃ |
二甲苯 | 4g/m3 | 220℃ | 醋酸乙酯 | 4g/m3 | 300℃ |
乙酮 | 4g/m3 | 220℃ | 環(huán)已酮 | 4g/m3 | 220℃ |
正已醇 | 4g/m3 | 180℃ | 丙醇 | 4g/m3 | 280℃ |
8、電加熱元件
電加熱功元為件紅外線電熱管，利用電加熱的輻射原理。電加熱管由φ16高溫薄管內(nèi)襯高溫氧化鎂及電加熱絲組成，具有效率高、散熱快、壽命長等特點，嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)制作和驗收。其性能參數(shù)為：
每米加熱管的電功率為1kw | 冷態(tài)絕緣電阻為≥200MΩ |
熱態(tài)絕緣電阻為≥5MΩ | 老化時間3000小時 |
功率偏差±10% | 拉力≥998N |
9、voc在線監(jiān)測儀
實現(xiàn)VOC濃度在線監(jiān)測，設(shè)定濃度臨界值自動切換吸附脫附，從而達(dá)到達(dá)標(biāo)排放的標(biāo)準(zhǔn)。
3.3.2性能特點
① 能耗低：設(shè)備啟動，僅需15～30分鐘升溫至起燃溫度（有機廢氣濃度高時），運行耗能僅為風(fēng)機功率。
② 安全可靠：設(shè)備配阻火除塵系統(tǒng)、防爆泄壓系統(tǒng)、超溫報警系統(tǒng)及先進(jìn)的自控系統(tǒng)。
③ 阻力小、凈化效率高：采用先進(jìn)的貴金屬鈀、鉑浸漬的蜂窩陶瓷催化劑。
④ 使用壽命長：催化劑一般4年更換，并且載體可再生。
6、電氣控制
凈化設(shè)施采用全自動化控制。
全自動化控制采用PLC編程邏輯控制，配套電（氣）動無級限位調(diào)節(jié)閥、觸摸屏等，主要特點有：
（1）實現(xiàn)操作過程全自動，大大降低操作人員的勞動強度；
（2）實現(xiàn)處理設(shè)施的自動、連續(xù)、穩(wěn)定運行；
（3）采用觸摸屏使控制系統(tǒng)具有良好的人機界面和重要工作參數(shù)的實時記錄和儲存功能；
（4）采用PLC控制方式，便于調(diào)整設(shè)施的工作參數(shù)；
（5）PLC和觸摸屏均采用國內(nèi)外知名品牌，同時系統(tǒng)配套精度很高的無極限位調(diào)節(jié)閥。
1、設(shè)備特點
1)、采用PLC全自動化控制方式，特設(shè)電腦觸摸屏實時監(jiān)控、記錄，系統(tǒng)設(shè)有自動監(jiān)視記錄讀取系統(tǒng)，用電腦及連接線可隨時得到設(shè)備運行的有關(guān)數(shù)據(jù)，包括時間、脫附溫度、燃燒溫度等。
2)、全套設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，外形美觀大方。
3)、注重安全使用性能，在設(shè)計中采取多重安全設(shè)施，杜絕發(fā)生安全事故；加熱器采用遠(yuǎn)紅外翅片式電加熱管，安全、高效。
4)、脫附—催化燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)精巧，采用熱風(fēng)復(fù)式循環(huán)蓄熱系統(tǒng)，熱效率高，能量損失少，實現(xiàn)了脫附吸熱與燃燒放熱的熱平衡，即燃燒過程不耗用外加電能，因此能耗特別低。
5)、采用新型吸附材料—蜂窩狀活性炭，動力學(xué)性能好，吸附、脫附速率快，脫附解析完全，再生吸附率衰減慢，使用壽命長。
6）、催化燃燒效率高、凈化徹底。由于采用新型蜂窩狀貴金屬催化劑，使起燃溫度低、燃燒徹底、安全無焰燃燒，產(chǎn)物無毒、無害。
7）、吸附床氣流分布均勻，裝炭、檢修、更換方便，內(nèi)設(shè)氣流分布器，使炭層截面積內(nèi)氣體均勻通過，不短路或穿透炭層，使吸附效果更佳。
8）、VOC在線監(jiān)測系統(tǒng)，廢氣排放濃度不會超標(biāo)。
2、安全措施
由于該凈化系統(tǒng)處理的是易燃易爆氣體，本設(shè)計采取以下安全措施，確保系統(tǒng)安全運行：
1）、設(shè)置高效過濾阻火器，使得設(shè)備在高效過濾的同時能起到阻火作用，雙效一體。
2）、脫附-催化燃燒系統(tǒng)同吸附系統(tǒng)相對獨立（單床體在整個系統(tǒng)運行中只能僅處于吸附狀態(tài)或脫附狀態(tài)），完全避免了脫附-催化燃燒系統(tǒng)工作時對吸附系統(tǒng)及管路的沖擊，從而杜絕了“倒灌”現(xiàn)象的發(fā)生。
3)、燃燒方式為催化燃燒，屬低溫?zé)o焰燃燒，絕對無明火產(chǎn)生。
4)、嚴(yán)格控制系統(tǒng)中廢氣“VOC”濃度低于爆炸下限1/4（約10g/m3），當(dāng)廢氣濃度過高時，有警報鳴響并打開新風(fēng)閥（參見脫附工藝流程圖），立即降低濃度，避免安全隱患。
5)、催化裝置、吸附裝置均設(shè)有防爆膜片。
6)、凈化系統(tǒng)設(shè)有旁通閥，確保車間通風(fēng)效果，方便應(yīng)急維修；系統(tǒng)設(shè)有開始調(diào)試和應(yīng)急狀態(tài)下的手動系統(tǒng)，確保生產(chǎn)正常進(jìn)行。
7)、設(shè)備內(nèi)設(shè)置多點溫控點，同時設(shè)有自動報警系統(tǒng)。
8)、設(shè)備設(shè)有安全防火閥，當(dāng)設(shè)備工作過程中溫度超高時，關(guān)閉除直排閥外其它風(fēng)閥切斷設(shè)備與車間的通路，風(fēng)機停止運轉(zhuǎn)并立即充入惰性氣體防意外發(fā)生。
9)、夏日高溫狀況下，通風(fēng)降溫同時充入惰性氣體，避免活性炭自然氧化反應(yīng)的條件。
10)、采用換熱新鮮熱風(fēng)均勻進(jìn)入吸附箱對活性炭脫附再生；
11）、全系統(tǒng)設(shè)備和風(fēng)管均良好接地，以消除靜電，并按有關(guān)規(guī)范要求安裝避雷系統(tǒng)。
12）、預(yù)熱管采用遠(yuǎn)紅外加熱管。
13）、催化和吸附裝置均有溫度報警系統(tǒng)，并配有旁通新鮮空氣風(fēng)管以便“飛溫”時引入空氣。
14）、采用保溫性能好、質(zhì)輕的耐火纖維材料保溫。
3、使用壽命
1）過濾棉預(yù)計更換周期：約2400小時/次（前端有水洗塔）；
2）脫附再生運行時間~6小時/次；
3）脫附時催化燃燒裝置全啟加熱總時間約1.5小時/次；
4）活性碳使用壽命8000小時；
5）催化劑使用壽命10000小時；
