活性炭固定床處理VOCs設(shè)計(jì) 運(yùn)行 管理
本書論述活性炭固定床處理VOCs的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和管理的一部專著。主要講述活性炭的基本知識(shí)和技術(shù)性能指標(biāo),活性炭的吸附原理及影響其吸附的因素,同時(shí)講述了在工程實(shí)踐中,如何應(yīng)用影響氣體吸附的因素,指導(dǎo)活性炭固定床吸附器的設(shè)計(jì);講述了活性炭固定床及其吸附系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理。
作者結(jié)合自己近30年從事VOCs治理教學(xué)、科研工作以及20多年的工程實(shí)踐,在對(duì)以上問題在加深理解的基礎(chǔ)上,提出了自己的見解。對(duì)于這些見解,正如著名的環(huán)境工程專家郝吉明院士在本書序中評(píng)價(jià)的那樣:“作者提出的這些見解是難能可貴的,為我們?cè)谖嚼碚撆c技術(shù)方面提出了諸多研究課題”。因此,本書不僅有一定的理論深度,而且具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),是一本理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的好書。
本書既可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的教材,也可供從事相關(guān)科研、管理、工程設(shè)計(jì)的人員及VOCs治理一線的工程技術(shù)人員參考。
《活性炭固定床處理VOCs 設(shè)計(jì) 運(yùn)行 管理》作者結(jié)合自己近30年從事VOCs治理教學(xué)、科研以及20多年的工程實(shí)踐,專門就活性炭固定床在VOCs治理的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理方面的問題進(jìn)行了全面論述,以理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式介紹了自己的經(jīng)驗(yàn)和作法,為相關(guān)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理人員提供了很好的參考。
同時(shí),該書作者結(jié)合現(xiàn)在吸附技術(shù)的發(fā)展和自己的工程實(shí)踐,提出了一些新見解。
1.針對(duì)一些人對(duì)活性炭的偏頗認(rèn)識(shí),提出活性炭在所有用于吸附法治理VOCs的吸附劑中,是吸附能力較強(qiáng)的吸附劑。明確指出在治理工程中,活性炭的選擇應(yīng)該以哪一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)為主;
2.提出了利用吸附波長(zhǎng)度求取吸附劑裝量較簡(jiǎn)易的計(jì)算方法;
3.在脫附溫度的選擇上,提出了獨(dú)到的見解,并從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面進(jìn)行了分析。認(rèn)為,吸附質(zhì)的脫附溫度與它的沸點(diǎn)基本上沒有關(guān)系,而和它的飽和蒸氣壓直接相關(guān):
4.作者認(rèn)為,VOCs通過床層的風(fēng)速是由廢氣與吸附劑的接觸時(shí)間決定的,不應(yīng)該統(tǒng)一規(guī)定為0.2~0.6m/s。在目前多種吸附劑存在的情況下,應(yīng)該根據(jù)吸附技術(shù)的發(fā)展去調(diào)整這些數(shù)據(jù),以便更好地指導(dǎo)工程實(shí)踐。
5.在書中,作者對(duì)引進(jìn)技術(shù)的目的也提出了自己的看法,認(rèn)為,引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)的目的主要還是考慮如何消化吸收,積極創(chuàng)新,以提高我國(guó)自主技術(shù)的水平。
近年的研究發(fā)現(xiàn),PM2.5與揮發(fā)性有機(jī)污染物有直接關(guān)系。在PM2.5形成之前,作為前驅(qū)物的VOCs(揮發(fā)性有機(jī)物),能和由SO2、NOx生成的硫酸鹽、硝酸鹽一起,在光的作用下,發(fā)生一系列的光化學(xué)反應(yīng),生成以PM2.5細(xì)小顆粒物為主的霾,這些霾會(huì)長(zhǎng)期存在于大氣中。近幾年,低濃度、高毒性的VOCs在PM2.5中的比重上升很快,因而使細(xì)粒子污染逐漸趨于嚴(yán)重。
我國(guó)在20世紀(jì)80年代之后,隨著城市化加速,經(jīng)濟(jì)規(guī)模擴(kuò)張,各大城市機(jī)動(dòng)車保有量也隨之迅猛增長(zhǎng),珠三角、長(zhǎng)三角、京津冀等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)大氣污染日趨嚴(yán)重,霧霾天變得越來越多,這使得臭氧和PM2.5所代表的細(xì)粒子污染,漸漸發(fā)展為大城市和區(qū)域空氣污染的首要大敵。為此,中央向全國(guó)發(fā)出了“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”的號(hào)召,一場(chǎng)轟轟烈烈的藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)已經(jīng)打響,目前已取得了初步成果!
國(guó)家對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物污染的防治一直比較重視,《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16297—1996)規(guī)定的33類污染物中,有近一半屬于揮發(fā)性有機(jī)物。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物提出了嚴(yán)格的排放限值。自2010年5月首次把揮發(fā)性有機(jī)物確定為大氣污染的重點(diǎn)污染物之后,2013年9月,國(guó)務(wù)院發(fā)布《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》,對(duì)VOCs的污染防治工作提出了一些具體的要求,包括以下幾方面。
(1)制定、修訂重點(diǎn)行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn),用法律、標(biāo)準(zhǔn)“倒逼”產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。
(2)強(qiáng)制公開污染企業(yè)環(huán)境信息。
(3)推進(jìn)VOCs污染治理,在石化、有機(jī)化工、表面涂裝、包裝印刷等行業(yè)實(shí)施VOCs綜合整治。
(4)大力推行清潔生產(chǎn),完善涂料、油墨、膠黏劑等產(chǎn)品VOCs限值標(biāo)準(zhǔn),推廣使用水性涂料、油墨、膠黏劑,鼓勵(lì)生產(chǎn)、銷售和使用低毒、低揮發(fā)性有機(jī)溶劑。
(5)將VOCs納入排污費(fèi)征收范圍,加大排污費(fèi)征收力度,提高排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)。
緊接著,全國(guó)各省市也陸續(xù)出臺(tái)了控制VOCs排放的地方標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。
根據(jù)國(guó)家的統(tǒng)一部署,VOCs治理應(yīng)該從源頭治理、過程控制和末端治理三方面著手,而以源頭治理、過程控制為重點(diǎn)。2016年1月1日起實(shí)施的《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》(以下簡(jiǎn)稱《大氣污染防治法》),對(duì)VOCs污染防治在源頭治理、過程控制和末端治理等方面都提出了具體要求。有關(guān)部門頒布了《重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物削減行動(dòng)計(jì)劃》(以下簡(jiǎn)稱《行動(dòng)計(jì)劃》),指出了明確方向!缎袆(dòng)計(jì)劃》提出“堅(jiān)持源頭削減、過程控制為重點(diǎn),兼顧末端治理的全過程防治理念”!缎袆(dòng)計(jì)劃》還指出,在源頭削減、過程控制和末端治理三者之間,更為重視源頭削減和過程控制,這是我國(guó)將來VOCs治理的發(fā)展趨勢(shì),也是國(guó)際上治理VOCs的發(fā)展方向。
在目前的VOCs治理中,吸附法得到了廣泛的應(yīng)用。而在治理VOCs的設(shè)備中,以活性炭固定床吸附器應(yīng)用最廣。初步估計(jì),它占據(jù)了固定床處理VOCs約85%以上的市場(chǎng)。
為此,作者根據(jù)自己從事VOCs治理教學(xué)、科研以及工程實(shí)踐,特別編著了這本《活性炭固定床治理VOCs設(shè)計(jì) 運(yùn)行 管理》一書。專門論述活性炭固定床在VOCs治理的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管理方面的問題,并且還介紹了自己的一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),給設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管理人員提供參考。
本書共分六章。第一章講述活性炭的基本知識(shí)和技術(shù)性能指標(biāo),并對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行了分類說明;第二章講述活性炭的吸附原理及影響其吸附的因素,同時(shí)講述了在工程實(shí)踐中,如何應(yīng)用影響氣體吸附的因素,指導(dǎo)活性炭固定床吸附器的設(shè)計(jì);第三章講述活性炭固定床的設(shè)計(jì)及一些設(shè)計(jì)參數(shù)選擇的依據(jù);第四章講述活性炭固定床吸附系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、活性炭固定床處理VOCs系統(tǒng)的組成以及活性炭固定床系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)規(guī)程;第五章講述了活性炭固定床吸附運(yùn)行的管理,特別強(qiáng)調(diào)了在設(shè)計(jì)和運(yùn)行方面,必須重視國(guó)家法律法規(guī)及具體的工程技術(shù)規(guī)范,另外從理論上闡述了一些參數(shù)選擇的原理,對(duì)現(xiàn)行的《吸附法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行了解釋,并結(jié)合自己的工程實(shí)踐對(duì)一些技術(shù)參數(shù)提出了不同的看法;第六章給出了四個(gè)不同的工程案例。
本書由李守信任主編,參加本書編寫的人員分工如下。
李守信(華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院)主要編寫緒論,第一章第六節(jié),第四章第一、二節(jié),第五章,第六章典型案例四;陳青松(天津大拇指環(huán)保科技集團(tuán))主要編寫第二章第四、五節(jié),第三章第二節(jié),第六章典型案例二;程泉(廣東源豐環(huán)境生態(tài)科技有限公司)主要編寫第一章第一、二、三、四、五節(jié),第二章第一節(jié),第六章典型案例一;蘇航(廣東雪迪龍環(huán)境科技有限公司)主要編寫第二章第二、三節(jié),第三章第一、三節(jié),第六章典型案例三。全書由李守信統(tǒng)稿并修改定稿。
特別需要提起的是,中國(guó)工程院院士、著名的環(huán)境工程專家、清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程研究院院長(zhǎng)、美國(guó)國(guó)家工程院外籍院士郝吉明教授為本書作序。郝吉明院士在序中對(duì)作者以理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式介紹了自己的經(jīng)驗(yàn)和做法給予肯定,認(rèn)為本書為相關(guān)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理人員提供了很好的參考。同時(shí)對(duì)作者提出的一些新見解,認(rèn)為是為從業(yè)人員在吸附理論與技術(shù)方面提出了諸多研究課題。在此對(duì)郝吉明院士的認(rèn)可表示衷心的感謝!
本書在編寫過程中,得到了國(guó)內(nèi)知名的大氣污染控制專家、歐盟清潔生產(chǎn)咨詢專家、天津大學(xué)郭靜教授,國(guó)內(nèi)知名的VOCs治理專家、中南大學(xué)李立清教授等同行專家的指導(dǎo),以及天津大拇指環(huán)?萍技瘓F(tuán)、廣東源豐環(huán)境生態(tài)科技有限公司、廣東雪迪龍環(huán)?萍加邢薰尽⒑幽下尻(yáng)峰越環(huán)保設(shè)備有限公司、浙江天地環(huán)保科技有限公司等企業(yè)的支持和協(xié)助。廣東雪迪龍環(huán)?萍加邢薰緩埜母飬⑴c了部分資料的收集工作,天津大拇指環(huán)?萍技瘓F(tuán)賀國(guó)臣參與了部分文字的編輯工作。特別感謝南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份公司對(duì)本書提供的經(jīng)典案例及相關(guān)資料,感謝河北中環(huán)環(huán)保設(shè)備有限公司原總工程師王玉普高級(jí)工程師提供的相關(guān)圖紙。正是由于他們的指導(dǎo)、支持和幫助,才使本書的編寫工作得以順利進(jìn)行。在此一并表示衷心的感謝!
在這里,借本書出版之機(jī),對(duì)筆者在專業(yè)成長(zhǎng)過程中給予指導(dǎo)和幫助的,也是早期推動(dòng)我國(guó)VOCs治理行業(yè)發(fā)展的同行專家及科技工作者劉漢杰、楚建唐、張建軍、楊樹強(qiáng)、蘇建華、黨小慶、張智敏、王學(xué)鋒、林金畫、尤生全、黃文龍、李澤清、陳大博、陳植民、王德宏等,表示深深的敬意和由衷的感謝!
本書可作為高等院校環(huán)境工程專業(yè)及其他相關(guān)專業(yè)的教材或參考書,特別適用于各級(jí)環(huán)境保護(hù)管理部門作為揮發(fā)性有機(jī)物控制、治理培訓(xùn)的教材。也可供從事大氣污染控制工程,特別是從事活性炭固定床治理VOCs的工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管理的工程技術(shù)人員參考。
由于作者水平有限,實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足,書中不妥之處在所難免,敬請(qǐng)各位專家、同行及廣大讀者朋友批評(píng)指正。
編著者
2020年9月
李守信,華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授,注冊(cè)環(huán)保工程師,中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)專家,國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)編制組成員,《化工環(huán)!冯s志特約審稿專家。主要從事大氣污染控制工程的教學(xué)、科研及工程實(shí)踐。1997年至今,先后擔(dān)任冶金部地球物理勘察院環(huán)境工程研究中心技術(shù)顧問,河北中環(huán)環(huán)保設(shè)備有限公司、大拇指環(huán)?萍技瘓F(tuán)(福建)有限公司(國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)、新加坡上市公司)、江蘇萬(wàn)德環(huán)保科技有限公司(國(guó)家高新技術(shù)企業(yè))技術(shù)總監(jiān);從事?lián)]發(fā)性有機(jī)物治理、火電廠脫硫脫硝、SCR脫硝催化劑研發(fā)與生產(chǎn)。
近年發(fā)表的與VOCs治理有關(guān)的主要論文(13篇)。包括:二甲基二硫醚生產(chǎn)廢氣治理,二氯甲烷、二氯乙烷、苯類、氯乙烯、重芳烴回收的技術(shù)及研究論文,其中,“揮發(fā)性有機(jī)化合物處理技術(shù)的研究進(jìn)展”為《化工環(huán)!肪庉嫴刻丶s稿,化工環(huán)保 2008No1.
參與完成的VOCs治理主要工程項(xiàng)目(包括工藝設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試)(約17項(xiàng))。包括:二甲基二硫生產(chǎn)廢氣治理,二氯甲烷、二氯乙烷、環(huán)己烷、DMF、苯類、氯乙烯、重芳烴回收等項(xiàng)目。
緒論1
第一章活性炭的分類、結(jié)構(gòu)及技術(shù)性能指標(biāo)4
第一節(jié)活性炭的分類4
一、按照原料分類4
二、按照制造方法分類5
三、按照外觀形狀分類5
四、按照用途分類5
第二節(jié)活性炭的結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成5
一、碳的結(jié)構(gòu)5
二、活性炭的化學(xué)組成9
第三節(jié)活性炭的技術(shù)性能指標(biāo)12
一、為什么要了解活性炭的技術(shù)性能指標(biāo)12
二、活性炭的技術(shù)性能指標(biāo)12
第四節(jié)VOCs治理工程中吸附劑的選擇19
一、根據(jù)活性炭的技術(shù)性能指標(biāo)選擇吸附劑19
二、活性炭用于治理VOCs的選用規(guī)則19
第五節(jié)活性炭在治理VOCs方面的優(yōu)勢(shì)21
一、VOCs處理工程中常用的三類吸附劑21
二、三類吸附劑的性能比較23
第六節(jié)活性炭纖維24
一、活性炭纖維制備工藝概述24
二、活性炭纖維的類型27
三、活性炭纖維的吸附模型28
四、活性炭纖維對(duì)有機(jī)蒸氣的吸附性能30
五、黏膠基活性炭纖維用于處理VOCs的優(yōu)勢(shì)31
六、活性炭纖維的10大優(yōu)勢(shì)31
第七節(jié)廢舊活性炭的處理和處置32
一、廢舊活性炭的定義32
二、國(guó)家對(duì)廢舊活性炭的法律規(guī)定32
三、廢舊活性炭的處理和處置方法33
第二章活性炭的吸附理論35
第一節(jié)活性炭的吸附特性35
一、吸附原理35
二、吸附的分類36
三、應(yīng)特別重視化學(xué)吸附現(xiàn)象37
第二節(jié)吸附平衡40
一、吸附過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程40
二、平衡關(guān)系的表示41
三、吸附等溫線41
四、吸附等溫線方程43
第三節(jié)氣體在活性炭表面的吸附46
一、氣體在活性炭表面的吸附過程46
二、吸附速率方程47
三、吸附劑的脫附與劣化現(xiàn)象48
第四節(jié)影響氣體吸附的因素及活性炭的表面改性50
一、影響氣體吸附的因素50
二、吸附劑浸漬與改性53
第五節(jié)利用影響氣體吸附的因素指導(dǎo)吸附設(shè)計(jì)55
一、與活性炭固定床吸附的設(shè)計(jì)直接相關(guān)的因素55
二、有機(jī)廢氣的吸附熱58
第三章活性炭固定床吸附器設(shè)計(jì)59
第一節(jié)固定床吸附器吸附過程的描述59
一、活性炭固定床吸附器的吸附過程59
二、與吸附過程相關(guān)的概念59
第二節(jié)活性炭固定床吸附器的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型62
一、廢氣吸附凈化設(shè)計(jì)中的假設(shè)條件62
二、活性炭固定床吸附劑的選擇63
三、活性炭固定床吸附裝置的選型64
四、吸附效率的計(jì)算及選擇69
五、吸附劑用量的計(jì)算70
六、吸附器本體設(shè)計(jì)80
第三節(jié)轉(zhuǎn)輪吸附器簡(jiǎn)介83
一、轉(zhuǎn)輪的內(nèi)部結(jié)構(gòu)83
二、轉(zhuǎn)輪技術(shù)處理VOCs的工藝流程及其復(fù)活處理84
三、轉(zhuǎn)輪技術(shù)應(yīng)用于VOCs處理的優(yōu)勢(shì)及不足85
四、關(guān)于轉(zhuǎn)輪技術(shù)的幾點(diǎn)改進(jìn)意見85
第四章活性炭固定床吸附系統(tǒng)的設(shè)計(jì)87
第一節(jié)揮發(fā)性有機(jī)物的處理工藝87
一、揮發(fā)性有機(jī)物處理工藝是一個(gè)系統(tǒng)工程87
二、嚴(yán)格按程序進(jìn)行吸附系統(tǒng)的設(shè)計(jì)88
第二節(jié)活性炭固定床吸附系統(tǒng)配置99
一、一般固定床吸附系統(tǒng)的組成99
二、廢氣收集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)100
三、廢氣預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及設(shè)備選型103
四、吸附系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及設(shè)備選型105
五、自動(dòng)控制系統(tǒng)與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)106
六、附屬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及設(shè)備選型107
第三節(jié)風(fēng)機(jī)選型及使用108
一、風(fēng)機(jī)選型108
二、風(fēng)機(jī)的使用116
第四節(jié)活性炭固定床層溫升及脫附系統(tǒng)的熱交換計(jì)算123
一、吸附床層的溫升123
二、脫附時(shí)水蒸氣、空氣及熱量的消耗計(jì)算126
第五章活性炭固定床吸附系統(tǒng)的運(yùn)行管理130
第一節(jié)活性炭固定床吸附系統(tǒng)運(yùn)行管理的主要內(nèi)容130
一、運(yùn)行管理的主要內(nèi)容130
二、目前在活性炭固定床系統(tǒng)管理中應(yīng)改進(jìn)的主要問題130
第二節(jié)必須重視國(guó)家頒布的各種標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范131
一、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)工程項(xiàng)目的指導(dǎo)作用131
二、要重視工程技術(shù)規(guī)范132
第三節(jié)《吸附法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》出臺(tái)的背景132
一、《吸附法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》編制的目的132
二、《吸附法規(guī)范》制定的背景132
三、《吸附法規(guī)范》制定的原則136
四、《吸附法規(guī)范》編制的法律依據(jù)136
第四節(jié)對(duì)《吸附法規(guī)范》中設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理的主要內(nèi)容的說明和補(bǔ)充137
一、《吸附法規(guī)范》中規(guī)定的有關(guān)設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理方面的主要內(nèi)容137
二、對(duì)《吸附法規(guī)范》中規(guī)定的固定床設(shè)計(jì)方面部分內(nèi)容的說明和補(bǔ)充139
三、對(duì)運(yùn)行管理方面有關(guān)規(guī)定內(nèi)容的說明和補(bǔ)充144
第五節(jié)活性炭固定床運(yùn)行管理中需要探討的幾個(gè)問題144
一、氣流通過固定床吸附層的速度144
二、脫附溫度的選擇145
三、活性炭固定床采用水蒸氣脫附后是否都需要干燥148
第六節(jié)活性炭固定床運(yùn)行中常見問題及解決方法149
一、如何處理回收后的有機(jī)溶劑混合物才更經(jīng)濟(jì)149
二、如何延長(zhǎng)活性炭吸附劑的壽命149
三、如何做到廢氣處理后達(dá)標(biāo)149
四、不具備脫附條件的企業(yè)如何采用吸附法治理VOCs152
五、關(guān)于VOCs的單一治理與聯(lián)合治理技術(shù)152
六、治理VOCs的方向154
第六章活性炭固定床處理VOCs應(yīng)用案例156
典型案例一噴涂行業(yè)VOCs治理工程156
典型案例二化工行業(yè)VOCs治理工程167
典型案例三制藥行業(yè)VOCs治理工程178
典型案例四醫(yī)藥企業(yè)污水站排放VOCs治理工程184
附錄193
附錄一《吸附法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ 2026—2013)193
附錄二幾篇關(guān)于處理VOCs的論文204
附錄三常見揮發(fā)性有機(jī)物的分類和性質(zhì)232
附錄四氣相型蜂窩活性炭技術(shù)指標(biāo)240
參考文獻(xiàn)241