Minderungsverfahren von VOCs
Lesen Sie diesen Artikel, um mehr über die beiden Methoden zur Verringerung von VOCs (Volatile Organic Compounds) zu erfahren: 1. Die physikalischen Methoden und 2. Verbrennungsmethoden.
Die physikalischen Methoden:
Die physikalischen Methoden sind Kondensation, Absorption und Adsorption. Diese Methoden können entweder einzeln oder in einer Serie verwendet werden, wenn die VOC aufgrund ihres Marktwerts wiederhergestellt werden sollen.
Kondensation:
Dieser Prozess besteht aus direktem oder indirektem Kühlen eines einströmenden Gasstroms, der VOC unter seinem Taupunkt enthält. Dies führt zur Kondensation einiger VOCs. Der behandelte Gasstrom hätte immer noch restliche VOCs. Die Konzentration der restlichen VOCs würde von der Kühlmitteleinlasstemperatur abhängen.
Kondensatoren befinden sich stromaufwärts von Absorbern / Adsorbern / Verbrennungsanlagen. Die Verwendung eines Kondensators kann entweder dazu dienen, wertvolle organische Stoffe zu gewinnen oder die VOC-Belastung der nachgeschalteten Einheiten zu reduzieren. Es versteht sich von selbst, dass ein Kondensator nur verwendet werden darf, wenn die Konzentration der VOC in einem Abgasstrom relativ hoch ist. Die Entfernungseffizienz kann in Abhängigkeit von der anfänglichen VOC-Konzentration und der Kühlmitteleinlasstemperatur etwa 50 bis 90% betragen.
Absorption:
Zur Entfernung von VOCs aus einem Gasstrom wird es im Allgemeinen mit einer hochsiedenden organischen Flüssigkeit (einem Öl) gewaschen. Das Schrubben erfolgt entweder in einem gepackten Turm oder einem Siebplattenturm oder einer Sprühkammer. Der Prozess (Absorption) kann entweder wiederholt oder gegenläufig durchgeführt werden. Es ist üblich, im Gegenstrom zu schrubben.
Während dieses Prozesses lösen sich die VOCs im Absorptionsmittel (Lösungsmittel). Der behandelte Gasstrom kann in Abhängigkeit von seinem restlichen VOC-Gehalt weiterverarbeitet oder an die Atmosphäre abgegeben werden. Die Restkonzentration hängt von der anfänglichen VOC-Konzentration im einströmenden Gasstrom, der VOC-Löslichkeit im Lösungsmittel (die temperaturabhängig ist) und dem Massenverhältnis von Gas zu Lösungsmittel ab.
Aus dem VOC-beladenen Lösungsmittel wird VOC durch Strippen mit Dampf gewonnen und das VOC-freie Lösungsmittel wird in den Absorber zurückgeführt. Ein ordnungsgemäß entworfener Absorber kann einen VOC-Entfernungswirkungsgrad von 90% oder mehr aufweisen. VOC-Dampfgemisch wird gekühlt und kondensiert. Dieses Verfahren ist normalerweise nicht wirtschaftlich, wenn die VOC-Konzentration in einem einströmenden Gasstrom weniger als 200 bis 300 ppm beträgt.
Adsorption:
Wenn ein Gasstrom, der VOCs enthält, durch ein Bett aus Adsorbenspartikeln, beispielsweise aktivierten körnigen Kohlenstoffpartikeln, geleitet wird, werden die VOC-Moleküle an den äußeren Oberflächen sowie an den Oberflächen der Mikro- und Makroporen der Partikel zurückgehalten. Tatsächlich erfolgt die Adsorption an einigen spezifischen Stellen (aktiven Stellen) der Adsorbenspartikel. Wenn die meisten aktiven Zentren der Mehrheit der Partikel durch die VOC-Moleküle besetzt sind, wird die Adsorptionsrate langsam und der Prozess wird abgebrochen.
Das Bett wird dann regeneriert, das heißt, die adsorbierten Substanzen werden durch Hindurchleiten eines heißen Gas- oder Dampfstroms entfernt. Die desorbierten Substanzen können durch Kondensation gewonnen werden. Das Bett wird für den Adsorptionsbetrieb wiederverwendet. Wenn die adsorbierten Moleküle fest auf den Partikeloberflächen gehalten werden, erfolgt die Regeneration durch Luftoxidation bei einer höheren Temperatur, wodurch die adsorbierten Moleküle in CO 2 und H 2 O umgewandelt werden. Einige Teile der Kohlenstoff- (Adsorbens) -Partikel werden ebenfalls oxidiert CO 2 .
Die Adsorptionskapazität eines Adsorbens hängt von dem Molekulargewicht des Adsorbats (VOC), dem Typ und der Konzentration der VOCs und der Trägergastemperatur, dem Druck und der Feuchtigkeit ab. Die Kapazität steigt mit der Abnahme der Temperatur und dem Druckanstieg.
Die Kapazität wird nachteilig beeinflusst, da die relative Luftfeuchtigkeit 50% überschreitet, da Wassermoleküle bevorzugt adsorbiert werden. Ein Adsorbens hätte eine höhere Adsorptionskapazität für halogenierte und aromatische Kohlenwasserstoffe als die für sauerstoffhaltige Verbindungen wie Alkohole, Ketone und Aldehyde. Von den verschiedenen im Handel erhältlichen Adsorbens hat sich die körnige aktivierte Kokosnußschalenkohle als ideal für die VOC-Adsorption erwiesen.
Der Wirkungsgrad der VOC-Entfernung in einem Adsorptionssystem kann etwa 95% betragen. Sie hängt jedoch von der Betriebstemperatur und dem Betriebsdruck, der Dauer des Adsorptions- und Regenerationszyklus sowie der Art und Konzentration der in einem Gasstrom vorhandenen VOC-Moleküle ab.
Theoretisch gibt es keine Obergrenze für die VOC-Einlasskonzentration. in der Praxis werden jedoch 10.000 ppm VOC als obere Grenze angenommen. Zur Handhabung eines Gasstroms mit einer höheren VOC-Konzentration muss entweder ein größeres Bett oder ein kürzerer Zyklus verwendet werden, und das Verfahren ist möglicherweise nicht wirtschaftlich.
Die Adsorption von VOC aus einem Gasstrom mit niedriger (VOC) -Konzentration (beispielsweise weniger als 10 ppm) würde ein Problem darstellen, da die Gewinnung von VOC aus dem desorbierten Strom wegen seines niedrigen VOC-Gehalts schwierig sein würde.
Adsorption wird üblicherweise nicht zur Behandlung von Strömen verwendet, die stark flüchtige Verbindungen, hochsiedende Verbindungen, polymerisierbare Verbindungen und Gasströme enthalten, die flüssige und feste Teilchen tragen.
Verbrennungsbasierte Methoden:
Die Verbrennungs- (Oxidations-) Prozesse können entweder nicht katalytisch oder katalytisch sein.
Die nichtkatalytischen Verfahren können auf folgende Weise durchgeführt werden:
(i) direkte Verbrennung
(ii) Rekuperative Oxidation
(iii) regenerative Oxidation
(iv) Fackeln und
(v) Oxidation in bestehenden Kesseln und Prozessheizungen.
Im Allgemeinen haben Verbrennungsprozesse eine hohe VOC-Entfernungseffizienz, z. B. etwa 98%. Die Verbrennungsprodukte sind CO 2 und H 2 O. NO x und SO 2 können auch während der Verbrennung erzeugt werden.
Nichtkatalytische Verbrennungsprozesse:
Diese Verfahren werden im Allgemeinen bei einer höheren Temperatur von 800 bis 1100 ° C durchgeführt. Die VOC-Zerstörungseffizienz hängt von der Verweilzeit, Turbulenz, Mischung und Verfügbarkeit von Sauerstoff in der Verbrennungszone ab. Abhängig vom Brennwert eines VOC-beladenen Gases kann zusätzlicher Kraftstoff erforderlich sein oder nicht.
(i) direkte Verbrennung :
Die direkte Verbrennung erfolgt in einer mit Feuerfest ausgekleideten Brennkammer, die mit einem zusätzlichen Brennstoffbrenner ausgestattet ist. Der zusätzliche Kraftstoffbedarf in einer bestimmten Situation würde vom Heizwert des VOC-beladenen Gases abhängen.
(ii) Rekuperative Oxidation
In rekuperativen Oxidationseinheiten wird das ankommende VOC-tragende Gas vorgewärmt, indem indirekt Wärme mit dem ausströmenden Rauchgas ausgetauscht wird, bevor das ankommende Gas in eine Brennkammer eingeleitet wird. Die Wärmerückgewinnung aus Rauchgas kann zwischen 40 und 70% liegen, wodurch der zusätzliche Brennstoffbedarf geringer wäre.
(iii) regenerative Oxidation
Eine regenerative Oxidationseinheit hat eine Verbrennungskammer und zwei gepackte Betten, die Perlen aus Keramik oder anderen Materialien enthalten. Wenn ein ankommender VOC-haltiger Strom ein heißes Bett passiert, wird er erhitzt, während das Bett abkühlt. Der Strom tritt als nächstes in die Verbrennungskammer ein und durchläuft Verbrennungsreaktionen.
Das Rauchgas aus der Brennkammer würde durch das zweite Bett strömen und die Packung erwärmen, während sie selbst gekühlt wird. Die gepackten Betten werden zyklisch betrieben, dh der Prozessfluss wird in regelmäßigen Abständen umgekehrt. Die Wärmerückgewinnung in einer solchen Einheit ist sehr hoch, folglich wäre entweder kein Brennstoff oder eine relativ kleine Menge eines zusätzlichen Brennstoffs erforderlich. Diese Einheiten sind nicht für alle Arten von VOC-beladenen Gasen geeignet.
(iv) Flares:
Fackeln werden im Wesentlichen als Sicherheitsvorrichtung verwendet, um Abgase zu verbrennen, die während Prozessstörungen entstehen, ohne zusätzlichen Brennstoff zu verwenden. Es eignet sich für Abgase mit hohem Durchfluss mit einem Heizwert von mehr als 2600 kcal / Nm 3 . Wärme kann aus den entstehenden Verbrennungsprodukten nicht zurückgewonnen werden und die vollständige Verbrennung der VOCs kann nicht gewährleistet werden.
(v) Oxidation in vorhandenen Kesseln und Prozessheizungen:
Bestehende Kessel oder Prozessheizer können zur Verbrennung von VOC-beladenen Gasströmen verwendet werden. Die Vorteile sind keine Investitionen und kein zusätzlicher Kraftstoffbedarf. Solche Einheiten könnten nicht in der Lage sein, große Schwankungen in der Abgasströmungsrate und ihrem Heizwert zu berücksichtigen. Bei diesen Arten von Geräten sollte die Verbrennung von Abgasen vermieden werden, die wahrscheinlich korrosive Verbindungen erzeugen. Die Leistung solcher Geräte würde beeinträchtigt, wenn der Heizwert der Abgase unter 1300 kcal / Nm 3 liegt .
Katalytischer Verbrennungsprozess:
Die katalytische Oxidation von VOC-beladenen Abgasen kann bei einer niedrigeren Temperatur, beispielsweise 400 bis 500 ° C, unter Verwendung einer geringeren Menge an Zusatzbrennstoff durchgeführt werden. Der Zufluss (Abgas) wird normalerweise vor dem Einleiten in eine Katalysatorkammer auf etwa 260 bis 480 ° C vorgewärmt.
Die VOC-Zerstörungseffizienz kann in Abhängigkeit von der VOC-Zusammensetzung und -konzentration, dem Katalysatortyp und -eigenschaften, der Betriebstemperatur, der Sauerstoffkonzentration und der Raumgeschwindigkeit im Bereich von 95 bis 98% liegen. Das Vorhandensein von flüssigen und festen Partikeln und polymerisierten Verbindungen beeinflusst die Zerstörungseffizienz.
Als Katalysator werden im Allgemeinen Platine, Kupfer oder Chromoxide verwendet. Diese werden durch Blei, Arsen, Quecksilber, Schwefel und Halogen vergiftet. Bei einer hohen VOC-Konzentration kann die Katalysatorbetttemperatur auf 550 bis 600 ° C oder mehr ansteigen, wodurch der Katalysator deaktiviert werden kann.
