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.bet188软件 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bet188软件验,帮助客户在他们的特定应用上应用适当的技术。随时联系1188betasia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

本节的目的是展示各种VOC氧化技术,它们的优势,劣势以及确定给定应用程序的首选技术所需的元素。

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,典型的溶剂和其他废气
醋酸完成涂料 硅酸溶液
酒精合成 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,ethers
化学加工 有很大区别
咖啡烘焙 咖啡豆中的重油
线圈涂层 磷酸盐,溶剂,环己醇,醇类,卡彼醇,碳氢化合物
电子元件 醋酸丁酯,二甲苯,甲基咪唑,Cellosolve
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
平版印刷/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
金属涂层 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,乳胶
药品 Isoproponol、甲苯、碳氢化合物
邻苯二甲酸酐制造。 有机酸
树脂工厂 甲醛,苯酚,邻苯二甲酸酐
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
电线搪瓷 醋酸纤维素溶剂

用于VOC减排的空气污染控制系统通常围绕发光成分,浓度,温度和气流体积设计。在立方英尺/分钟中测量的气流量被指定为ACFM,用于ACFM的实际立方英尺,其中“S”代表标准立方英尺/分钟,在70华氏度,海平面和一个氛围中。

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./ hr)。通过将氧化剂串联施加氧化剂,可以实现更大的容量。每个行业都有手术决定必须处理的排气流量。表8.4.2显示了各种行业和典型的气流。

表8.4.2工业工艺样品量
行业 SCFM (Nm3./人力资源)
土壤修复 100 - 5000 -8025 (160.5)
发泄治疗 100 - 1000 -1605 (160.5)
汽车涂料 10000 - 100000 (16050 - 160500)
半导体 20000 - 50000 (32100 - 80250)
柔性版印刷 5000 - 50000 (8025 - 80250)
照相凹版印刷 10,000-30,000(16,050-48,150)

大多数氧化剂,无论是热氧化剂还是催化氧化剂,都是预先设计好的。设备的设计是为了在市场上具有竞争力,然后一系列基本的标准设计根据需求改变一些参数来适应应用。由于氧化设备有一个燃烧器,设计要求可编程逻辑控制确保安全、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描述工艺流程

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。

标准表格调用应用程序数据表,通过提出一系列问题来确定哪些技术可以控制正在产生的排放。所需设备的大小在某种程度上也取决于有机负载或浓度。

基于去除要求,效率目标和工艺参数,可以识别优选的氧化技术。通常,低流量,低浓度流最好通过催化溶液氧化剂处理。当物流的浓度为15%-20%LEL时,催化恢复或热恢复是最佳技术。对于20%-25%leel之间的过程流,然后热恢复是优选的溶液。

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)必须处理的空气量

(2)每小时必须处理的有机物的磅数

减少工艺流程应该是有目标的,而且必须以不会影响工艺或工厂运行的方式进行。一个工厂工程师通常的第一反应是不能减少空气流量。然而,随后的研究表明,大部分时间流的减少是可以完成的。

有机负荷

测定有机物的浓度通常是困难的。然而,在购买溶剂或其他有机物的操作中,过去一年购买的有机物的磅数或吨数是已知的。因为这些资料也必须提供给环境当局。因此,需要确定的第一步是通过购买记录来完成的。考虑到前几年购买的有机食品的吨数,以及每年运行的小时数,这两个数字的比值得出每小时的磅数,这是对平均有机食品负荷的一个保守的初步估计。该方法假设购买的所有东西都将被发送到堆栈中。

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,在整个美国95%的VOC破坏是必需的,并且当存在更有毒的有害空气污染物(HAPS)时,销毁效率升至99%。VOC LADEN流的表征有助于选择合适的技术以实现所需的破坏率效率或DRE。

多个过程线

如果有多条工艺线,就必须有一种方法来结合气流和控制氧化剂的体积。例如,几道工序排出的废气进入集气室,经过粗滤器,然后通过系统风扇排出。通过该过滤器的压降被监测,以确定何时清洗过滤器。进入系统风扇的流量由涡流阻尼器或变频驱动器控制。从多个工艺线进入此静压室的空气量可能不同。增压室的压力由一个压力传感器感知,这个信号被用来改变风扇变频器的速度或设置涡流阻尼器来控制从增压室抽取的音量。因此,风扇将减速或加速,直到从静压室抽出的风量与进入的风量相同。这种压力控制回路是所有有多条工艺线的系统的标准。当单一的工艺线存在时,这是不需要的,但有利于减少从工艺中产生的风量变化。当使用定速风扇时,有机负荷的变化会导致氧化剂上的不同压力下降。 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

通过定义,氧化在氧气和热量存在下将烃转化为二氧化碳和水蒸气。示出这种关系的一般方程在等式(1)中呈现

CN H2M +(N + M / 2)O2→N CO2 + H2O +热量

等式的特定N和M下标用于定义碳原子和氢原子的数量。氧原子的数量转化为N分子的二氧化碳和水蒸气分子和热量的水蒸汽和热量,其在放热反应器中发出。

热恢复氧化的操作理论被称为燃烧的三个“TS”:

  • 时间
  • 动荡
  • 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。

有六种基本氧化剂技术,以交替方式实现有机物的氧化。这些技术是:

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

转子集中器可以与这些减少技术结合使用以降低批量要求并降低运营成本

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

在特征在于过程流的部分中,据说流程空气量和有机负载是识别适当的氧化技术的重要变量。有机载荷的一种量度或过程流的有机浓度是“较低的爆炸极限”,指定为叶片或“较低的易燃极限”,指定为LFL。流的叶片是流中最低的有机浓度,即在点火源存在下,产生可燃混合物。在这种浓度下,据说该料流量为100%箱。作为实施例,如果蒸汽具有甲苯或醇并且它在100%leel处,则这意味着如果存在火花或点火源,则该流内的浓度是爆炸物。一些常见有机物的特征如表8.4.5所示,其中它们分为五种一般类型,醇,千龙草,气子学,酯类和黑顿物。

表有机化合物特性
气体/蒸汽 化学式 爆炸下限 发热阀

(BTU /磅)

(1)醇
甲醇 CH3. 3.4 9033年
异丙醇 (CH3.2CHOH 1.1
正丁醇 CH3.(CH22CH2 2.7
丙醇 CH3.CH2CH2 1.2 12960年
(2)aliphatics
石脑油 没有化学的描述 - 16960年
甲基纤维素溶剂 CH3.2CH2 1.5 9274年
正己烷 CH3.(CH24.CH3. 2.8 19,391.
正庚烷 CH3.(CH25.CH3. 2.4 19314年
戊烷 CH3.(CH23.CH3. - 19493年
二甲基甲酰胺 (CH3.2NCHO 0.8
环己烷 CH2(CH22CH2 2.0 18826年
(3) Aeromatics
C6.H6. 3.2 17,443
甲苯 C6.H5.CH3. 1.7 17,599
四氢呋喃 2CH2CH2CH2 -
二甲苯 17725年
(4)酯
乙酸异丙酯 (CH3.2哄骗3. 12.5 10960年
乙酸丁酯 CH3.库奇舞2CH(CH.3.2 6.5
乙酸乙酯 CH3.Cooc.2H5. 气体 10,235
醋酸正丁酯 CH3.Cooc.4.H9. 3.0 12460年
醋酸丙酯 C3.H7.OOCCH3. 10.0 10525年
(5)凯旋投资
醋酸
甲基乙基酮 CH3.COC2H5. 1.0 13729年
甲基异丁酮 CH3.公司(CH23.CH3. 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)。

氯化有机物是含有一个或多个氯原子的碳氢化合物。氯化烃的氧化产生二氧化碳、水蒸气和氯化氢(HCl)气体。一些典型的氯化有机物是TCE和PCE,这些有机物的热值低至5000 BTU/lb。

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%de. 99% 95%de. 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
TCE. 1592年 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:苯是一种致癌物质,它比甲苯需要更高的破坏温度。与其在1351华氏度下工作,还不如在1489华氏度下工作,停留时间为0.5秒。

PCE:氯化有机物需要更高的温度。不是在1400度范围内工作,氧化剂必须在1800度左右工作,较长的停留时间允许温度下降到1700华氏度左右;要达到99%的破坏程度,就需要将温度提高到大约1900华氏度。

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

此图显示了此类系统的典型P & ID。工艺流程通过管道进入氧化剂并进入系统风机。系统风扇由电机驱动,工艺流程在正压力下通过热交换器。图中所示的换热器是一种管壳式的横流换热器。平板式热交换器可用于此应用。通常,由于对管的清洗能力,工艺流从换热器的管侧进入。当空气进入并通过热交换器时,它被加热,然后将退出到称为反应器的部分。进入反应器,将进一步加热过程流燃烧器,由热电偶测量空气的温度控制和温度控制器调节燃烧器点火把过程流的催化温度300 - 700度f .催化温度取决于有机,对有机物破坏的要求及催化剂的种类和体积。在催化温度下,工艺流程将通过一系列床层,床层中有催化剂。 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多样的。基本上,如果含有有机物的气流被加热并通过催化剂,有机物就会转化为二氧化碳和水蒸气。然而,对于不同的有机物和不同的催化剂,转化率发生在不同的温度下。

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。

贱金属催化剂

与贵金属催化剂的交替是贱金属催化剂。贱金属催化剂可以沉积在整体基质上,或者可作为颗粒可用。通常挤出这些粒料,因此是100%催化剂而不是沉积在基材上。基础金属挤出催化剂的益处是,如果在过程流中存在任何毒物,则发生在催化剂表面上的毒剂的沉积。取决于污染物的类型,它可以经常用水洗涤。当洗涤时,磨损或闭合时,除去外表面,随后暴露新的催化剂。因此,可以再生催化剂。贵金属催化剂也可以再生,但该过程更昂贵并且通常不有效地工作。

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通风系统,但也存在诱导通风系统。诱导通风系统稍贵一些,但建议在有颗粒或有机油时使用。颗粒会影响强制风机,对系统性能有负面影响。如果工艺流是清洁的,则采用强制通风系统。

所采用的燃烧器正在调节,即如果有机预热到足够的温度,则燃烧器将调节至零,使得继续氧化所需的能量。
热恢复氧化剂的益处之一是,可以处理可能是毒药或对催化剂有害的有机物。另外,如果有机浓度非常高,例如有机水平为20-25%箱,则热恢复氧化是合适的技术。

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。

有关更多信息,请访问热恢复氧化剂页面

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。

再生热氧化剂(双床)的操作需要在启动模式期间初始预热陶瓷传热床在1,300-1,500度F的温度。这是通过在净化室中的燃料燃烧器的操作来实现的。为了均衡陶瓷传热床的预热,空气通过邻近陶瓷传热床的两(2)个气动转向阀的操作来指向和出陶瓷传热床。在初始启动期间,在外部空气中通过位于工艺风扇的入口侧的化妆空气阻尼器TEE供应到氧化剂。可编程逻辑控制器(PLC)监视并控制空气流的方向。
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。

在系统的正常操作模式期间,处理空气进入RTO系统风扇并穿过入口分流阀,其中工艺空气被迫进入左陶瓷传热床的底部。随着过程空气升高通过陶瓷传热床,工艺流的温度将上升。将床的顶部控制在大约1,500度F的温度下。床的底部将根据进入的空气的温度而变化。如果假设过程空气处于环境条件或70度F,然后当空气进入​​床的底部时,床的底部将接近70度F的入口空气温度。进入空气被加热并冷却介质。随着空气存在,它将接近1,500度F.处理空气然后在1500摄氏度下进入第二床,现在陶瓷介质​​从空气中恢复热量并在温度下增加。在固定的时间间隔为4到5分钟,或者基于热电偶控制,转向阀开关和过程空气被引导到右侧进入床,并在左侧排出床。在阀门开关之前,空气加热右床,现在这张床正在冷却。冷却在底部开始并继续向上继续,因为介质是热的并且能量被转移。然后,处理空气通过净化室并通过第二床排出。

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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。

分流阀门

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。
使用了许多不同类型的阀门。所有阀门必须高度可靠,有能力有效密封。许多系统使用重型案例蝶阀,而新系统利用提升阀型阀门。

氧化剂烘烤

如果在工艺排气中的有机颗粒在氧化剂底部的“冷”表面上被构成,则必须关闭该过程,并且需要对这些有机物的挥发或“烘烤”。当烘烤被激活时,流动分流阀将保持一个位置,直到从出口床的排气温度达到850度F.在此温度下,大多数有机油将挥发,如在自清洁炉中。当第一个出口床达到850°F时,流动转向阀将切换并保持在第二张床的出口温度达到850度F的位置。

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。

当采用燃烧器时,天然气喷射到过程流中的益处而不是通过燃烧器的利用率导致使用1,000 btu /立方英尺的天然气,而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面

8.4.3.5再生催化氧化剂(rco)

当将催化剂加入到RTO的介质室中时,然后将其称为RCO。减排装置仍然依赖于高能量回收以最小化辅助能量使用,但VOC化合物将在使用催化剂的较低温度下氧化,进一步降低对辅助能量的需求。这是催化剂融合化合物的重要选择。

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。

开放式喇叭口有一个火炬尖,没有限制流动。喇叭尖是堆叠的相同直径。开放式喇叭口有效地是管中的燃烧器。空气和气体的燃烧和混合在火炬上方发生,火焰完全燃烧在堆叠外部。

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。

有关更多信息,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,挥发和破坏从工业过程流中发出的颗粒状和可粘胶有机物,例如油漆喷涂,丢失的泡沫铸造,可粘附有机物,拉幅框架和固化的橡胶操作。它可以独立地用作热或冷过滤器介质或与氧化模块相结合,用于全气味和VOC对照。

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。

由于空气污染控制的持续成本是运营费用,所有热氧化剂都应具有某种形式的热回收;虽然初级或次要。初级热回收是指氧化剂本身的热交换本身通过使用金属或陶瓷介质。二次恢复是恢复离开氧化剂的热量。在所有系统中,出口温度大于进入,可以回收该温差或废热以满足其他植物加热需求。回收的热量可用于冬季载荷烘箱(冬季)的碱性加载炉或舒适热。

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。点击此处查看更多关于热回收在氧化剂系统上的应用信息。

表经营成本比较
运营成本(美元/小时)
过程流

10,000 SCFM (16050 Nm3./人力资源)

LEL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%leel. $ 11.00 / hr $ 28.37 / hr 2.50美元/小时 5.65美元/小时 0.30美元/小时
10% LEL 3.70美元/小时 16.72美元/小时 1.65美元/小时* $ 1.60 / hr * N/A
1.假设100,000 SCFM(16,050nm3 / hr)工艺流,入口温度为70oF。
2.假设16,720 BTU / LB的过程混合物,混合物箱为1.10%。
3.假设电力成本为每千瓦时0.06美元。
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.再生式热氧化剂采用95%效率的热交换器。
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。

10000 SCFM (16050 Nm)的工艺流程3./ HR)在此处显示的分析中使用了70°F的入口温度。在该实施例中选择甲苯作为污染物。甲苯的热量含量为16,720 btu / lb,110%的lek。对于每个技术,经济分析在1%lek的甲苯载荷和10%leel下进行。该分析的结果报告为$ /小时的运营成本。运营成本是燃料使用的总和以及运行系统风扇所需的电力。所示的所有技术都被假定以4.50美元/ mmbtu的成本在天然气上运行。电价为0.06美元/千瓦时。

从这个表可以看出两种负载条件下一种技术相对于另一种技术的运行成本优势。具有65%有效热交换器的催化回热氧化剂,在1%至10%的LEL范围内运行比具有65%有效热交换器的热回热氧化剂更经济。热回收式氧化剂将在15%至25% LEL范围内显著降低运营成本。两种再生氧化剂都利用了95%的有效热交换器。这些技术是高空气流量,低负荷工艺流的理想选择。如图所示,在10%的LEL负载下,两种再生氧化剂开始出现高温旁路。这意味着在装载点,氧化剂将需要零补充燃料已经超过。过剩的热量现在正在氧化剂中产生。这些热量必须能够通过高温旁路从氧化剂中逸出。该表还表明转子选矿厂轮是另一种适用于高气流、低负荷工艺流的技术。 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

催化剂或热氧化的氧化温度示于表8.4.7中。

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

温度较低,转化为较低的燃料成本,假设具有相同的热交换器效率。将气流从其进入的任何温度达到其工作温度,从而占用。尽管热交换器有助于降低净燃料成本,但操作温度越低,燃料成本越低。
催化氧化剂的设计使用术语气体每小时空速(GHSV),它关系到被处理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,对于苯的破坏,在催化装置中的停留时间小于四分之一秒。

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