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论臭氧催化氧化在染料喷雾干燥塔尾气治理上的应用
论文作者:童鞋论文网  论文来源:www.txlunwenw.com  发布时间:2019/4/26 16:16:31  

摘要:燃料生产企业的喷雾干燥塔是用作染料成品干燥工艺的,但是喷雾干燥塔所排放的尾气具有非常复杂的有机物成分,会造成一定的污染。我国作为全球最大的染料生产国,必须加强喷雾干燥塔尾气处理工作。因此,本文将主要对臭氧催化氧化在染料喷雾干燥塔尾气治理上的应用进行分析与研究。

关键词:臭氧催化氧化 染料喷雾干燥塔 尾气治理

1引言

中国是全球最大的染料生产国,目前年产量已达100万吨以上,占到全球总产量的60%~70%。在染料生产过程中大量使用喷雾干燥塔来进行染料成品的干燥,在我公司有尾气排放风量在35000m3/h以上的喷雾干燥塔50多支,这些喷雾干燥塔所排放的尾气有机物成分复杂,有特征异味,伴有粉尘,浓度低,风量大,污染范围广[1]。

当前传统解决染料干燥塔排放的尾气治理的主要有等离子处理和气态分子共振机-紫外光子机处理两种方法,但是存在以下几个问题:(1)VOC处理效率低,一般只有10%~30%。(2)需要几千到一万多伏的高压放电,存在一定的安全隐患,2017年6月1日浙江龙盛干燥塔火灾事故和2017年12月19日山东日科干燥塔爆燃事故,采用的就是以上二种处理办法,具体原因也正是尾气处理装置所引起的起火和爆燃。

臭氧具有强氧化性,作为一种环境友好型强氧化剂,无二次污染,在催化氧化技术领域中有很好的应用。当前臭氧催化氧化技术在环境治理工程中处理效果较好,尤其在城市供水后处理上和工业废水深度处理上应用已非常成熟[2],但目前针对有机废气处理的研究相对较少。我们结合公司自身特点开发出了一种针对染料喷雾干燥塔尾气的臭氧催化氧化处理装置,可以较好的解决传统方法存在的问题。

2方案设计

2.1主要设备

水幕除尘器,臭氧发生器,催化剂,布风板,除沫器,喷淋塔,除雾器,VOCs传感器。

2.2工艺流程

2.2.1实施方法

喷雾干燥塔排出的尾气与臭氧发生器产生的臭氧,经催化剂箱体中的布风板混合后,进入催化剂箱体中的催化剂层。尾气中的有机污染物与臭氧在催化剂存在下进行催化氧化反应,有机污染物大部分被分解成水和二氧化碳,尾气再经催化剂箱体中的除沫器层去除夹带的水沫后进水淋塔。尾气在水淋塔内经冷却水喷淋降温后经旋流板脱水,再进入纤维除雾器清除小水珠后,经VOCs在线检测仪检测合格,即可排放。此外,定期对催化剂箱体中的布风板、催化剂层和除沫器用氧化剂的喷淋液进行清洗,洗涤水重复喷淋后,可去喷雾干燥塔水幕除尘器作补水再利用,工艺流程如图1所示。

图1臭氧催化氧化处理喷塔尾气工艺流程图

2.2.2处理机理

(1)氧化剂的直接反应:VOCs污染物+氧化物→CO2+H2O产物或中间物。

(2)氧化剂催化后的间接反应:污染物+HO·→CO2+H2O产物及少量中间物。

2.3结果与讨论

本实验主要通过对催化剂的筛选,催化剂填装量、臭氧浓度、尾气流速控制以及喷淋液的筛选,有针对性的对挥发性有机废气进行治理。

2.3.1催化剂的选用

本实验臭氧催化氧化用的催化剂均采用以Mn、Cu、Fe、Ce等金属的氧化物或盐作为活性组分,考察不同载体、催化剂制备方法对催化效果的影响(见表1)。

表1不同催化剂的特性

实验发现,表中3种催化剂在小试装置测试中,处理效果均表现良好,但在大装置中实际使用时发现,催化剂的强度对使用效果的影响是最大因素,以活性三氧化二铝为载体,以浸渍-焙烧法生产的催化剂强度偏低,以二氧化硅、蜂窝分子筛为载体,采用混合造粒-焙烧法和浸渍-焙烧法生产的催化剂,活性比前述催化剂略低,但强度好,使用寿命更长。

2.3.2催化剂装填量和臭氧浓度的控制

催化剂装填量和臭氧浓度是根据干燥塔的干燥温度、干燥产品不同而定,本实验以处理C.I.分散红153的Φ6000喷雾干燥塔尾气为例,考察不同催化剂装填量和臭氧通入浓度对尾气处理效果的影响(见表2)。

表2催化剂填装量和臭氧浓度对尾气处理效果的影响

试验证明:在干燥温度120℃,干燥产品为分散红153的喷塔测试时,12000m3/h风量装填1m3催化剂,臭氧通入浓度200ppm,即可达到最佳处理效果。

2.3.3尾气流速

当尾气在催化剂层中的流速超过1.5m/s时,风阻会明显增大,使喷雾干燥塔的负压减小而影响生产,并且流速过大时催化剂颗粒受到风压增大、抖动也会使催化剂颗粒破损。但流速过小,则会使处理量下降而造成浪费。经实验证明,当尾气在催化剂层中的流速在1m/s左右时较为适宜。

2.3.4喷淋液的类型

催化剂易被染料粉尘包裹与臭氧隔离而失效,故对催化剂层进行定期喷淋是必要的。本文选用了几种一定浓度的氧化剂水溶液进行喷淋实验,经试验证明,次氯酸钠或双氧水水溶液的喷淋效果较好,易于清除催化剂表面覆盖的染料粉尘。

3结语

采用蜂窝分子筛为催化剂载体,臭氧浓度为200ppm,催化剂填充量为1m3(12000m3/h风量),尾气流速为1m/s,喷淋液为10%的次氯酸钠溶液的试验方案,喷塔尾气中臭气浓度(无量纲)可由539下降到173,甲醛浓度可由0.08mg/m3下降到0.03mg/m3,单塔年处理成本不大于18万元/年,效果良好。

参考文献

[1]杨志刚,杨凯,朱礼旺,等.臭氧催化氧化技术治理烘干工艺VOCs废气[J].化工设计通讯,2018,44(12):223-224.

[2]彭澍晗,吴德礼.催化臭氧氧化深度处理工业废水的研究及应用[J].工业水处理,2019,39(1):1-7.

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