降低VOC的操作成本 - 2022年世界杯分组表

对抗排放控制成本的新进展包括结构化传热介质、替代氧化技术和燃料优化技术

VOCs的平均浓度已经下降，因为更多稀释的点源气流被用于排放控制系统。对工厂经理来说，这意味着更多的VOC减排设备和更高的运营成本。世界各地的转换器都在努力减少运营费用，同时保持环保。这在天然气和电力等公用事业昂贵的地区尤其困难。

污染控制供应商正面临着开发新方法以降低新系统和现有系统运营成本的挑战。空气排放控制系统可以回收或摧毁碳氢化合物。如果在转炉的过程中重用是可能的，回收是首选的手段，以减少操作成本。然而，很多时候，唯一的回收价值可能是作为燃料来源;回收的碳氢化合物最终通过氧化过程被破坏，其中它们的潜热被用作氧化和破坏所需的部分或全部热量。

RTO效率

再生热氧化(RTO)是在美国使用的最常见的氧化技术，并正在迅速获得全世界的接受。它的主要优点是可获得的高热效率，使它对大容量、低浓度的气流特别有吸引力。

RTO杀灭VOC的方法是将气流加热到碳氢化合物与可用氧自发反应的温度(通常为1400 - 1800ºF)。RTO利用热交换器从氧化过程中回收和再利用热量，作为预热传入气流的可用能量。

再生式热交换器由两个或两个以上的陶瓷介质容器组成，称为再生器。一个蓄热器吸收和储存来自流出的清洁热气体流的热量，另一个蓄热器将储存的热量传递给流入的污染气体流。当储存热量的蓄热器开始饱和，而另一个热源蓄热器耗尽时，一系列的阀门就会改变气流的方向，从而使蓄热器的作用发生逆转。

实时操作系统是一项经过验证的技术，但客户要求这些系统变得更加高效，从而进一步降低运营成本。满足这一需求是传热介质、替代氧化技术和燃料使用优化技术的新发展。

图1/三塔再生式热氧化剂中VOC的降低过程

结构传热介质

传统上，RTO的传热床由陶瓷鞍座组成，随机地装入一个绝缘腔内。通过鞍座的气流被迫在方向和速度上做出许多变化。由于气流的紊流性质，穿过床的压降随着气流的平方而增加。

对RTO操作的基本原理的研究导致了结构化传热介质的开发和应用。研究表明，这种介质具有恒定截面的直气流通道，通过提供更多的层流特性，比传统的马鞍提供了显著的性能改善。改进的性能可以从RTO填充层的压降降低中看出。

结构填料是一种陶瓷整体块，由硅铝陶瓷组成。每个区块大约12英寸高，6英寸宽，6英寸长，有数百个平行通道，每个通道大约1/8英寸。方形的，从上到下延伸的。该区块的物理和性能特点允许更高的气流速度通过填料床，从而更紧凑的RTO足迹。这可能对内陆的转化工厂很有吸引力，因为它们可能没有典型的RTO所需的空间。

这种较高的床层速度也可以解决现有RTO设备的工厂可能需要额外的气流处理能力的问题。在传统的马鞍填料床中，增加流量需要指数级的压降和马达马力，很快就会使现有的处理能力超负荷。

据报道，将现有的马鞍床替换为陶瓷整体床不仅可以降低现有容量的压降，而且可以利用现有的电机和风扇增加近40%的流入气流容量。其他的好处包括更好的热性能和更低的天然气消耗的RTO。

rco可以降低能源成本

再生催化氧化(RCO)技术是近年来在能源成本高、运行时间长的转炉中得到广泛应用的一种混合挥发性有机化合物(VOC)去除技术。RCO结合了RTO的优点和催化的优点。通过在RTO的燃烧室中添加贵金属催化剂，该催化剂可以在更低的工作温度(通常为600 - 1000ºF)下进行碳氢化合物转化，从而减少辅助燃料的需求。

贵金属催化剂是一种加速化学反应(氧化)速率而不消耗催化剂的物质。另一个好处是，它不仅能够消除VOCs，而且还能消除二次产物，特别是CO和NOx。此外，贵金属催化剂比贱金属催化剂更耐中毒和污染。

与结构化包装一样，将现有的RTO转换为RCO是可能的，而且通常是有益的，这取决于操作和能源消耗情况。在RTO燃烧室的陶瓷介质上添加一层专有的贵金属催化剂，将使燃烧室温度降低到约800ºF。在大风量系统中，这种燃料节省可以是显著的。专利催化剂浸渍在陶瓷介质选择，无论是马鞍或结构化填料。

在某些操作中，RCO可能不是一个有益的选择。这些例外是由于含有有机金属或抑制性化合物的流的存在，会导致催化剂性能的退化。每一股挥发性有机化合物都需要检查，以确保不存在催化剂毒性，如硅、磷、砷或其他重金属。此外，催化剂的性能可能被空气中的微粒掩盖或污染。

然而，催化剂可以相对容易地充电。在决定催化剂在RCO中的适用性之前，讨论单个气流的特性是很重要的，但对于许多转换器来说，节省成本的潜力是很大的。

图2/旋转集中器的切面视图

关掉燃烧器

通常情况下，天然气燃烧器提供的热量没有被再生热氧化剂回收(达到设定值所需能量的5%左右)。从理论上讲，一股具有足够高浓度碳氢化合物的流入气流可以从碳氢化合物的自燃中提供足够的能量，使氧化过程能够自我维持。在这些条件下，不需要燃烧器来产生补热。

天然气注入(NGI)是一种在低碳氢化合物浓度的气流中人为创造这种自我维持条件的方法。系统预热采用天然气燃烧器。一旦热交换介质饱和，并且足够热，使气流高于自燃水平，燃烧器和燃烧鼓风机关闭。将天然气或甲烷安全地注入进来的气流中，使其浓缩到自给自足运行所需的水平。

NGI实际上提高了RTO的热效率，因为它消除了引入燃烧空气的需要，从而缓解了两个回热床之间气流的质量不平衡。在商业应用中，NGI使RTO的热效率总体上提高了约1%或更多。

NGI的另一个优势是氮氧化物排放的改善。由于火焰温度高，燃烧器是RTO排气流中NOx的最大单一贡献者。取消燃烧器显著降低了运行实时操作系统中的NOx水平。

由于RCO燃烧温度较低，NGI不能与催化剂结合使用。然而，通过在RTO上安装一个简单、低成本的NGI系统，特别是那些不利于催化剂使用的气流，许多现有的系统可以看到运行燃料消耗的减少。

分而治之气流

有助于降低VOC减排成本的第四个发展是新的旋转浓缩器。这种吸附技术通常应用于碳氢化合物浓度相对较低的非常稀薄的气流。旋转吸附器将排放的气体集中到更小的气流中，其浓度要高得多(10倍或更多)，可以由RTO等氧化装置处理，这要经济得多。

含碳氢化合物的空气通过旋转吸附装置，碳氢化合物被吸附到沸石或碳介质上。经吸附过程净化的大量进气排到大气中。被吸附的碳氢化合物，然后通过高温、低体积气流的解吸不断地除去。这种高浓度的解吸空气被送到氧化装置进行破坏。

将碳氢化合物集中到较小的气流中可以显著降低运营成本。通过减少气流，该设备本身就更小，购买成本更低。通过提高浓度，碳氢化合物的辅助燃料效益也得到了提高，在许多情况下，几乎达到了自维持运行的水平，在这种情况下，转炉对天然气的需求几乎被消除了。传统上，集中器被应用在非常大的气流体积上，但最近的商业应用是在30000 SCFM或更小的气流上。