Progressi nelle tecnologie di adsorbimento e recupero per composti organici volatili (VOC)
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I composti organici volatili (COV) non solo hanno una forte tossicità, ma sono anche importanti precursori e partecipanti che influenzano l'inquinamento atmosferico regionale in Cina. Pertanto, il controllo dei VOC ha ricevuto sempre più attenzione. L'adsorbimento è attualmente il metodo più utilizzato e più maturo per il recupero dei COV. Vengono introdotti il comune adsorbente, la tecnologia di rigenerazione dell'adsorbimento, l'attrezzatura di adsorbimento, la tecnologia di adsorbimento principale e la tecnologia di trattamento combinato ad adsorbimento. Vengono discussi i problemi e le tendenze di sviluppo della tecnologia di recupero dell'adsorbimento nel trattamento dei VOC.
Negli ultimi anni, il clima di smog su larga scala si è verificato in molte parti della Cina e il problema dell'inquinamento atmosferico composito regionale caratterizzato da ozono, particolato fine (PM :) e piogge acide è diventato sempre più importante. Come importante precursore dell'ozono e delle particelle organiche secondarie, i composti organici volatili (VOC) svolgono un ruolo estremamente importante nel processo di reazione chimica atmosferica. Allo stesso tempo, la maggior parte dei VOC è altamente irritante e tossica. Se il benzene è elencato come la prima classe di agenti cancerogeni, n-esano, eptano e ottano influenzano il sistema nervoso centrale umano.
Nel maggio 2010, l'Ufficio generale del Consiglio di Stato ha proposto ufficialmente per la prima volta i requisiti per rafforzare la prevenzione e il controllo dell'inquinamento da VOC a livello nazionale. VOC, SO, NO e particolato sono stati elencati insieme come sostanze inquinanti chiave per migliorare la qualità dell'ambiente atmosferico. Il primo piano di prevenzione e controllo dell'inquinamento atmosferico in Cina emesso alla fine di dicembre 2012, il "Dodicesimo piano quinquennale per la prevenzione e il controllo dell'inquinamento atmosferico in aree chiave" richiede il miglioramento dei requisiti di costruzione dei progetti di emissione di COV, l'attuazione della governance chiave del settore e il miglioramento del sistema di prevenzione e controllo dell'inquinamento da VOC.
L'uso di prodotti alternativi, processi migliorati e sostituzione delle apparecchiature nel processo di produzione è la misura preferita per ridurre la generazione e l'emissione di COV. Tuttavia, per alcuni processi e produzione, la strada verso una produzione più pulita è ancora molto lunga. In un breve periodo di tempo, la tecnologia di controllo finale è ancora un mezzo indispensabile. Al momento, le tecnologie di governance dei COV includono principalmente metodi di riciclaggio e distruzione. Che sia ecologico o economico, il riciclaggio è una tecnologia di governance dei VOC che merita di essere promossa.
La tecnologia di riciclaggio dei COV comprende adsorbimento, condensazione, assorbimento, separazione delle membrane, ecc. Tra questi, il metodo di adsorbimento è semplice, ampio nel campo di applicazione e alto nell'efficienza di purificazione. È una tecnologia di trattamento VOC tradizionale ed è la tecnologia di trattamento più diffusa. Xi Jinjun e altri hanno scoperto che la tecnologia di adsorbimento ha la più alta quota di mercato (38%) in Cina, studiando un gran numero di progetti tecnologici di elaborazione di COV industriali. Nel caso di VOC adatti, la tecnologia di adsorbimento è un concetto di produzione economico e pulito. Pertanto, è ampiamente usato in patria e all'estero.
1. Tecnologia di trattamento dell'adsorbimento
Il metodo di adsorbimento è un metodo per adsorbire e purificare gli inquinanti nei gas di scarico utilizzando vari adsorbenti solidi. Generalmente, l'adsorbimento è suddiviso in adsorbimento fisico e adsorbimento chimico e la purificazione dei VOC viene effettuata principalmente mediante adsorbimento fisico. Il metodo di adsorbimento è adatto per trattare gas di scarto organico a bassa concentrazione e ad alto volume ed è principalmente utilizzato per adsorbire e recuperare grassi e idrocarburi aromatici, la maggior parte dei solventi contenenti cloro, alcoli comuni, alcuni chetoni ed esteri. Le tecnologie chiave del metodo di adsorbimento sono la determinazione di adsorbenti, apparecchiature e processi di adsorbimento, mezzi di rigenerazione, processi di post-trattamento e simili.
1.1 adsorbenti comunemente usati
Allo stato attuale, gli adsorbenti comunemente usati nella purificazione dei VOC sono adsorbenti inorganici e organici. Gli adsorbenti inorganici sono principalmente utilizzati, principalmente carbone attivo (compreso carbone attivo granulare, carbone attivo a nido d'ape e fibra di carbone attivata), setaccio molecolare (incluso setaccio molecolare granulare, stampaggio a setaccio molecolare). A nido d'ape in massa e materiali di rivestimento a setaccio molecolare), zeolite, gel di silice granulare, allumina attivata, minerale di argilla poroso, ecc. E gli adsorbenti organici si riferiscono principalmente alle resine ad adsorbimento di polimeri.
L'adsorbente inorganico più inorganico è il carbone attivo. Rispetto al carbone attivo granulare, il carbone attivo a nido d'ape ha il vantaggio di una bassa resistenza del letto. Allo stato attuale, l'adsorbente per il trattamento di VOC ad alto volume e bassa concentrazione in Cina è composto principalmente da carbone attivo a nido d'ape. La fibra di carbonio attivata presenta i vantaggi di un'ampia superficie specifica, abbondanti micropori e distribuzione uniforme, velocità di adsorbimento e desorbimento rapidi, elevata efficienza di adsorbimento e facile rigenerazione. I materiali a carbone attivo hanno una capacità di adsorbimento molto buona per sostanze non polari come solventi organici; al contrario, per sostanze polari come l'acqua, l'adsorbimento è scarso, quindi è possibile rigenerare con vapore acqueo convenientemente.
I componenti principali della zeolite e del setaccio molecolare sono tutti alluminosilicati, che hanno una buona stabilità termica e sono sicuri da rigenerare quando si utilizza il flusso di gas caldo. Diversi tipi di setacci molecolari hanno diversi effetti di adsorbimento sui VOC, quindi il setaccio molecolare può essere modificato chimicamente e modificato per migliorare l'effetto di rimozione dei VOC.
1.2 rigenerazione adsorbente
I metodi di rigenerazione dell'adsorbente comunemente usati nel trattamento dei VOC sono la rigenerazione di cilindri di vapore a bassa pressione, la rigenerazione di spurgo di gas caldi e la riduzione di pressione o la rigenerazione di desorbimento sotto vuoto. La rigenerazione a spostamento di vapore a bassa pressione, la rigenerazione di spurgo con flusso di gas caldo è adatta per il desorbimento di idrocarburi a basso peso molecolare e composti organici aromatici con punti di ebollizione più bassi.
Al momento sono state sviluppate alcune nuove tecnologie di rigenerazione dell'adsorbente a risparmio energetico, come il desorbimento a microonde, il desorbimento di coke elettrico, la sostituzione del solvente e la rigenerazione ultrasonica. Queste nuove tecnologie di desorbimento hanno buoni effetti di risparmio energetico e alta efficienza, ma sono ancora nella fase di ricerca e hanno poche applicazioni pratiche.
1.3 dispositivo di adsorbimento di uso comune
Nel campo del trattamento dei gas di scarico organico, le apparecchiature di adsorbimento comunemente utilizzate nell'industria hanno un letto fisso, un letto mobile, un letto fluido e un dispositivo di adsorbimento della zeolite a nido d'ape e il letto fisso più classico e comunemente usato. Il dispositivo di adsorbimento della zeolite a nido d'ape è un sistema di adsorbimento rotativo relativamente nuovo nel campo della depurazione dei gas di scarico organici, noto anche come adsorbitore del rotore. Il gas di scarico può essere purificato radialmente o assialmente attraverso il rotore contenente l'adsorbente e attraverso la maggior parte del letto rotante. Il vantaggio dell'adsorbitore del rotore è che l'apparecchiatura è di piccolo volume, comoda in esercizio e con bassa pressione, e il gas di scarico a flusso elevato può essere continuamente trasformato in un gas purificato a bassa concentrazione e il gas desorbito ha un'alta concentrazione e una portata bassa, e il rapporto di arricchimento generale può essere raggiunto. 1O ~ 15 volte.
1.4 processo di adsorbimento principale
1.4.1 Adsorbimento fisso del letto, sostituzione del vapore acqueo, rigenerazione, processo di recupero della condensa
Il processo di solito utilizza carbone attivo granulare, carbone attivo o zeolite come adsorbente, e recupera principalmente il solvente in una minore concentrazione di gas di scarico organico. Dopo che l'adsorbimento dell'adsorbente nel letto fisso raggiunge la saturazione, il vapore acqueo ad alta temperatura viene passato per far sì che la sostanza organica adsorbita lasci il letto di adsorbimento insieme al vapore acqueo, e quindi la miscela di vapore viene raffreddata da un condensatore da condensare in un liquido.
1.4.2 processo di recupero dell'assorbimento-assorbimento del vuoto a adsorbimento fisso-assorbimento del letto fisso
Il processo di solito utilizza carbone attivo granulare con mesopori ben sviluppati come adsorbente, quindi utilizza il vuoto per ridurre l'adsorbente e l'altissima concentrazione di gas di scarico estratto dalla pompa a vuoto viene solitamente assorbita da un solvente organico a bassa volatilità. Questo processo è adatto per il recupero di gas di scarico organico ad alta concentrazione.
1.4.3 Processo di adsorbimento e concentrazione del corridore zeolite
Nell'attuale inquinamento da gas di scarico organico in Cina, la concentrazione di COV con bassa concentrazione e alto volume d'aria rappresenta una percentuale considerevole. Pertanto, la tecnologia di adsorbimento e concentrazione è il modo più economico ed efficace per trattare i gas di scarico a bassa concentrazione. Negli ultimi anni, la Cina ha introdotto un certo numero di dispositivi di adsorbimento e concentrazione di zeolite dal Giappone, e molte aziende del settore stanno attivamente sviluppando e applicando questa tecnologia. Rispetto alla tecnologia di concentrazione dell'adsorbimento del letto fisso, la tecnologia di adsorbimento e concentrazione rotante della zeolite presenta molti vantaggi: l'uso della zeolite come adsorbente, può essere utilizzato desorbimento ad alta temperatura, alta efficienza di rigenerazione, buone prestazioni di sicurezza e un'ampia gamma di VOC adatti per la lavorazione; La resistenza è piccola, il tasso di utilizzo dell'adsorbente è elevato, il costo di funzionamento è basso, la concentrazione dell'inquinante organico nei gas di scarico è stabile e il controllo è conveniente; la struttura è compatta e il volume e l'area occupata del dispositivo sono piccoli.
1.4.4 Processo di combinazione adsorbimento-condensazione
Il processo di recupero della concentrazione di adsorbimento-condensa viene generalmente utilizzato per la purificazione di VOC a bassa concentrazione, volume elevato e alto recupero. Attualmente, i corridori a letto fisso o zeolite sono utilizzati principalmente come dispositivi di adsorbimento nel settore. Dopo che l'adsorbente dell'adsorbente raggiunge la saturazione, il vapore acqueo o la corrente di gas caldo viene selezionato per il desorbimento in base al gas di scarico organico e alla proprietà adsorbente utilizzata, e può anche essere eseguita la rigenerazione sotto vuoto e l'alta temperatura desorbita e alta la concentrazione di vapore miscelato viene quindi inviata al condensatore per il recupero della condensa. .
Lu Shuhua et al. Il processo tradizionale di condensazione e adsorbimento nel recupero integrato dei gas di scarico organico integra quattro processi di preraffreddamento, condensazione, adsorbimento e separazione nello stesso canale di flusso e progetta un nuovo tipo di nucleo di struttura della piastra con passaggio di gas di scarico organico e refrigerante. I canali sono separati da lamiere con alette triangolari. L'adsorbente viene riempito tra le alette del passaggio di gas di scarico organico e il refrigerante scorre attraverso il passaggio sull'altro lato della lamiera. Il gas di scarico organico viene adsorbito nella direzione opposta del refrigerante mentre viene adsorbito dall'adsorbente, che riduce l'aumento di temperatura dell'adsorbente e prolunga la vita dell'adsorbente. Il gas di scarico a bassa temperatura dopo l'adsorbimento della condensa viene portato al centro della parte superiore del dispositivo per il pre-raffreddamento, raggiungendo così l'utilizzo secondario di energia e migliorando l'utilizzo dell'energia. Il dispositivo è diviso in parti superiori e inferiori e flangiato per facilitare lo smontaggio del dispositivo e la sostituzione dell'adsorbente. Il dispositivo presenta i vantaggi di un'elevata percentuale di recupero di gas di scarico organici, di occupazione in spazi ridotti e di bassi costi di produzione, ed è adatto al riciclaggio di gas di scarico organico industriale.
2. Conclusione
(1) Dal punto di vista dell'utilizzo delle risorse, la tecnologia di riciclaggio è un metodo efficace per la gestione dei VOC. L'EPA degli Stati Uniti ha sottolineato che l'adsorbimento del carbone attivo è la migliore tecnologia che può essere utilizzata per rimuovere i COV, e il metodo di adsorbimento è anche la tecnologia più utilizzata e matura in Cina. In particolare, la tecnologia di adsorbimento del letto di carbone attivo e la tecnologia di cambiamento di temperatura sono adatte per l'economia cinese esistente. livello tecnico.
(2) La complessità della composizione, composizione e natura dei VOC porta al fallimento di una singola tecnologia di trattamento per risolvere il problema delle emissioni di scarico insoddisfacenti, degli alti costi operativi e della scarsa efficienza economica delle imprese e dei parchi chimici nella maggior parte dei casi. . I metodi combinati basati sulla diversa integrazione di processo, come adsorbimento, adsorbimento della condensa, separazione della membrana adsorbente, ecc., Possono ulteriormente migliorare il tasso di rimozione dei VOC, ridurre i costi e ridurre l'inquinamento secondario.
(3) Sviluppare adsorbenti con migliori prestazioni di adsorbimento come l'ossidazione catalitica o soddisfare requisiti specifici, trovare metodi pratici e fattibili per la modifica superficiale degli adsorbenti; esplorare il meccanismo del trasferimento di calore e di accoppiamento di massa dei COV durante l'adsorbimento e il desorbimento e analizzare il trasferimento di calore dei VOC. Caratteristiche di trasferimento di massa; rafforzare la ricerca sui fattori che influenzano il processo di adsorbimento del desorbimento, migliorare l'efficienza di adsorbimento, prolungare la vita dell'adsorbente; prevedere accuratamente il cambiamento di fase e il processo di desorbimento di adsorbimento di VOC, stabilire il metodo di previsione del processo di recupero dei VOC e il metodo di progettazione del dispositivo di recupero; Attrezzature di depurazione per l'efficienza di adsorbimento. Questi problemi richiedono ulteriori ricerche e discussioni.
(4) Allo stato attuale, l'adsorbimento e la condensazione nel processo di combinazione adsorbimento-condensazione comune sono due processi indipendenti dello stesso processo, che è un accoppiamento debole, che collega semplicemente i due dispositivi di condensazione e adsorbimento, che causeranno una grande area di attrezzature. Utilizzo di energia insufficiente e costi elevati. L'accoppiamento di condensazione e adsorbimento simultaneamente nello stesso canale può accorciare il processo, prolungare la durata dell'adsorbente e migliorare l'efficienza energetica e l'efficienza di recupero dei VOC. Pertanto, lo studio sistematico del processo e del comportamento di accoppiamento di adsorbimento e condensazione di Shenren dovrebbe superare i limiti della tecnologia di adsorbimento e condensazione nel senso tradizionale, che ha un'importanza scientifica e valore di applicazione ingegneristici importanti.