對于(yu)有毒、有害、不須回(hui)收的(de) VOC, 熱(re)氧化法(fa)是一種較(jiao)徹底(di)的(de)處(chu)理方法(fa)。它的(de)基本原理是 VOC與(yu) O2 發(fa)生氧化反應, 生成(cheng)CO2 和 H20, 化學方程式如下:

aCxHyOz+bO2→cCO2+dH2O

這種氧(yang)(yang)(yang)化(hua)反(fan)應(ying)很像化(hua)學上的(de)(de)燃燒(shao)過程, 只不過由于 VOC 的(de)(de)濃度太低, 所以反(fan)應(ying)中(zhong)不會產生可見的(de)(de)火焰。氧(yang)(yang)(yang)化(hua)法一般通過以下兩種方法使(shi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)反(fan)應(ying)能(neng)夠順利(li)進行:一是加熱(re), 使(shi)含 VOC 的(de)(de)廢氣達到氧(yang)(yang)(yang)化(hua)反(fan)應(ying)所需的(de)(de)溫度; 二是使(shi)用催化(hua)劑, 氧(yang)(yang)(yang)化(hua)反(fan)應(ying)在(zai)(zai)較低的(de)(de)溫度下在(zai)(zai)催化(hua)劑表面進行。本文主要介(jie)紹熱(re)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)法。

熱氧(yang)化法(fa)可(ke)分(fen)為(wei)三(san)種: 熱力燃(ran)燒式、間壁式和(he)蓄熱式。它們的(de)主要區別在(zai)于(yu)熱量回收方(fang)式的(de)不(bu)同(tong)。三(san)種方(fang)法(fa)都可(ke)以(yi)和(he)催化法(fa)結合(he)起來(lai)以(yi)降低反應溫度。

a. 熱(re)(re)力(li)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)式(shi)(shi)熱(re)(re)氧(yang)化(hua)器。熱(re)(re)力(li)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)式(shi)(shi)熱(re)(re)氧(yang)化(hua)器一般指的(de)(de)是氣體焚燒(shao)爐。它由(you)助(zhu)燃(ran)(ran)(ran)(ran)劑(ji)、混(hun)合區(qu)和燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)室組成。助(zhu)燃(ran)(ran)(ran)(ran)劑(ji) (天然氣、 石(shi)油等(deng)) 作為(wei)輔助(zhu)燃(ran)(ran)(ran)(ran)料, 燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)產生的(de)(de)熱(re)(re)在混(hun)合區(qu)對 VOC 廢氣進行預(yu)熱(re)(re), 燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)室為(wei)預(yu)熱(re)(re)后的(de)(de)廢氣提供足(zu)夠大的(de)(de)空間和足(zu)夠長(chang)的(de)(de)時間以完成最終的(de)(de)氧(yang)化(hua)反應。

在供氧充足的前提條件下, 氧化反應的程度(影響最終的VOC 去處率)取決于“三 T條件” : 反應溫度(Temperature)、駐留時間(Time)、湍流混合情況(Turbulence)。這 “三 T 條件”是互相聯系的, 在一定范圍內改善一個條件可使另外兩個條件降低。熱
力(li)燃燒式(shi)熱氧(yang)化器的一個(ge)最(zui)大缺點是(shi)輔助燃料(liao)價格太(tai)高(gao), 致使裝(zhuang)置(zhi)的操作費用很高(gao)。

b. 間(jian)壁式熱(re)氧化器(qi)(qi)。間(jian)壁式熱(re)氧化是指(zhi)在熱(re)氧化裝(zhuang)置中加入間(jian)壁式熱(re)交(jiao)換(huan)器(qi)(qi), 熱(re)交(jiao)換(huan)器(qi)(qi)把從燃燒室排出(chu)的高(gao)溫(wen)氣體所(suo)帶的熱(re)量傳遞給氧化裝(zhuang)置進口處的低溫(wen)氣體, 預熱(re)后(hou)發生氧化反應。

由于(yu)目前(qian)的間壁式熱(re)交(jiao)換器最(zui)高可獲(huo)得 85%的熱(re)回收率,所以極大地降低了輔助燃料的消耗。

間(jian)壁(bi)式(shi)熱(re)交(jiao)換器(qi)通常(chang)設計成(cheng)管(guan)式(shi)、殼式(shi)或板(ban)式(shi)。由于通常(chang)的(de)(de)熱(re)氧(yang)化溫度要保持在 800℃—1000℃, 所以(yi)間(jian)壁(bi)式(shi)熱(re)交(jiao)換器(qi)必(bi)須由耐熱(re)、耐腐(fu)蝕的(de)(de)不銹鋼或合金材料制(zhi)成(cheng)。這就使得間(jian)壁(bi)式(shi)熱(re)交(jiao)換器(qi)的(de)(de)造價很高, 這是間(jian)壁(bi)式(shi)熱(re)氧(yang)化器(qi)的(de)(de)一個(ge)缺點(dian)。同時材料的(de)(de)熱(re)應力也不易消(xiao)除, 這是間(jian)壁(bi)式(shi)熱(re)氧(yang)化器(qi)的(de)(de)另一個(ge)缺點(dian)。

c. 蓄熱(re)(re)式熱(re)(re)氧(yang)(yang)化器。蓄熱(re)(re)式熱(re)(re)氧(yang)(yang)化器(Regenerative Thermal Oxidizer , 以下簡稱RTO), 是在熱(re)(re)氧(yang)(yang)化裝置中(zhong)加入(ru)蓄熱(re)(re)式熱(re)(re)交換(huan)器, 預熱(re)(re) VOC 廢氣, 再進行氧(yang)(yang)化反應(ying)。

隨著蓄(xu)熱(re)材(cai)料(liao)(liao)的發(fa)展(zhan), 目(mu)前蓄(xu)熱(re)式熱(re)交換器的熱(re)回收率已能(neng)達到(dao)95%以(yi)上, 而且占用(yong)(yong)空(kong)間越來越小。這樣(yang)輔助燃(ran)料(liao)(liao)的消(xiao)耗(hao)很少(甚至不用(yong)(yong)輔助燃(ran)料(liao)(liao), 且當 VOC 的濃度達到(dao)一定值以(yi)上時(shi), 還可從 RTO 輸出熱(re)量)。同時(shi), 由于目(mu)前的蓄(xu)熱(re)材(cai)料(liao)(liao)都選用(yong)(yong)陶瓷(ci)填(tian)料(liao)(liao), 所以(yi)可處(chu)理腐蝕(shi)性(xing)或含有顆(ke)粒物(wu)的 VOC 廢氣。

RTO 裝(zhuang)置(zhi)又可(ke)分為閥門(men)切換式(shi)和旋轉式(shi)。

閥門切(qie)換式(shi) RTO 是最常見的一種 RTO。其由(you)兩(liang)(liang)個或多(duo)個陶瓷(ci)填充床(chuang), 通(tong)過閥門的切(qie)換, 改變氣(qi)流(liu)的方向(xiang), 從而達到預熱VOC 廢氣(qi)的目的。圖(tu) 1 是典型的兩(liang)(liang)床(chuang)式(shi) RTO 示意圖(tu)及工作(zuo)原理。

兩(liang)(liang)床(chuang)(chuang)式 RTO 主體(ti)(ti)結構由燃(ran)燒室(shi)、兩(liang)(liang)個(ge)陶瓷填料蓄(xu)(xu)熱(re)(re)床(chuang)(chuang)和兩(liang)(liang)個(ge)切(qie)換(huan)(huan)閥組成。當(dang) VOC 廢(fei)氣(qi)由引風機(ji)送入蓄(xu)(xu)熱(re)(re)床(chuang)(chuang)1后, 該(gai)床(chuang)(chuang)放熱(re)(re), VOC 廢(fei)氣(qi)被加熱(re)(re), 在(zai)(zai)燃(ran)燒室(shi)氧化燃(ran)燒, 氣(qi)體(ti)(ti)通(tong)(tong)過(guo)蓄(xu)(xu)熱(re)(re)床(chuang)(chuang) 2, 該(gai)床(chuang)(chuang)吸(xi)熱(re)(re), 燃(ran)燒后的潔(jie)凈氣(qi)被冷卻, 通(tong)(tong)過(guo)切(qie)換(huan)(huan)閥后排放。在(zai)(zai)達(da)到規定的切(qie)換(huan)(huan)時間后, 閥切(qie)換(huan)(huan), VOC 廢(fei)氣(qi)從蓄(xu)(xu)熱(re)(re)床(chuang)(chuang) 2 進入, 蓄(xu)(xu)熱(re)(re)床(chuang)(chuang) 2放熱(re)(re), VOC 廢(fei)氣(qi)被氧化燃(ran)燒, 氣(qi)體(ti)(ti)通(tong)(tong)過(guo)蓄(xu)(xu)熱(re)(re)床(chuang)(chuang) 1, 該(gai)床(chuang)(chuang)吸(xi)熱(re)(re), 燃(ran)燒后的潔(jie)凈氣(qi)被冷卻, 通(tong)(tong)過(guo)切(qie)換(huan)(huan)閥后排放。如此周期性切(qie)換(huan)(huan), 就可連續處理 VOC 廢(fei)氣(qi)。

近年來(lai), 國外又研制開(kai)發出(chu)旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)式 RTO。該裝(zhuang)置(zhi)由(you)一個燃燒(shao)(shao)室、一個圓(yuan)柱形分成(cheng)幾瓣獨立區(qu)域的陶(tao)瓷蓄(xu)熱床(chuang)和(he)一個旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)式轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)向器組(zu)成(cheng)。通過旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)式轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)向器的旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan), 就可(ke)改變陶(tao)瓷蓄(xu)熱床(chuang)不同(tong)區(qu)域的氣流方(fang)向, 從而(er)連續地預(yu)熱 VOC 廢(fei)氣, 在燃燒(shao)(shao)室氧化燃燒(shao)(shao)后就可(ke)去除 VOC。

相對于閥門切換(huan)式(shi) RTO, 旋轉(zhuan)式(shi)RTO由于只(zhi)有一個活動部件(旋轉(zhuan)式(shi)轉(zhuan)向器) , 所以運(yun)行更(geng)可靠(kao), 維護(hu)費用更(geng)低(di), 但缺(que)點是旋轉(zhuan)式(shi)轉(zhuan)向器不易密封, 泄露量大(da), 影響 VOC 的凈化率。

4 RTO 裝置的國內外情況

熱力燃燒式(shi)熱氧化器(qi) (氣(qi)體焚燒爐) 的(de)使(shi)用可以追溯到(dao)十九世紀(ji), 后來隨著能(neng)源危(wei)機(ji), 在氧化裝置中普(pu)遍(bian)開始使(shi)用能(neng)量(liang)回收系(xi)統(tong)。

間壁(bi)式熱(re)交換(huan)(huan)器是熱(re)氧化器的(de)第(di)一代(dai)熱(re)回(hui)收系(xi)統, 其熱(re)回(hui)收率最高可達 85% , 在(zai) 1980 年之前間壁(bi)式熱(re)交換(huan)(huan)器是最先(xian)進(jin)的(de)熱(re)回(hui)收系(xi)統。

二十世紀 70 年代初(chu), 蓄熱(re)(re)(re)式熱(re)(re)(re)交(jiao)換(huan)器也在熱(re)(re)(re)氧化器上(shang)開始了(le)應用(yong)。 但由(you)于(yu)(yu)最(zui)初(chu)的(de)(de)蓄熱(re)(re)(re)式熱(re)(re)(re)交(jiao)換(huan)器使(shi)用(yong)格子磚等(deng)蓄熱(re)(re)(re)填料不(bu)僅結構龐大, 而且熱(re)(re)(re)回收率也趕不(bu)上(shang)間壁式熱(re)(re)(re)交(jiao)換(huan)器。其后由(you)于(yu)(yu)不(bu)斷有新(xin)的(de)(de)蓄熱(re)(re)(re)填料應用(yong)于(yu)(yu)蓄熱(re)(re)(re)式熱(re)(re)(re)交(jiao)換(huan)器, 使(shi)其得到(dao)了(le)不(bu)斷的(de)(de)發(fa)展。目前, RTO 的(de)(de)熱(re)(re)(re)回收率已(yi)能達到(dao) 95%以上(shang)。

1990 年以后, 隨著發達國(guo)家(jia)對 VOC 控制(zhi)的立(li)法(fa), RTO 得到了(le)迅猛的發展(zhan)。發展(zhan)最快的是美國(guo)。1990 年, Reeco、 SmithSalem、 Huntington 四家(jia)公司(si)的 RTO 產值(zhi)都超過了(le) 1 000 萬(wan)美元。

歐洲以德(de)國發展最(zui)快(kuai), Durr 公(gong)司(si)已成為全世界最(zui)大的 RTO制(zhi)造(zao)商。1995 年(nian)之后, 日本、意大利、瑞典等(deng)國也開始(shi)了 RTO 的研制(zhi)、開發、生(sheng)產, 出(chu)現(xian)了許多 RTO 生(sheng)產公(gong)司(si)。

目前國(guo)(guo)(guo)(guo)內已有上(shang)百套國(guo)(guo)(guo)(guo)外進口的 RTO 裝置在(zai)(zai)運行, 如美(mei)國(guo)(guo)(guo)(guo)SMITH 公(gong)司在(zai)(zai)廣州松下電(dian)路板生(sheng)產(chan)線上(shang)建立了一(yi)套, 美(mei)國(guo)(guo)(guo)(guo)MONSANTO 公(gong)司在(zai)(zai)鋁箔生(sheng)產(chan)線上(shang)建立了一(yi)套, 美(mei)國(guo)(guo)(guo)(guo) Megtec公(gong)司在(zai)(zai)江蘇昆山建立了 3 套。

天華化工(gong)機械及(ji)自(zi)動化研究設(she)計院瑞(rui)瑪(ma)公(gong)司聯合廣東(dong)森洋環(huan)境(jing)保護(hu)工(gong)程設(she)備有(you)限公(gong)司在(zai)國(guo)(guo)內首(shou)家研制成功 RTO。公(gong)司的RTO 技術(shu)是 2002 年(nian)國(guo)(guo)家重點(dian)環(huan)境(jing)保護(hu)實(shi)用技術(shu), 2002 年(nian)國(guo)(guo)家火炬計劃項(xiang)目, 2002 年(nian)國(guo)(guo)家重點(dian)新產品, 2002 年(nian)獲得(de)國(guo)(guo)家實(shi)用新型(xing)專利授權(ZL01208840.4) 。已在(zai)日本積(ji)水(shui)化學公(gong)司廊坊工(gong)廠、芬蘭太爾膠粘劑(廣東(dong)) 有(you)限公(gong)司、樂凱集團、中(zhong)石化鎮(zhen)海煉油股份有(you)限公(gong)司等(deng)十幾家公(gong)司尾氣處理(li)中(zhong)得(de)到成功應(ying)用。

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