1.廢氣處理工藝比選要素

常見(jiàn)的有機廢氣處理工藝有：活性炭/棉吸附、生物洗滌吸收、等離子、光催化氧化、冷凝回收、催化燃燒、熱力焚燒等。但選擇哪種合適有效的處理工藝，就需要根據實(shí)際情況進(jìn)行工藝比選。

正常情況下，首先需要考慮廢氣中的污染因子、產(chǎn)生濃度、廢氣排放量，其次就是要考慮需要的去除效率，在了解上述兩方面的基礎上，再考慮采用何種工藝。但具體采用哪種工藝合適，還需要進(jìn)一步對廢氣的溫度、濕度、污染因子特性(熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、易燃易爆性、水溶性、是否含有鹵素、粘性)以及非有機性污染因子(如：顆粒物)等，做進(jìn)一步的分析。同時(shí)也要兼顧處理工藝的安全性、經(jīng)濟性以及穩定性等。

2.活性炭吸附工藝

有機廢氣處理工藝原理及適用范圍

活性炭是經(jīng)過(guò)活化處理后的碳，其具備比表面積大，孔隙多的特點(diǎn)，使其具有較強吸附能力。顆粒碳比表面積一般可達700—1200m2/g，其孔徑大小范圍在1.5nm一5um之間。其吸附方式主要通過(guò)2種途徑：一是活性炭與氣體分子間的范德華力，當氣體分子經(jīng)過(guò)活性炭表面，范德華力起主導作用時(shí)，氣體分子先被吸附至活性炭外表面，小于活性炭孔徑的分子經(jīng)內部擴散轉移至內表面，從而達到吸附的效果，此為物理吸附;二是吸附質(zhì)與吸附劑表面原子間的化學(xué)鍵合成，此為化學(xué)吸附。活性炭吸附一般適用于大風(fēng)量、低濃度、低濕度、低含塵的有機廢氣。

2.2有機廢氣處理影響吸附效果的因素

活性炭的吸附能力主要是受其本身的比表面積、孔隙大小、分子間力、化學(xué)鍵合成等因素影響;而在實(shí)際應用中，對活性炭裝置的設計，關(guān)鍵是活性炭的過(guò)濾面積、過(guò)濾風(fēng)速、活性炭的層厚。

活性炭過(guò)濾風(fēng)速在《吸附法工業(yè)有機廢氣治理工程技術(shù)規范》(HJ2026—2013)中，可以查到固定床吸附，采用顆粒狀吸附劑氣體流速宜低于0.6m/s，采用纖維狀吸附劑氣體流速宜低于0.15m/s，采用蜂窩狀吸附劑氣體流速宜低于1.2m/s;過(guò)濾面積即可根據處理風(fēng)量和過(guò)濾風(fēng)速計算得出。

碳層厚度的設計，就需要結合廢氣的產(chǎn)生濃度、去除效率、活性炭的更換時(shí)長(cháng)等因素進(jìn)行。一般會(huì )采用2種方式計算碳層厚度：一是，根據活性炭需要的更換周期，來(lái)確定活性炭的總的裝填量，之后再根據過(guò)濾面積計算碳層厚度;二是，在考慮吸附箱尺寸大小、碳層風(fēng)阻、過(guò)濾風(fēng)速的情況下，依照經(jīng)驗直接選定一個(gè)厚度值。

以上設計基于活性炭的吸附速率為一個(gè)恒定值或者無(wú)限大到可忽略不計的情況下設計的。而實(shí)際中吸附速率目前還不能有效計算出，不同的碳、不同的過(guò)濾風(fēng)速、不同的風(fēng)壓等等，都會(huì )影響碳層的速率吸附速率。

實(shí)際中影響碳層吸附速率的因素有：吸附質(zhì)濃度、風(fēng)壓、溫度、活性炭比表面積等等，各條件參數之間的關(guān)系可以表示為以下公式：

停留時(shí)間確定后，活性炭的厚度即可根據設計的過(guò)濾風(fēng)速計算得出。

同樣的條件下，一般活性炭層的厚度越厚，其去除效率也會(huì )越高，但實(shí)際應用中，為提高設備的經(jīng)濟性，通常要考慮碳層厚度不能無(wú)限制的加厚，因此對于活性炭層厚度的選擇，需要根據去除效率要求和碳本身的吸附速率，進(jìn)行有效設計計算。通過(guò)圖1可以看出，(1)碳層厚度選擇小，吸附速率慢，碳層就會(huì )容易被穿透，導致去除效率降低;(2)碳層厚度選擇大，吸附速率快，碳層就不容易被穿透，碳可以長(cháng)時(shí)間使用。

3催化燃燒工藝

3.1工藝原理及適用范圍

催化燃燒是利用貴金屬催化劑降低廢氣中有機物的活化能，使有機物在較低的溫度(一般在250～300oC左右，不同成分的有機物，其催化燃燒溫度不一樣)下發(fā)生無(wú)火焰燃燒。其原理是廢氣經(jīng)過(guò)催化劑時(shí)，先被吸附至催化劑表面，然后在一定的溫度下發(fā)生催化燃燒，達到凈化的目的。目前有機廢氣處理中常用的催化一般為蜂窩狀鈀金屬催化劑和鉑金屬催化劑，催化燃燒方式有電加熱和燃氣加熱，燃燒類(lèi)型有直接催化燃燒(CO)和蓄熱式催化燃燒(RCO)。催化燃燒一般適用于小風(fēng)量、高濃度、高溫的氣態(tài)有機物，且廢氣中不能含有硫、鉛、汞、砷及鹵素等可使催化劑中毒的因子。

3.2廢氣處理設計注意點(diǎn)

(1)能耗：催化燃燒需要在一定溫度條件下進(jìn)行，對于低溫氣體就必須進(jìn)行加熱，風(fēng)量越大其耗能越大，運行成本也就提高;因此選擇此工藝時(shí)，在確保收集效率的前提下，盡可能降低排風(fēng)量，這樣既可提升排氣濃度提升廢氣單位熱值，又可降低風(fēng)量降低能耗;同時(shí)也要考慮熱將尾氣中熱量進(jìn)行回收。

(2)設備開(kāi)機預熱：設計時(shí)設備預熱應為動(dòng)態(tài)，而非靜態(tài)預熱;初始預熱階段利用的氣體一般為空氣，而非廢氣，待系統達到設計溫度后方可切換為廢氣。

(3)安全：有機廢氣一般屬于易燃易爆性氣體，雖然濃度高可以回收利用有機物燃燒產(chǎn)生的部分熱量，降低能耗，但在處理中必須將其濃度控制在爆炸限范圍內。一般需要設置泄爆片、可燃氣體探測儀、應急排空閥、稀釋閥、防火閥等。

(4)熱回收方式：在能耗可接受范圍的情況下，小風(fēng)量一般采用簡(jiǎn)易的列管直接熱交換回收熱;對于能耗超出接受范圍的，大風(fēng)量一般需要采用蓄熱式催化燃燒，可提高熱回收效率。

4活性炭吸脫附與催化燃燒組合工藝

4.1工藝原理

實(shí)際應用中，活性炭吸附與催化燃燒，兩者除了可以單獨使用外，也可以組合使用。組合使用主要利用兩者之間具有互補性的特點(diǎn)：活性炭吸附適用于大風(fēng)量、低濃度廢氣，催化燃燒適用于小風(fēng)量、高濃度廢氣，且活性炭在高溫下被吸附的有機物能夠脫附出來(lái)J。從另一個(gè)角度看，此組合工藝可視為活性炭的現場(chǎng)再生利用工藝，既減少了活性炭吸附飽和后的更換處置成本，同時(shí)定期的濃縮脫附也避免了因活性炭吸附飽和未及時(shí)更換造成的超標排放風(fēng)險。

4.2設計要點(diǎn)

隨著(zhù)催化燃燒廢氣處理中應用逐漸增多，相關(guān)技術(shù)也已趨于成熟。在設計方面，主要是以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一是加熱熱交換與尾氣熱回收熱交換的設計，二是對催化劑填料層的設計和催化劑選型，三是對設備運行控制和安全控制設計。

4.3設計注意點(diǎn)

目前氣體加熱、熱交換、催化劑填料層的設計，都可以查閱相關(guān)資料進(jìn)行設計計算，但將這些設備組合為一個(gè)系統進(jìn)行設計，因各設備廠(chǎng)商之間存在市場(chǎng)競爭關(guān)系和技術(shù)保密，關(guān)鍵的設計計算還無(wú)法查閱。現就系統在實(shí)際工程使用中，發(fā)現的一些問(wèn)題歸納如下。

(1)活性炭升溫和催化燃燒室升溫控制。在使用脫附+催化燃燒時(shí)，應將催化燃燒室溫度升至工作溫度后，然后再對活性炭進(jìn)行逐步升溫脫附;而有些廠(chǎng)家設計在催化燃燒室的溫度沒(méi)有達到設計溫度時(shí)，就開(kāi)始對活性炭進(jìn)行升溫脫附，此種情況造成脫附出的廢氣無(wú)法有效的經(jīng)過(guò)催化燃燒室燃燒。

(2)催化燃燒室預熱。催化室預熱時(shí)，未對流動(dòng)的氣流進(jìn)行動(dòng)態(tài)加熱，而是對催化室內的空氣進(jìn)行靜態(tài)加熱，導致一旦廢氣進(jìn)入催化燃燒室，其催化室溫度急速下降，造成達不到催化燃燒的溫度。

(3)利用催化燃燒的熱部分尾氣作為活性炭脫附氣體。催化燃燒的尾氣溫度較高，一般300℃左右，為降低能耗，部分廠(chǎng)家設計是利用處理后的尾氣作為脫附熱氣。活性炭碳的脫附溫度只需要80—90℃，利用尾氣前必須先對尾氣進(jìn)行降溫處理，若不能將溫度降至設計范圍，就會(huì )存在活性炭著(zhù)火的風(fēng)險;而且脫附產(chǎn)生的有機廢氣是濃縮廢氣，其濃度較高，與高溫氣體接觸也會(huì )存在爆炸的風(fēng)險。如果采用燃氣加熱，燃氣燃燒產(chǎn)生的廢氣和燃氣本身所含部分因子，也會(huì )對活性炭、催化劑造成不利影響;再有燃氣使用若控制不好，天然氣未燃燒直接進(jìn)入催化裝置，一旦點(diǎn)火也會(huì )發(fā)生爆炸，其風(fēng)險相比電加熱更大。