流化床與膨脹床復(fù)合分子篩有機(jī)廢氣凈化設(shè)備的開發(fā)

瞿 俊

(福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司，福建 龍巖 364000)

有機(jī)廢氣是石油化工、噴漆、制藥、印刷等行業(yè)排放的最常見的污染物。這些有機(jī)廢氣會(huì)造成空氣污染，危害人類健康，根據(jù)生態(tài)文明建設(shè)的要求，有必要對生產(chǎn)活動(dòng)中的有機(jī)廢氣進(jìn)行相應(yīng)的處理，減少其對于環(huán)境的污染。目前有機(jī)廢氣處理的方法主要有兩類：一類是回收法，另一類是吸附法[1]。本設(shè)備利用流化床與膨脹床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以分子篩作為吸附劑，該處理方法屬于吸附法范疇。

分子篩作為一種新型的吸附劑，因?yàn)榫哂袠O大的比表面積，能夠有效吸附各類分子，擁有著優(yōu)良的吸附性能。針對工業(yè)活動(dòng)中產(chǎn)生大量的烴、醇、酮、醛、酯、胺等各種有機(jī)廢氣，能夠進(jìn)行有效吸附去除。

流化床反應(yīng)器是一種利用高速氣體或液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并進(jìn)行氣固相反應(yīng)過程或液固相反應(yīng)過程的反應(yīng)器[2]。流化床作為一種良好的反應(yīng)器類型，具有傳熱、傳質(zhì)效率高和易實(shí)現(xiàn)連續(xù)化大規(guī)模操作等優(yōu)點(diǎn)。

膨脹床反應(yīng)器是一種較新型的分離純化手段，它綜合了流化床和填充床吸附的優(yōu)點(diǎn)。物料以合適的流速進(jìn)入膨脹床體內(nèi)，其中的吸附劑不同程度地向上膨脹，可以使吸附劑比較疏松、均勻、穩(wěn)定地分布于床層內(nèi)，從而減少了物料的返混程度[3]。膨脹床具有高填充率、接觸表面大、吸附效率高等特點(diǎn)。

1 設(shè)備開發(fā)

本開發(fā)的設(shè)備為達(dá)到充分凈化有機(jī)廢氣的目的，是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

(1)廢氣經(jīng)前處理段進(jìn)行除塵，由進(jìn)氣口進(jìn)入本設(shè)備的底部，通過布?xì)鉃V頭均勻上升進(jìn)入流化段。(2)氣體進(jìn)入流化段后與其中填充的球狀分子篩進(jìn)行接觸，因?yàn)榱骰蝺?nèi)氣體流速較高，使其中的分子篩填充物保持懸浮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。通過與分子篩充分接觸，進(jìn)而達(dá)到污染成分的吸附凈化，流化段凈化效率可達(dá)到70%～80%。(3)之后廢氣繼續(xù)上升通過多孔板進(jìn)入膨脹段，與其中填充的柱狀分子篩接觸。因?yàn)榇硕蔚臍怏w的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不如前一階段劇烈，床層間的氣體空隙更小，可容納更多體積的分子篩填充物，從而實(shí)現(xiàn)污染成分進(jìn)一步被吸附凈化，該階段凈化效率達(dá)60%～70%，整體的凈化效率可達(dá)90%以上。

具體的，如附圖1所示，本設(shè)備的廢氣凈化設(shè)備，包括I-流化段、II-膨脹段兩部分組成。其內(nèi)部件包括1 進(jìn)氣口、2 變頻風(fēng)機(jī)、3 流量計(jì)、4 電加熱裝置、5 布?xì)鉃V頭、6 流化段出料口、7 出料口閥門、8 球狀分子篩、9 流化段人孔、10 錐形擋板、11 多孔布?xì)獍濉?2 膨脹段出料口、13 柱狀分子篩、14 膨脹段人孔、15 多孔擋板、16 出氣口。

圖1 復(fù)合分子篩有機(jī)廢氣凈化裝置

設(shè)備的具體運(yùn)行是：廢氣經(jīng)前處理段進(jìn)行除塵，由1 進(jìn)氣口經(jīng)2 變頻風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)加速進(jìn)入設(shè)備的底部，風(fēng)機(jī)與設(shè)備連接的管道中間有一3 流量計(jì)，可根據(jù)流量計(jì)反映的數(shù)值對變頻風(fēng)機(jī)做出調(diào)整。設(shè)備底部設(shè)置有4 電加熱裝置，對待處理氣體進(jìn)行加熱，使氣體達(dá)到適宜溫度進(jìn)入I-流化段。通過5 布?xì)鉃V頭布?xì)猓瑲怏w均勻上升進(jìn)入I-流化段與8 球狀分子篩接觸。流化段氣體流速大，單位時(shí)間內(nèi)氣體通量大，能夠初步去除氣體中的待去除物質(zhì)，流化段預(yù)計(jì)凈化效率可達(dá)到60%～70%。因?yàn)榇硕蝺?nèi)氣體流速大，氣體對于分子篩的沖擊較大，對于分子篩的力學(xué)結(jié)構(gòu)特性要求更高，故而選用力學(xué)特性更好的球形分子篩作為吸附劑。之后廢氣繼續(xù)上升通過11 多孔布?xì)獍暹M(jìn)入II-膨脹段，與13 柱狀分子篩接觸。膨脹段內(nèi)氣體流速相較于流化段內(nèi)要小，其內(nèi)填充的吸附劑的力學(xué)特性要求不高，采用經(jīng)濟(jì)性更好的柱狀分子篩即可。膨脹段內(nèi)氣體流速小，床層內(nèi)填料膨脹程度小，填充率更高，可以填充更多的吸附劑。通過氣體與分子篩充分接觸，進(jìn)而達(dá)到污染成分的吸附凈化，該階段凈化效率達(dá)70%～80%，整體的凈化效率可達(dá)90%以上。

在本設(shè)備中為了實(shí)現(xiàn)對于流化段內(nèi)氣體流速的控制，采用了2 變頻風(fēng)機(jī)鼓氣，使進(jìn)入設(shè)備內(nèi)的待處理氣體具有一定的流速。在流化段內(nèi)設(shè)置有一氣體3 流量計(jì)，實(shí)時(shí)測定設(shè)備內(nèi)的氣體流速，根據(jù)設(shè)計(jì)的參考值，可對風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)整，以獲得相應(yīng)的氣體流速。

本設(shè)備中在進(jìn)氣口附近設(shè)置有4 電加熱裝置，將對進(jìn)入設(shè)備底部的待處理氣體進(jìn)行加熱，使之達(dá)到設(shè)備流化段所要求的溫度范圍。對于溫度的控制，是由溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備實(shí)時(shí)反映設(shè)備內(nèi)氣體溫度，根據(jù)相關(guān)程序調(diào)整電加熱設(shè)備的功率，以此達(dá)到對于設(shè)備內(nèi)氣體溫度的控制。

6 流化段出料口與12 膨脹段出料口的作用是將吸附飽和的分子篩進(jìn)行下料重生。出料口附近設(shè)置有7 出料口閥門，可控制出料口的開與閉。9 流化段人孔與14 膨脹段出料口是方便人員觀察設(shè)備內(nèi)部工作情況，同時(shí)是分子篩吸附飽和后進(jìn)行裝填作業(yè)的通道。10 錐形擋板的作用是為多孔導(dǎo)流板提供支撐位置，此外還能分隔流化段與膨脹段，防止物料返混。

3 總結(jié)

本文介紹的一種流化床與膨脹床復(fù)合分子篩的針對有機(jī)廢氣進(jìn)行處理及回收的設(shè)備，可對目前工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的各類有機(jī)廢氣進(jìn)行吸附去除。還具有裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作維修簡便、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)備去除率高達(dá)90%以上。