50000m3/h活性炭吸附+催化燃烧一体化设备

1．概况
1.1 项目名称
50000m3/hr VOCs 废气处理装置
1.2 工程范围及内容
本工程的范围及包括：工艺设计、总体布局、设备设计和制造、现场安装和调试及人员培训。本工程含设备基础改造，但不包括：废气收集风管以及水、电、压缩空气、排水等一次侧工程。
1.3 背景资料
依据业主提供的资料，拟处理废气为生产工艺过程中排放的有机废气。
a. 污染物种类：正丁醇、乙醇等混合溶剂。
b. 污染物排放量为：浓度的正丁醇为19吨/年；50%浓度的正丁醇为98吨/年；95%浓度的乙醇为120吨/年。
c. 废气排放总量：50000m3/hr。

2. 设计原则
本项目的设计原则，首先是保证尾气的达标排放，其次是保证设备的处理能力。在此前提下，本方案充分考虑了处理工艺的*性和合理性，尽可能采用新的节能技术，以降低设备投资和运行成本；系统采用合理的自动化技术及监测仪表，以确保设备运行，管理方便灵活。

3. 设计依据
3.1 业主提供的排放数据（见上）
3.2 相关规范：
《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）
《爆炸和火灾危险场所电力装置设计规范》（GB50058-92）
《工业机械电器设备通用技术条件》（GB/T5226.1-1996）
《涂装作业规程—有机废气净化装置技术规定》（GB16297-1996）
工业设备焊接及技术规范
其他有关设计规范。
3.3 尾气排放标准
《大气污染物排放标准》GB16297-1996新污染源极值二级执行
污染物
允许
排放浓度
允许排放速率
排气筒
二级
甲苯
40mg/m3
15m
3.1kg/hr
二甲苯
70mg/m3
15m
1.0kg/hr
非甲烷总烃类
120mg/m3
15m
10kg/hr

4. 设计方案
4.1废气处理方法选择
目前，有机废气处理主要有以下几种方法：
吸收法：一般采用物理吸收，即将废气引入吸收液进行净化，待吸收液饱和后经加热、解析、冷凝回收；本法适用于大气量、低温度、低浓度的废气，但需要配置加热解析回收装置，设备体积大、投资高。
直接燃烧法：利用燃气或者燃油等辅助燃料燃烧，将混合气体加热，使有害物质在高温作用下分解为无害物质；本法工艺简单、投资小，适用于高浓度、小风量的废气，但对技术、操作要求高。
催化燃烧：把废气加热经催化燃烧转化成无害的二氧化碳和水；本法起燃温度低、节能、净化率高、操作方便、占地面积、设备投资较大，适用于高温或高浓度有机废气。
吸附法：有机废气经活性炭吸附，可达95%以上的净化率，设备简单、投资小，但活性炭更换频繁，增加了装卸、运输、更换等工作程序，导致运行费用增加。
吸附-催化燃烧法：此法综合了吸附法及催化燃烧法的优点，采用新型吸附材料（蜂窝状活性炭）吸附，在接近饱和后引入热空气进行脱附、解析，脱附后废气引入催化燃烧床无焰燃烧，将其净化，热气体在系统中循环使用，大大降低能耗。本法具有运行稳定可靠、运行成本低、维修方便等优点，适用于大风量、低浓度的废气治理。
通过计算得知：废气中正丁醇的浓度约为113mg/m3,乙醇的浓度约为44mg/m3，它属于低浓度高风量的废气。
综合以上各项考虑，本装置的总体方案为：吸附浓缩+催化燃烧；
装置包括：
吸附浓缩装置：25000m3/hr×3套（2用1备）；
催化燃烧装置：3000m3/hr×1套；
吸附浓缩采用活性炭吸附和在线脱附方式，吸附-脱附和催化燃烧为全自动运行。

5．工艺流程
本装置工艺流程为：吸附浓缩——解吸脱附——催化燃烧的工艺流程。采取单气路工作（参见图1）方式，由2个活性炭吸附器，一个催化燃烧器（辅之低压风机、阀门等构成）。废气经预处理除去粉尘、颗粒状物质后，送入活性炭吸附器A，当活性炭吸附器A接近饱和时，首先将处理气体自动切换到活性炭吸附器B（活性炭吸附器A停止吸附操作），然后用热气流对活性炭吸附器A进行解吸脱附，将有机物从活性炭上脱附下来。在脱附过程中，有机废气已被浓缩,浓度较原来提高几十倍，达2000ppm以上，浓缩废气送到催化燃烧装置，被成为CO2与H2O排出。
完成解吸脱附以后活性炭吸附器A进入待用状态，待活性炭吸附器B接近饱和时，系统再自动切换回来，同时对活性炭吸附器B进行解吸脱附，如此循环工作。
当有机废气的浓度达到2000ppm以上时，催化床内可维持自燃，不用外加热。这个方案不仅大大节省了能量的消耗，而且由于催化燃烧器的处理能力仅需原废气处理量的1/10（3000m3/hr！），所以同时也降低了设备投资。本方案既适合于连续工作，也适合于间断工作。
单台活性炭吸附器的解吸脱付大约需要2-3小时。
吸附风机用变频器控制，可以依照需要的风量或者装置入口的净负压来进行调节。


6. 设备的技术性能与特点
● 本装置净化效率高，没有二次污染。净化效率经中国环境科学研究院大气环境研究所检测，其结果为：苯>96%；甲苯>98%；二甲苯>99%；臭气>92%。
● 本装置的活性炭吸附器为多层设计，气流分布均匀、稳定，吸附性能好；采用蜂窝状活性炭，空塔风速为0.65-0.8m/s时，实测阻力小于50mmAq，床层具有*的动力学性能，适合在大风量下使用。
● 催化燃烧器装填的催化剂，具有阻力小，活性高，稳定性好的特点，当有机废气（如甲苯）浓度达到2000ppm时，就可维持自燃。催化燃烧器的转换效率高，性能稳定。
● 利用余热，节省能源。本装置中活性炭的解吸脱附均以热空气作为解吸介质，而此热气流均来自于系统内催化燃烧后的余热。脱附后的浓缩有机废气再进入催化燃烧器进行净化处理，不需另加能源，运行费用大大降低。就同样的处理量而言，约为直接催化燃烧法的1/10左右，活性炭吸附的1/5。
● 本系统自动化程度高，运行操作方便。系统采用PLC控制，所有阀门均为气动控制阀。当一套活性炭吸附器接近饱和时，由气动阀自动切换到另一套设备，并自动开启催化燃烧装置及其脱附风机，实现整个设备的自动化。
●催化燃烧加热部分为自动，脱附时由温度信号反馈来实现脱附温度自动控制。
●活性炭吸附器的脱附过程为自动程序控制。
7. 工艺流程简图

图1

8．设备参数表:
处理风量 50000 m3/h
废气进口浓度 ≤200mg/m³
废气进口温度 ≤50℃
吸附风机功率：37kW
脱附风机功率:7.5kW
电动比例阀功率:1.1kW
加热室功率:75kW
活性炭填充量:10m3
催化剂填充量:0.2m3
占地面积（m） 14.0×7.0×3.5
设备装机总功率: 120kW

9. 废气净化装置的配套设施
配套设施有以下几点：（以下设施需业主提供，苏州乔尼负责安装连接）
三相四线；380V；120kW；
循环冷却水：常温，流量1吨/小时；