排放控制技术

本手册最初由Anguil的CEO和创始人Gene Anguil撰写,作为Harold J.10bet官网和18bet Rafson(编辑)的《气味和VOC控制手册》中的一章。为了反映蒸汽处理技术的进步和术语的变化,最近在我们的网站上进行了更新。

在阅读手册之前,重要的是要了解,许多明显不同的行业有非常相似的污染控制挑战和解决方案。安圭尔的目标是利用我们在每个行业的经10bet官网和18bet验,帮助客户在他们的特定应用上应用适当的技术。随时联系10bet官网和18bet安圭尔代表在您身边讨论您独特的破坏要求,效率要求和工艺参数。

第八章。排放控制技术

8.4.1介绍

本节的目的是介绍各种VOC氧化技术,它们的优缺点,以及确定特定应用的首选技术所需的要素。

从1970年开始,全球环境当局开始确定各种有重大排放的行业,并开始为这些过程设定限制。采用热氧化和催化氧化技术的主要行业见表8.4.1。自20世纪90年代初以来,烘烤行业、化工加工行业、制药行业、织物涂层、橡胶挤压、电子元器件、土壤修复、金属涂层、木材加工、甲醛、消毒器等已成为环保部门针对的具体行业。

表8.4.1主要工业来源

固定源释放的典型VOCs

行业 Vocs、典型溶剂和其他废气
醋酸完成涂料 硅酸溶液
醇合成 C1, C2, C3, C6碳氢化合物
汽车涂料 酮,二甲苯,甲苯,酚
面包烤箱 乙醇
可以涂 酮,醇,芳香烃,醚
化学处理 有很大区别
咖啡焙烧 咖啡豆中的重油
卷材涂料 磷酸盐,溶剂,环己醇,醇,Carbistols,碳氢化合物
电子元件 乙酸丁酯,二甲苯,兆,纤维素
玻璃纤维涂层 聚四氟乙烯乳液,玻璃纤维,合成材料,苯乙烯
柔性版印刷 柔印油墨衍生物,醇类,乙二醇
甲醛 甲醛、甲醇、有限公司
石版印刷/油漆 丁基纤维素溶液,环丙酮醇,溶剂,醋酸纤维素溶液,二甲苯,MIBK
金属镀层 醇类,醋酸纤维素,邻苯二甲酸酯,溶剂
纸张涂料 高沸点有机物,乳液
药品 异丙醇,甲苯,碳氢化合物
邻苯二甲酸酐制造。 有机酸
树脂厂 甲醛,酚类,邻苯二酸酐
橡胶加工 可见的烟雾,颗粒
土壤修复 苯,甲苯,乙烯,二甲苯
灭菌器 环氧乙烷
乙烯基外科手套 聚氯乙烯,邻苯二甲酸环辛酯
电线上釉药 醋酸纤维素

减少VOC的空气污染控制系统通常是围绕排放成分、浓度、温度和气流量进行设计的。空气流量的体积,以立方英尺每分钟,被指定为ACFM实际立方英尺每分钟ACFM,“S”代表标准立方英尺每分钟,在70华氏度,海平面和一个大气。

单一体系的氧化剂尺寸范围从100 SCFM (160.5 Nm3./小时)可达100,000 SCFM (160,500 Nm3./人力资源)。将氧化剂串联使用可以获得更大的容量。每个行业都有规定必须处理的废气流量的操作。表8.4.2显示了各个行业及其运行的典型气流。

表8.4.2工业工艺样品量
行业 SCFM (Nm3./人力资源)
土壤修复 100-5,000(160.5-8,025)
通气治疗 100 - 1000 -1605 (160.5)
汽车涂料 10000 - 100000 (16050 - 160500)
半导体 20,000-50,000(32,100-80,250)
柔性版印刷 5000 - 50000 (8025 - 80250)
照相凹版印刷 10000 - 30000 (16050 - 48150)

大多数氧化剂,热或催化剂是预先设计的。这是该设备的设计,以便在市场上具有竞争力,然后通过改变要求的一些参数来定制一系列基本标准设计。由于氧化设备具有燃烧器,因此设计需要10bet博彩公司确保安全、有效的操作,并通过电脑或主控面板进行用户友好的控制。

特定的碳氢化合物在几个方面影响人类健康。有些会影响呼吸系统,有些则是空气中的毒素。环保署于1990年发布了关于VOC和空气毒素的新法规。随后颁布了规定,确定空气毒素对工业工人特别危险。其中一个主要的空气毒素是苯,而苯是汽油的主要成分之一。地下储罐和地下石油基地泄漏物中苯的修复是大气毒素的重要来源。四氯乙烯、氰化氢和酮都是空气中的有毒物质,因为它们是致癌物质,可能会造成立即或延迟的问题。

8.4.2表征过程流

在确定控制工艺流程的最合适技术时,有必要确定气流的特性。表征的第一步是确定哪些有机物和其他污染物需要销毁或控制。

标准形式称为应用程序数据表,有可用的是,有人要求一系列问题确定哪些技术可以控制所生成的排放。所需设备的尺寸也部分地取决于有机负载或浓度。

根据去除要求、效率目标和工艺参数,可以确定首选的氧化工艺。一般来说,低流量、低浓度的流最好由催化回收氧化剂处理。当液流浓度在15% ~ 20% LEL之间时,催化回收或热回收均为最佳工艺。对于20%-25% LEL之间的工艺流,热回收是首选的解决方案。

RTO/RCO和转子选煤机系统的资本成本通常较高,但在大容量、低浓度流上的运行成本节省使这些技术在该地区具有吸引力。随后,设备的资本和运营费用以及该设备的安装费用与规模有关。由于氧化设备需要燃料和电力,操作费用也将取决于每天、每周和每年的操作时数。此外,成本将取决于需要处理的有机物的数量,单位是每小时磅(磅/小时);或者以体积单位(ppmv)表示。一个重要的考虑因素是有机负载是稳定状态还是有峰值。

必须确定要处理的工艺流的量。由于大多数公司过去不需要购买污染控制设备,他们消除污染的方法是尾气越多越好。在低利润行业尤其如此。更复杂的工业,比如化学工业,通常会关注工厂排出的空气,并通过过程控制来关注排出量。不重视尾气排放的行业没有充分认识到,在购买污染治理设备时,该设备的成本将取决于两个因素:

(1)必须处理的风量

(2)必须加工每小时的每小时有机物

工艺流程减少应瞄准,必须以这样的方式进行,即它不会影响过程或工厂的操作。植物工程师的正常第一反应是无法完成空气流量。但是,随后的调查导致了大部分时间流量减少。

有机负荷

确定有机物的浓度通常很困难。然而,在购买溶剂或其他有机物的操作中,过去一年中已在过去一年中购买的有机物数量或吨的数量是已知的。由于此信息也必须提供给环境机构。因此,需要确定的第一步是通过购买记录完成的。鉴于往年购买的大量有机物,以及每年运行时间的数量,这两个数字的比例产生每小时磅,保守初始估计平均有机载荷。该方法假设将发出所购买的所有内容,将被删除堆栈。

污染物

有必要确定排气流中是否有对催化剂有害的化合物,从而排除该技术的使用。例如,当几年前汽车催化消声器和转化器被引进时,汽车工业要求石化工业消除汽油中的铅,因为铅会降解,降低催化剂的有效性,并破坏汽油。一组对催化剂有害的工业化合物是卤素,这是一个化合物家族,包括氯、溴、碘和氟。溴虽然在工业中不普遍,但在化工厂中却很常见。氟利昂是氟化合物。硅酮是另一种对催化剂有害的化合物。在许多工业过程中,它被用作防滑剂或润滑剂。磷、重金属(锌、铅)、硫化物和任何微粒都可能导致缩短催化剂的使用寿命。有必要估计这些污染物的体积或数量,以评估催化技术的可行性的应用。

破坏效率

通常情况下,在整个美国都需要95%的VOC销毁,而当有毒有害空气污染物(hap)出现时,销毁效率就会提高到99%。VOC负载流的特性有助于选择合适的技术,以达到所需的破坏速率效率或DRE。

多个过程线

如果存在多条处理线,则必须存在将气流和控制体积组合到氧化剂的装置。例如,几个工艺排出进入集合增压室,通过粗加工过滤器,然后通过系统风扇绘制。监视该过滤器的压力下降以确定何时清洁过滤器。进入系统风扇的流量由涡流阻尼器或可变频率驱动器控制。来自多个工艺系中的空气量进入该压力管腔可以变化。压力压力换能器感测到增压器中的压力,并且该信号用于改变风扇VFD的速度或定位涡流阻尼器以控制来自增压室的体积的量。因此,风扇将减慢或加速,直到从增压室吸收的空气量与进入的空气量相同。该压力控制回路是标准的所有系统,具有多个处理线。当单个过程线存在时,不需要,但有利于最小化从过程中汲取的空气量变化。当使用固定速度风扇时,有机负载的变化会导致氧化剂上的不同压降。 The differing pressure drops, result in varying flow from the process unless a pressure control loop is unitized.

8.4.3氧化技术

根据定义,氧化作用是将碳氢化合物在氧气和热量存在的情况下转化为二氧化碳和水蒸气。表示这种关系的一般方程如式(1)所示

Cn H2m + (n + m/2) O2→n CO2 + H2O + Heat

方程中特殊的n和m下标用来定义碳原子和氢原子的数目。氧原子的数目转化成n个二氧化碳分子和m个水蒸汽和热量,在放热反应堆中释放出来。

热回收氧化的操作原理称为燃烧的三个“t”:

  • 时间
  • 湍流
  • 温度

在热氧化剂中,时间是指有机物在适当氧化温度下的停留时间或停留时间。通常,如果需要95%的破坏效率,那么半秒的停留时间就足够了。也就是说,有机物如果被提高到约1400华氏度,并在1400华氏度下保持半秒。滞留时间和湍流都必须达到,其中湍流指的是一个足够的混合水平。如果发生湍流,如果达到1400度半秒,有足够的氧气,95%的有机物将被破坏。在某些情况下,特别是在化学工业中,必须向工艺流中添加氧气。对于每种有机物,需要特定的温度和特定的保存时间来达到预期的破坏水平。表8.4.6说明了几种有机物的这些要点,有些是氯化的。

有六种基本的氧化剂技术,以交替的方式实现有机物的氧化。这些技术包括:

  • 催化再生式
  • 热再生式
  • 再生热(RTO)
  • 再生催化(RCO)
  • 直接燃烧的热和蒸汽燃烧器:火炬/燃烧器
  • 陶瓷过滤器

转子集中器能否与这些减排技术结合使用,以降低产量需求和降低运营成本

氧化剂制造

热氧化剂的建立必须提供停留时间和温度,以实现有机物的破坏。因此,由于热氧化剂的停留时间是催化氧化剂的2到4倍,因此热氧化剂相对较大。热氧化剂通常以碳钢为外壳,浇筑耐火材料或砖作为热衬。耐火材料就像水泥一样,放在建筑外壳的内部,起到隔热屏障的作用。目前市场上提供的新型热氧化剂,是在内部使用陶瓷纤维隔热设计和制造的。这是一个相当轻的材料,有一个相对长的寿命,而旧的耐火材料往往会在一段时间的膨胀和收缩磨损失效。

停留时间

在“工艺流程特征”一节中,指出工艺风量和有机负荷是确定合适的氧化工艺的重要变量。有机负荷或工艺流程中有机浓度的一种量度是“爆炸下限”,指定为LEL或“易燃下限”,指定为LFL。流的LEL是在有火源存在的情况下产生可燃混合物的流中最低的有机浓度。在这个浓度下,气流被认为是100% LEL。例如,如果一种蒸汽含有甲苯或酒精,并且它的LEL值为100%,这意味着如果存在火花或火源,该蒸汽中的浓度是爆炸性的。表8.4.5列出了一些常见有机物的特征,它们被分为五大类:醇类、脂肪类、航空类、酯类和键类。

表有机化合物特性
气体/蒸汽 化学公式 爆炸下限 热阀

(BTU /磅)

(1)醇
甲醇 CH.3. 3.4 9033年
异丙醇 (CH3.)2CHOH 1.1
正丁醇 CH.3.(CH2)2CH.2 2.7
丙醇 CH.3.CH.2CH.2 1.2 12960年
(2)脂肪族化合物
石脑油 没有化​​学描述 - - - - - - 16960年
甲基纤维素溶剂 CH.3.2CH.2 1.5 9274年
正己烷 CH.3.(CH2)4CH.3. 2.8 19391年
正庚烷 CH.3.(CH2)5CH.3. 2.4 19314年
戊烷 CH.3.(CH2)3.CH.3. - - - - - - 19,493
二甲基甲酰胺 (CH3.)2NCHO 0.8
环己烷 CH.2(CH2)2CH.2 2.0 18826年
(3) Aeromatics
C6H6 3.2 17443年
甲苯 C6H5CH.3. 1.7 17599年
四氢呋喃 2CH.2CH.2CH.2 - - - - - -
二甲苯 17725年
(4)酯
乙酸异丙酯 (CH3.)2CHOOCCH3. 12.5 10960年
Iso乙酸丁酯 CH.3.库奇舞2CH (CH3.)2 6.5
乙酸乙酯 CH.3.COOC2H5 气体 10235年
醋酸正丁酯 CH.3.COOC4H9 3.0 12460年
醋酸丙酯 C3.H7oocch.3. 10.0 10,525
(5)凯旋投资
醋酸
甲基乙基酮 CH.3.COC2H5 1.0 13729年
甲基异丁酮 CH.3.公司(CH2)3.CH.3. 2.2
MTBK

对于有机苯,可以看到12000 PPM,是100% LEL。美国国家消防协会(NFPA)声明,如果LEL小于25%,设备可以在没有LEL监视器或控制的情况下运行。对于苯,25% LEL等于3000ppm。这一上限成为选择和设计氧化设备的一个决定性因素。如果浓度高于25% LEL, NFPA要求要求使用LEL监测器。使用LEL监视器,NFPA指南允许操作高达50%的LEL(2:1安全系数)。总之,100% LEL是爆炸性的;如果流量为25%,则安全系数为4。

除了LEL的爆炸方面,另一个问题是在氧化过程中释放的热能。对放热的估计是,每1%的LEL在溪流中将会有25华氏度的上升。因此,如果工艺空气在给定的温度下进入氧化剂,如果流中LEL浓度为2%,则氧化后的工艺流温度预计将上升50华氏度。如果工艺流以10%的LEL运行,那么可以预测250华氏度的温度上升。最大LEL为25%,产生625华氏度的工艺流温升。

产生100% LEL所需的浓度随所识别有机物的特性而变化。例如,乙醇的体积浓度是20000 PPM,而苯的体积浓度是12000 PPM。不仅不同的有机物有不同的LELs,而且每一磅不同的有机物被氧化,会释放出不同的热量。演示这种能量释放的一个例子是汽车中的催化消声器。当消音器最初安装时,高水平的未燃烧汽油通过消音器导致过度加热,如果汽车停在树叶上,随后导致火灾。过热的原因是每磅汽油被氧化会释放出2万英热单位(BTU)。

氯化有机物是具有一种或多种氯原子的烃。氯化烃产率CO2,水蒸气和氯化氢(HCl)气体的氧化。一些典型的氯化有机物是TCE和PCE。这些有机物具有低至5,000 BTU / LB的热值。

表8.4.6温度和停留时间
温度和停留时间
0.5秒保留时间 1.0 SEC保留时间
95% 99% 95% 99%
甲苯 1351 1372 1317 1338
1489. 1640 1415 1640
苯乙烯 1445 1480 1391 1424
四氯乙烯 1843 1921. 1726 1797
吨标煤 1592 1675 1545 1572
PCE -六氯乙烷
TCE -三氯乙烷
DE -破坏效率

甲苯:如果温度为1351度,半秒停留时间就能达到95%的破坏效率。在一秒钟的停留时间内,温度可以略微降低到1317度。若要在半秒的停留时间内达到99%的破坏,操作温度必须为1372华氏度。而如果存在一秒的停留时间,则在1338华氏度下就可以达到99%的破坏效率。温度升高会带来更好的破坏效率,但也会增加操作成本。增加保留时间可以提高破坏效率,但也会增加资本成本。必须权衡增加的资本成本和降低的运营成本之间的平衡。

苯:苯是致癌的苯需要比甲苯更高的破坏温度。在第二秒停留时间下,需要在1351度下运行1351度,而是需要1489度的操作温度。

PCE:氯化有机物需要更高的温度。氧化剂而不是在1400度处于1400度,而是必须操作约1800度,较长的停留时间允许将温度降低至约1700度;增加到99%的破坏需要增加温度至约1900度F.

在氯化有机物的热加工过程中存在的一个问题是,燃烧产生的副产品可能比将要被销毁的最初产品更有害。燃烧的副产品是一种化合物,当大部分有机化合物被转化为CO2和H2O时,通过催化或热的方式形成。例如,当95%的甲苯被破坏时,剩下的5%会发生什么?它仍然是甲苯还是有新产物形成?通常会形成“燃烧的副产品”,而这些副产品是什么是不可能预测的。它们可能是原始化合物的混合物,也可能更有害。人们在这种高温下热处理氯化有机物时所担心的是可能会产生二恶英。二恶英实际上比有机污染物更有害,后者会在空气中产生挥发性有机化合物或烟雾。

8.4.3.1.催化再生式氧化剂

催化回收式氧化剂由几种主要元素组成,如图8.4.2所示,分为:

  1. 系统风扇
  2. 热交换器
  3. 反应堆
  4. 催化剂
  5. 排气管

该图显示了这种系统的典型P&ID。将过程流管在氧化剂上,进入系统风扇。系统风扇由电动机驱动,并通过热交换器在正压下强制工艺流。所示的热交换器是壳体和管型的横流式热交换器。板式热交换器可用于应用中。通常,由于清洁管的能力,过程流通过热交换器的管侧进入。当空气进入​​并通过热交换器时,它被加热,然后将进入称为反应器的部分。当它进入反应器时,将通过燃烧器进一步加热工艺流,由测量空气温度和调节燃烧器烧制的温度控制器的温度控制器,使过程流达到300-700的催化温度的温度控制器催化温度取决于有机物,要求破坏有机物和催化剂的类型和体积。在催化温度下,过程流将通过一系列床,在它们中具有催化剂。 As the air containing organics comes across the catalyst, the organic is converted to CO2 and water vapor and an exothermic reaction occurs. This exotherm will raise the temperature of the stream exiting the catalyst bed. Hence the catalyst outlet temperature will be higher than the temperature going into the catalyst bed. The process stream is then directed though the shell side of the heat exchanger where it preheats the incoming air and is then exhausted to the atmosphere.

催化剂

氧化催化剂的特性是多种变化的。从根本上说,如果含有气流的有​​机物被加热并穿过催化剂,则物体将转化为二氧化碳和水蒸气。然而,转化百分比发生在不同的有机物和不同催化剂的不同温度下。

以甲苯为例。要在气流中破坏25%的甲苯,图表在y轴上输入25%,到甲苯线,向下到华氏线,可以看到需要大约300华氏度的温度。然而,EPA要求的不是25%的破坏,而是95-99%的破坏。为了破坏95%的甲苯,进入图表的95%破坏,到甲苯线,垂直向下,可以看到500-550度范围内,以破坏甲苯。一些有机物需要比其他有机物更高的温度才能被催化破坏。酒精、异丙醇和乙醇的破坏相对简单,而醋酸酯,特别是醋酸乙酯和醋酸丙酯,可能需要750华氏度范围内的温度才能达到充分的破坏。根据工艺流程的不同,在化学工业或印刷操作中,单个有机物可能存在,或存在多种有机物。有一个多样性的有机物强制要求集中能力摧毁最困难的有机物

有些有机物不能被催化剂有效地破坏。例如:庚烷和己烷,可以在600-700度的温度下被破坏。而丙烷、乙烷和甲烷需要超出合理温度范围的温度。由于甲烷不是一种产生有机物的烟雾,确保95%的有机物被销毁意味着甲烷不被考虑,并在计算过程中从该流中去除。但是,如果丙烷作为辅助燃料,即燃烧器使用液化石油气或直接使用丙烷驱动,则意味着在烟囱末端会对VOC有贡献。
催化剂样品如图8.4.6所示。一些催化剂沉积在陶瓷基板上。这些陶瓷在延展性的状态下挤压,然后在烤箱中烧制。该过程包括从陶瓷开始,沉积氧化铝涂层。氧化铝使相当光滑的陶瓷有一些凸起。在这些突起上沉积着贵金属催化剂,如铂、钯或铷。活性位点,即贵金属沉积的地方,才是真正发生转化的地方。

替代陶瓷衬底的是金属衬底。在这一过程中,铝氧化物沉积在金属基体上,以给予波形轮廓。然后,贵重金属沉积在氧化铝上。这两种形式的催化剂都称为单体催化剂。

催化剂的另一种形式是颗粒。球团有各种直径或挤压形式。这些小球可以有一层氧化铝涂层,上面沉积着贵金属作为催化剂。珠子被放在一个托盘或床上,深度从6英寸到10英寸不等。珠粒越大(1/4英寸对1/8英寸)通过催化剂床的压降就越小。然而,珠粒越大,在相同体积内的表面积越小,这就意味着破坏效率越低。更高的压降意味着氧化系统需要更高的马力。这种贵金属块具有相对较低的压降,在相同的应用场合通常比颗粒更贵。

基金金属催化剂

贵金属催化剂的替代品是贱金属催化剂。贱金属催化剂可以沉积在单片基片上,也可以作为颗粒使用。这些颗粒通常是挤压的,因此是100%的催化剂,而不是沉积在基质上。贱金属挤压催化剂的一个好处是,如果工艺流中存在任何有毒物质,有毒物质就会沉积在催化剂表面。根据污染物的类型,可以经常用水清洗。当它被清洗、研磨或磨蚀时,外表面被除去,随后新的催化剂被暴露出来。因此,催化剂可以再生。贵金属催化剂也可以再生,但这一过程成本较高,而且往往效果不佳。

一种贵金属催化剂,根据操作情况,通常可以持续3万小时左右。一般来说,一个每周40小时的轮班操作,一年50周,一年总共是2000小时。因此,催化剂可能有15年的寿命。它可能会降解,它可能需要一些洗涤,它可能需要一些其他的操作,但它应该可以持续那么长时间。如果一个工厂每周三班倒,或每年6000小时,那么催化剂的预期寿命将是5年左右。从成本因素来看,一个典型的经验法则是,催化剂可能占设备总资本成本的10%-15%。

更多设计信息,请访问催化氧化剂页面

8.4.3.2热再生式氧化剂

这张图显示了一个强制通风热回收氧化剂,在那里系统风扇迫使过程气流通过热交换器。当工艺流离开热交换器时,燃烧器起火,工艺流被提高到温度。反应器室内衬有高温陶瓷纤维,设计满足所需的保留时间。由于膨胀问题,热氧化剂通常使用管壳式换热器。管壳式换热器的材料选择需要是高等级的不锈钢,足以满足预期的稳定状态和峰值温度。

所示的热氧化剂是强制草案系统,但也存在诱导的系统草案。诱导的草稿系统略昂贵,但是当存在颗粒或有机油时建议使用。微粒对强制风扇的影响,对系统性能产生负面影响。如果过程流是清洁的,则强制草案系统是合适的。

所使用的燃烧器是调节的,也就是说,如果有机物被预热到适当的温度,燃烧器将调节到零,这样就不需要继续氧化所需的能量。
热回收氧化剂的好处之一是,它可以处理有机物,可能是一个毒药或有害的催化剂。此外,如果有机浓度非常高,例如有机水平为20-25% LEL,则热回收氧化是合适的技术。

对于相对大容量和低浓度的流,热回收设计的问题是,金属热交换器只能回收70%的热量,运行成本急剧增加。热交换器的效率水平受到提高热交换器效率所需的材料成本的限制,以及有机物仅因温度而起火的自燃成为影响金属热交换器寿命的问题。

欲了解更多信息,请访问热回收氧化剂页

8.4.3.3.再生热氧化剂(rto)

再生热氧化剂或RTO是一种热氧化剂,包括两个或多个陶瓷传热床,作为热交换器和一个净化室或保留室,有机物被氧化并转化为CO2和H2O蒸气。

再生式热氧化器(双床)的运行要求在启动模式下,陶瓷传热床的初始预热温度为1300 - 1500华氏度。这是通过位于净化室的燃料燃烧燃烧器的操作来完成的。为了平衡陶瓷换热床的预热,空气通过位于陶瓷换热床附近的两个气动分流阀的操作进入和离开陶瓷换热床。在初始启动期间,外部空气通过位于过程风机进口侧的补充空气挡板三通向氧化剂供应。可编程逻辑控制器(PLC)监控和控制气流的方向。
在陶瓷传热床达到操作温度后,装置就可以进入工艺气流了。当工艺气流进入陶瓷传热床时,被加热的陶瓷介质将工艺气流预热到其氧化温度。当碳氢化合物达到自燃时,气流就发生氧化。在这一点上,由过程碳氢化合物氧化释放的热量被入口陶瓷传热床部分吸收。被加热的空气通过滞留室,热量被出口陶瓷传热床吸收。如果氧化剂是自我维持的,则温度(从入口到出口)的净增加量为100华氏度。

在系统的正常运行模式下,工艺空气进入RTO系统风扇,并通过进口分流阀,在那里工艺空气被强制进入左侧陶瓷传热床的底部。当工艺空气上升通过陶瓷传热床,工艺流的温度将上升。床的顶部温度控制在华氏1500度左右。床的底部会根据进入空气的温度而变化。如果假设过程空气环境条件或70华氏度,然后随着空气进入底部的床,床的底部将接近的进气温度70度F .媒体进入空气加热和冷却。由于空气存在于陶瓷介质中,它将接近华氏1500度。然后工艺空气在华氏1500度进入第二层,现在陶瓷介质从空气中回收热量,温度升高。在固定的时间间隔4到5分钟,或基于热电偶控制,分流阀开关和过程空气直接进入床的右边和离开床的左边。在打开阀门之前,空气加热了右边的床,现在这个床正在被冷却。冷却从底部开始,持续向上,因为介质是热的,能量被转移。然后,工艺空气通过净化室,并通过第二床出口。

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破坏效率
当阀门被切换时,在流体被逆转之前没有被破坏的有机物就会从烟囱中被耗尽。此外,阀门的快速切换或关闭对于最小化未氧化有机物的旁路至关重要。如果将排放与时间的关系绘制出来,图表将反映一个非常低的尾气浓度水平,比如1ppm,但每当分流阀打开时,排气流中就会出现有机脉冲。由于阀门每四分钟换一次,这些脉冲降低了有机物的整体破坏效率。为了达到更高的破坏效率,存在几种处理脉冲的方法。

氧化剂制造

保留室和传热室由增强碳钢外壳和陶瓷纤维衬里组成。陶瓷纤维衬里的厚度是根据要求的有机物破坏温度和期望的外壳温度来确定的。陶瓷换热介质可以是各种类型的,包括随机填料或规整填料。陶瓷结构填料是工业上的一种发展,它反映了较低的等效传热压降。采用钢筋碳素钢结构来支撑氧化室和规整填料支撑网格的荷载,以及风荷载和/或地震荷载。填料支撑栅格由不锈钢制造,设计用于支撑规整填料。

分流阀

氧化剂有一个位于能量回收室附近的工艺空气转向阀。工艺空气分流阀控制工艺空气流入和流出能量回收床。根据应用情况,阀门可以用碳钢或不锈钢制造。阀门由气动执行器操作,并由PLC控制,以保持最佳的能源效率。
有许多不同类型的阀门被使用。所有阀门必须高度可靠,并具有有效密封的能力。许多系统采用的是重型蝶阀,而较新的系统采用的是提升式阀门。

氧化剂烘焙

如果工艺废气中的有机微粒堆积在氧化剂底部的“冷”表面上,则必须关闭工艺,并要求这些有机物挥发或“烘烤”。当烘烤被激活时,分流阀将保持在一个位置,直到出口床排风温度达到850华氏度。在这个温度下,大多数有机油将挥发,就像在自清洁烤箱中一样。当第一出口床层温度达到850华氏度时,分流阀将切换并保持在位置,直到第二出口床层温度达到850华氏度。

补充燃油喷射(sfi)

补充燃料系统是为天然气操作而设计的,但允许氧化剂在任何需要能量输入来启动或维持运行的条件下使用天然气、丙烷或丁烷。补充燃料可以通过净化室的燃烧燃烧器注入,也可以通过与工艺流适当混合的天然气注入。当天然气混合物通过陶瓷介质上升时,达到自燃温度,并发生放热反应,从而为工艺流提供热量。

当使用燃烧器时,将天然气注入工艺流程而不是通过燃烧器时,天然气的利用率为1000 BTU/立方英尺,而天然气的利用率为600 BTU/立方英尺。

有关特性、优点和组件的更多信息,请访问再生热氧化剂页

8.4.3.5再生催化氧化剂(rco)

当催化剂被添加到RTO的介质室时,它就被称为RCO。该消减装置仍然依靠高能量回收来减少辅助能量的使用,但使用催化剂时VOC化合物会在较低的温度下氧化,进一步降低了辅助能量的需求。这是催化剂友好化合物的一个很好的选择。

表8.4.8停留时间(秒)
催化与热

停留时间(秒)

99%的破坏

催化
只要 1.0
碳春节 只要 1.0
MEK 只要 1.0
8.4.3.6直接燃烧热氧化剂和蒸汽燃烧器:火炬/燃烧器

照明弹是一种继续在国内和国际上使用的氧化技术。它们用于石油、石化和其他需要处理高浓度连续或连续的废气的工业 断断续续的基础。与其他热氧化技术一样,要实现充分的排放控制,燃烧的时间、温度和湍流三个T是必须的。

理想情况下,火焰燃烧废气完全,没有可见的烟雾。通常使用两种类型的照明弹。第一种称为公开耀斑,而第二种称为封闭耀斑。火炬的主要组成部分包括燃烧器,烟囱,水封,控制,先导燃烧器和点火系统。需要处理可变风量和浓度的火炬配备了自动点火系统、温度传感器和空气和燃烧控制。

开口喇叭口具有一个没有流动限制的喇叭口尖端。火炬尖端是相同的直径的堆栈。开式照明弹是一种有效的燃烧器。空气和气体的燃烧和混合发生在火炬之上,火焰在烟囱外面完全燃烧。

封闭照明弹是由多个置于地面的燃气燃烧器头组成,通常是耐火材料或陶瓷内衬。许多照明弹都配备了自动风门控制装置,根据温度来调节助燃空气的供应,而温度则是在烟囱内部的混合气流中进行监控的。这类火炬正成为行业标准,因为它能够更有效地控制排放。

排放要求包括一氧化碳限制和最小停留时间和温度。废气温度可能从华氏1,000到2,000度不等。

欲了解更多信息,请访问直燃式热氧化剂蒸汽燃烧室页面

8.4.3.7陶瓷过滤器

陶瓷过滤器收集、挥发和销毁从工业流程流中排放的颗粒和可凝结有机物,如喷漆、消失模铸造、可凝结有机物、拉伸框架和固化橡胶操作。它可以单独用作热或冷过滤介质,或与氧化模块结合用于总气味和VOC控制。

陶瓷过滤器是根据排气风量、污染物类型和期望的收集效率而设计的。在操作过程中,含有热或冷颗粒负载空气、可凝结有机物或VOCs的工艺流被吸入陶瓷过滤器。工艺流程通过根据颗粒大小和收集效率选择的陶瓷基质。

陶瓷基质由天然气燃烧器周期性加热,因此收集在陶瓷基质上的任何有机物都会挥发。收集在陶瓷基体上的任何非有机物都被转化为无机灰,并保留在单元滴出室中。如果需要,挥发的有机物可以通过催化剂床进行处理。和催化氧化剂一样,这些挥发物会转化为CO2和H2O。

运营成本比较及降低策略

由于所有的氧化设备都必须在高温下工作,因此有必要了解可用燃料的辅助能量类型。所有的氧化剂都可以在电加热、天然气或液化石油气上工作,而该系统可以使用含硫燃料,如2号或6号燃料油。电热只适用于小气流。

由于控制空气污染的持续成本是运行费用,所有热氧化剂应该有某种形式的热回收;尽管是主次的。一次热回收是指在氧化剂内部使用金属或陶瓷介质进行的热交换。二次回收是回收出氧化剂的热量。在所有系统中,出口温度大于进口温度,这种温差或余热可以被回收和利用,以满足其他工厂的供热需求。回收的热量可以用于诸如基础装载烤箱或冬季舒适的热量。

可用的热回收效率取决于所选择的热氧化技术的类型。为应用选择的比热回收效率取决于有机浓度。下表显示了针对特定气流的一系列不同的经济分析。10bet官网备用网址

表运营成本比较
运营成本(美元/小时)
过程流

10,000 SCFM (16050 Nm3./人力资源)

百分比百分比

催化再生式氧化剂 热再生式氧化剂 再生催化氧化剂 再生热氧化剂 带热氧化剂的转子浓缩器
1% LEL 11.00美元/小时 28.37美元/小时 2.50美元/小时 $ 5.65 / hr $ 0.30 / hr
10% LEL 3.70美元/小时 $ 16.72 / hr 1.65美元/小时* 1.60美元/小时* N/A
1.假设一个10000 SCFM (16050 Nm3/hr)工艺流程,入口温度为70O.F。
2.假设工艺混合物为16,720 BTU/LB,混合LEL为1.10%。
3.假设每千瓦时0.06美元的电力成本。
4.假设天然气价格为每百万英热单位(MMBTU) 4.5美元。
5.催化回收式氧化剂采用65%的高效热交换器。
6.热回收式氧化剂采用65%的高效热交换器。
7.再生催化氧化剂采用95%效率的热交换器。
8.再生热氧化器假设95%的助热交换器。
9.转子集中轮假设6:1的浓度比。
*在这种负载下产生了多余的热量,需要热侧换热器旁路。

10,000 scfm的过程流(16,050 nm3./小时),入口温度为70°F。本例中选择甲苯作为污染物。甲苯的热值为16,720 BTU/LB,按体积计算的LEL为1.10%。对于每种技术,分别在1% LEL和10% LEL的甲苯负载下进行了经济分析。这项分析的结果报告为业务费用,单位为$/HR。运行成本是燃料使用量和运行系统风扇所需的电力的总和。所有的技术都假定使用天然气,成本为4.5美元/百万英热单位。电价为每千瓦时0.06美元。

从该表中可以在两个装载条件下看到一项技术的运行成本优势。具有65%的有效热交换器的催化性恢复氧化剂更经济,以比具有65%有效的热交换器的热恢复氧化剂在1%至10%的lec范围内操作。热恢复氧化剂仅在15%至25%的lec范围内开始显着降低操作成本。两种再生氧化剂都利用了95%的有效热交换器。这些技术非常适合高空气流量,低装载过程流。如图所示,两种再生氧化剂开始在10%箱加载时显示高温旁路。这意味着已经超过了氧化剂需要零补充燃料的装载点。现在在氧化剂中产生过量的热量。这种热量必须能够通过高温旁路从氧化剂逸出。该表还示出了转子浓缩器轮是适用于高气流,低负载过程流的另一种技术。 The rotor concentrator will concentrate the process stream from anywhere between a 6:1 to a 13:1 concentration ratio. Thus, the airflow will be reduced 6 times, while the contaminant loading will be increased 6 times. The rotor concentrator technology is not suited for process streams at a 10% LEL loading.

工作温度比较

催化氧化或热氧化的氧化温度见表8.4.7。

表8.4.7氧化温度
催化与热

氧化温度

99%的破坏

催化
440 1460
碳春节 610 1430
MEK 600 1500
氰化物 480. 1800

较低的温度,转化为较低的燃料成本,假设相同的热交换器效率。它需要能量将气流从它进入的任何温度上升到它的工作温度。尽管热交换器有助于降低净燃料成本,但操作温度越低,燃料成本就越低。
催化氧化剂设计使用术语气体时空间速度(GHSV),其涉及要加工的空气量和所需的催化剂体积。GHSV是停留时间的倒数。如表8.4.8所示,对于苯毁灭,催化单位的停留时间是在一秒钟的一秒钟内。

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