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蓄熱式熱氧化爐處理涂布有機(jī)廢氣可行性分析研究

日期: 2017-12-08
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揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatileorganiccompounds,簡(jiǎn)稱VOCs),指常溫下飽和蒸汽壓大于70Pa、常壓下沸點(diǎn)在260℃以下的有機(jī)化合物,或在20℃條件下蒸汽壓大于或等于0.01kpa具有相應(yīng)揮發(fā)性的全部有機(jī)化合物。智能節(jié)能膜貼在建筑門窗,汽車玻璃和工業(yè)金屬的表面,可以實(shí)現(xiàn)冷熱雙向調(diào)節(jié),達(dá)到冬天保暖,夏天保冷的效果,可以有效節(jié)約能源。復(fù)合智能節(jié)能膜主要分4層,第一層防刮傷涂層,即UV涂層(丁酮溶劑、丙烯酸樹脂),第二層高分子基溫控涂層,包括PET基材和溫控涂層,第三層安裝膠涂層(乙酸乙酯溶劑、丙烯酸壓敏膠),第四層離型膜層。精密涂布是智能節(jié)能膜生產(chǎn)的主要工藝,常溫下涂布涂料后,由導(dǎo)熱油爐加熱保持溫度在80%~100cC之間涂布干燥,在uV涂層干燥過程,丁酮溶劑全部揮發(fā),安裝膠涂層干燥過程,乙酸乙酯溶劑、丙烯酸壓敏膠中的乙酸乙酯全部揮發(fā),產(chǎn)生大量揮發(fā)性有機(jī)化合物,本文模擬了蓄熱式熱氧化爐(RegenerativeThermalOxidizer,簡(jiǎn)稱RTO)處理年產(chǎn)1000萬(wàn)平方米智能節(jié)能膜UV涂層、安裝膠涂層干燥過程有機(jī)廢氣VOCs的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)可行性。


1、RTO運(yùn)行原理和經(jīng)濟(jì)可行性分析


1.1、RTO運(yùn)行原理


蓄熱式熱氧化爐的工作原理是,有機(jī)廢氣經(jīng)預(yù)熱室吸熱升溫后,進(jìn)入燃燒室高溫焚燒,使有機(jī)物氧化成CO2和H2O,再經(jīng)過另一個(gè)蓄熱室蓄存熱量后排放。將生產(chǎn)車間主要含有乙酸乙酯或丁酮的有機(jī)廢氣VOCs(100℃),通過進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入分風(fēng)室,在旋轉(zhuǎn)閥門的作用下進(jìn)入蓄熱床,廢氣被蓄熱陶瓷逐漸加熱后進(jìn)入燃燒室,VOCs在燃燒室內(nèi)高溫氧化(800℃)并放出熱量,高溫?zé)煔庠倥c另一側(cè)蓄熱床上的蓄積陶瓷進(jìn)行熱交換,將熱量蓄積在蓄熱陶瓷上,煙氣以140℃左右的溫度排放。通過旋轉(zhuǎn)閥門的轉(zhuǎn)動(dòng),廢氣進(jìn)出陶瓷的區(qū)域被輪換,實(shí)現(xiàn)蓄熱區(qū)與換熱區(qū)的交替轉(zhuǎn)換。當(dāng)廢氣中所含VOCs濃度超過平衡濃度時(shí),RTO不需補(bǔ)充燃料便能夠維持設(shè)備的自運(yùn)行,同時(shí)可對(duì)外通過換熱器、鍋爐等形式輸出系統(tǒng)余熱,熱量平衡方程式如下:


1.2.2、RTO處理有機(jī)廢氣的經(jīng)濟(jì)可行性分析


根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行情況,UV涂層干燥過程主要揮發(fā)丁酮溶劑,干燥時(shí)間2000h/a。VOCs的產(chǎn)生速率為15.72ks/h(218mol/h),濃度為1310ms/m,小于RTO維持自運(yùn)行時(shí)的最低VOCs濃度,需要補(bǔ)充燃燒天然氣;安裝膠涂層干燥過程主要揮發(fā)乙酸乙酯溶劑、丙烯酸壓敏膠中的乙酸乙酯,干燥時(shí)間2000h/a,VOCs的產(chǎn)生速率為71.94ks/h(816.5mol/h),濃度為5995ms/m,大于RTO維持自運(yùn)行時(shí)的最低VOCs濃度,可以回收VOCs氧化后的余熱用于有機(jī)熱載體爐的涂布干燥用熱。

根據(jù)上述計(jì)算,為處理項(xiàng)目涂布干燥過程產(chǎn)的VOCs,RTO年消耗天然氣約為6.6萬(wàn)in/a,現(xiàn)行工業(yè)天然氣價(jià)格約4.3m。,RTO運(yùn)行年消耗天然氣費(fèi)用為28.38萬(wàn)元,項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)年均利潤(rùn)總額12236萬(wàn)元,RTO的運(yùn)行費(fèi)用占利潤(rùn)總額的0.23%,運(yùn)行費(fèi)用占比是合理的。

2、RTO處理有機(jī)廢氣技術(shù)可行性分析


2.1、有機(jī)廢氣治理措施多


方案比選目前,針對(duì)的VOCs處理方法主要有吸附法、液體吸收法、冷凝法、生物法、低溫等離子體、催化燃燒、蓄熱式焚燒系統(tǒng)(RTO)等,以下介紹幾種VOCs處理方式的原理和優(yōu)缺點(diǎn)。


2.1.1、吸附法


吸附法是處理低濃度VOCs的有效方法之一,它是通過吸附劑對(duì)VOCs進(jìn)行吸附凈化,將凈化后的氣體排人大氣。因此去除率的高低與吸附效果有關(guān),而吸附效果主要取決于吸附劑的性質(zhì)、VOCs的種類、濃度和吸附系統(tǒng)的操作溫度、濕度、壓力等因素。


目前,常用的吸附劑有顆?;钚蕴?、活性炭纖維、活性氧化鋁、硅膠和人工沸石等。吸附裝置內(nèi)可以不同方式進(jìn)行接觸傳質(zhì),吸附床形式有定床、移動(dòng)床和流動(dòng)床。移動(dòng)床和流動(dòng)床傳質(zhì)效果好,一般用于處理大風(fēng)量。根據(jù)吸附理論,降低溫度可提高吸附效果,通??刂莆綔囟仍?0℃以下。


2.1.2、液體吸收法


液體吸收法是利用液體吸收液與有機(jī)廢氣的相似相容性原理而達(dá)到處理有機(jī)廢氣的目的。通常為強(qiáng)化吸收效果用液體石油類物質(zhì)、表面活性劑和水組成的混合液作為吸收液。


2.1.3、冷凝法


冷凝法是利用物質(zhì)在不同溫度下具有不同飽和蒸汽壓這一性質(zhì),采用降低系統(tǒng)溫度或提高系統(tǒng)壓力,使處于蒸汽狀態(tài)的污染物冷凝并從廢氣中分離出來(lái)的過程。冷凝過程可在恒定溫度的條件下用提高壓力的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn),也可以在恒定壓力的條件下用降低溫度的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用冷凝的方法,能使廢氣得到很高程度的凈化,凈化要求越高,所需冷卻的溫度越低,必要時(shí)需要增大壓力。因而,冷凝法往往與吸附、燃燒和其它凈化手段聯(lián)合使用,以回收有價(jià)值的產(chǎn)品。


2.1.4、生物法


生物凈化實(shí)質(zhì)上是一種氧化分解過程,附著在多空、潮濕介質(zhì)上的活性微生物以廢氣中有機(jī)組分作為其生命活動(dòng)的能源或養(yǎng)分,轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物(CO、H0)或細(xì)胞組成物質(zhì)。主要工藝包括生物過濾床、生物滴濾床以及生物洗滌床。微生物、填料、濕度、溫度、pH、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)都是生物濾池性能的影響因素。


2.1.5、低溫等離子體


等離子體被稱作除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)之外的第四種物質(zhì)存在形態(tài)。簡(jiǎn)言之,等離子體就是電離氣體,它是電子、離子、原子、分子、自由基等粒子的集合體。等離子體與VOCs的作用機(jī)理主要有兩方面:一是數(shù)萬(wàn)度的高能電子直接與氣體分子(原子)發(fā)生非彈性碰撞,將能量轉(zhuǎn)換成基態(tài)分子(原子)的內(nèi)能,使其激發(fā)、離解、電離最終生成無(wú)害的CO2和H2O;二是高能電子激勵(lì)氣體中的O2、N2、H2O等分子,從而產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的O、OH、O3、OH2等自由基或活性粒子,它們破壞C—H、C=C或C—C等化學(xué)鍵,使VOCs分子中的H、C1、F等發(fā)生置換反應(yīng)和分解氧化,最終生成無(wú)害物質(zhì)CO2和H2O。低溫等離子體可以單獨(dú)作用于VOCs,可以協(xié)同吸附劑作用于VOCs,也可以協(xié)同催化劑作用于VOCs,等離子體協(xié)同吸附劑和催化劑技術(shù)處理VOCs效果較好,能量利用效率高,但在反應(yīng)過程中可能產(chǎn)生臭氧、NOC1、HNO,及其他鹵化物等二次污染物,可能使催化劑失去活性J。


2.1.6、催化燃燒法


催化燃燒技術(shù)是指在較低溫度下,在催化劑的作用下使廢氣中的可燃組分徹底氧化分解,從而使氣體得到凈化處理的一種廢氣處理方法。目前催化燃燒技術(shù)已廣泛應(yīng)用于金屬印刷、漆包線、煉焦、油漆、化工等多種行業(yè)中用于凈化有機(jī)廢氣和處理汽車尾氣。如石化中的氧化瀝青尾氣治理、催化裂化裝置再生煙氣的CO處理,彩印廠三苯廢氣治理以及PU合成革工藝有機(jī)廢氣治理等。


目前實(shí)際應(yīng)用多是上述方法的組合使用,如吸附一冷凝回收法、吸附一解吸一催化燃燒法、吸附一濃縮一燃燒法等,組合法克服了單一方法的缺陷,使有機(jī)廢氣的污染問題得到了解決(見表1)。


2、2RTO的技術(shù)指標(biāo)和去除效率


將RTO燃燒室內(nèi)溫度設(shè)定在8o0℃,停留時(shí)間1.5S的條件下,可達(dá)到99%以上的VOCs去除效率,RTO處理有機(jī)廢氣燃燒工藝主要性能指標(biāo)符合《大氣污染物治理工程技術(shù)導(dǎo)則》(HJ2000—2010)熱力燃燒工藝主要性能指標(biāo)的要求。智能節(jié)能膜生產(chǎn)以PET薄膜(塑料)為基材,采用的微凹版涂布生產(chǎn)工藝類似于印刷行業(yè)中的凹版印刷,處理后的VOCs最大排放濃度為59.95mm,可以達(dá)到廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《印刷行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)化合物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB44/815—2010)中表2的凹版印刷第1I時(shí)段限值120mg/m。的要求。


2.3、RTO運(yùn)行燃燒天然氣產(chǎn)生的二次污染


根據(jù)《第一次污染物普查工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》(第十分冊(cè))表4430中燃?xì)忮仩t的NO排放系數(shù)為18.71kg/萬(wàn)1TI燃料,RTO年消耗天然氣約為6.6萬(wàn)1TI/a,產(chǎn)生氮氧化物0.12t/a,產(chǎn)生量較小。


3、結(jié)論


蓄熱式熱氧化爐(RTO)利用高溫下發(fā)生的氧化反應(yīng),將有機(jī)廢氣處理達(dá)標(biāo)后高空排放,有機(jī)廢氣經(jīng)處理產(chǎn)生的熱能,不僅能維持RTO自身的正常運(yùn)行,還可以回收多余的熱能作為涂布設(shè)備干燥的能源,替代部分涂布設(shè)備干燥能耗,達(dá)到顯著的節(jié)能與減排效果,從成本投入、運(yùn)行費(fèi)用和處理效果綜合來(lái)看蓄熱式焚燒系統(tǒng)(RTO)對(duì)智能節(jié)能膜涂布有機(jī)廢氣處理是合適的。


原標(biāo)題:蓄熱式熱氧化爐處理涂布有機(jī)廢氣可行性分析研究


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