污染治理技术与成套装备

    污染治理技术与成套装备的研发是工程实验室研发的核心内容。主要针对高浓度多组分VOCs开发蓄热(催化)燃烧和冷凝分离技术与装备,针对低浓度大风量VOCs开发基于分子筛转轮的吸附浓缩和生物技术与装备,针对难降解复杂组分VOCs开发低温等离子体催化和臭氧催化技术与装备,同时开发上述技术的有机组合,以及净化设备前端的废气预处理技术与装备。

    1)废气预处理技术

    根据不同行业有机废气排放特征,开发基于冷却、过滤、洗涤、换热、静电等方法的调温、除尘(除油)、除湿或降VOCs浓度的预处理技术。

    拟解决的关键技术问题:含粘性粉尘的石灰石循环流化床小型化技术和设备开发;亚微米细颗粒的电凝并去除技术和设备开发。

    2)沸石转轮成型及制备技术

    在现有研究工作基础上,掌握基材瓦楞成型、蜂窝体复卷、沸石涂覆、干燥、高温烧结等关键技术及控制因素,完善制备工艺,形成具有自主知识产权的沸石吸附转轮制备技术,主要性能指标达到或超越国外产品。

    拟解决的关键技术问题:本项目产品所用吸附材料为高疏水性(高硅铝比)沸石,在溶液中极易发生团聚,需要解决沸石粉体在浆液中的团聚以及沸石在蜂窝载体表面涂覆的均匀性问题;大直径、小孔径的蜂窝结构体成型工艺及技术;沸石转轮对各种VOCs的吸附效率不同,需要提高整体处理效率;大型转轮运行时能耗较高。

    3)燃烧技术

    针对现有RTO/RCO技术和设备,开发完善带反吹功能的缓冲系统,减少废气短路;优化RTO/RCO设备内部结构和保温层的结构设计,减少设备死体积和热量损失。针对石油炼制、石油化工、有机化工、皮革、医药等行业高浓度(>5000mg/m3)且回收价值不大的有机废气,采用结构紧凑、换热效率更高的重力式热管式余热锅炉和省煤器替代体积庞大、结构复杂、传热温压低、阻力大的常规形式余热锅炉和省煤器,将上述低品位热能利用设备与RTO/RCO设备实现集成,实现热能高效率回收。针对石油炼制、石油化工、有机化工等行业特征污染物开发相应的氧化工艺,保证特征污染物达标排放。开发小型化RTO/RCO设备,使其具有更强的适用性。优化安全稳定的RTO/RCO运行控制技术,实现与生产设备的控制系统兼容。

    拟解决的关键技术问题:通过Fluent软件模拟气流运动,调整RTO/RCO设备内部几何结构,实现流场和温度场均匀分布;针对导致RTO/RCO设备泄露的关键部件--提升阀或蝶阀,改进密封或阀门结构,实现废气的低泄漏。

    4)生物技术

    在现有生物净化技术研究的基础上,通过优化降解菌组成和对现有填料的改性,研制广谱微生物复合菌剂和新型生物填料,强化生物净化能力,并在构型优化的基础上,降低生物净化设备体积。结合吸附浓缩、催化等技术优势,开发组合生物净化工艺,增强设备稳定性,拓宽生物法的应用范围。

    拟解决的关键技术问题:复杂废气由于各组分溶解度、生物降解性等差异,通常难以同步去除。本项目拟针对典型VOCs废气,通过研究微生物群落结构与VOCs废气组成的相关性规律,从已有的菌种库中优化组合降解菌,研制相应的菌剂,强化多组分VOCs废气的净化能力;生物设备在处理不稳定VOCs废气时,填料表面生物膜发育缓慢,生物量难以匹配VOCs负荷。本项目拟在现有填料改性的基础上,获得表面特性良好、有促进生物膜形成作用的新型生物填料,增强生物净化设备的稳定性;在菌剂与填料研究基础上,结合吸附浓缩、催化等技术特点,优化设备工艺与构型,降低设备体积,并拓展应用范围。

    5)低温等离子体催化技术

    研究开发吸附储存-放电销毁”VOCs技术,具体包括研制整体式蜂窝状吸附催化一体化材料,设计工业化等离子体催化反应器和匹配的电源,建设一定处理规模的吸附储存-放电销毁实验装置,考察系统工艺参数对甲苯转化率、碳平衡、CO2选择性和尾气中O3浓度等系统效果评价指标的影响,考察长期使用后吸附催化一体化材料的吸附性能和催化性能,优化材料配方,提高其稳定性。从技术经济角度综合评估系统性能,初步实现工业应用。

    拟解决的关键技术问题:吸附催化一体化材料:憎水性整体式蜂窝分子筛催化剂的制备和规模化生产技术;优化等离子体反应器结构,优化电源与反应器之间的匹配,提高能量的利用效率,降低能耗。

    6)臭氧催化技术

    优化臭氧催化剂配方和整体式催化剂的制备技术,研究催化剂协同臭氧氧化VOCs的性能(反应温度、空速、臭氧浓度等操作参数VOCs转化率、碳平衡、CO2选择性等性能参数);分析反应后催化剂表面中间产物的累积,评价催化剂性能及结构稳定性。建立一定规模的验证实验装置,长时间考察系统性能,初步实现工业化应用。

    拟解决的关键技术问题:使用臭氧的能耗较高,通过优化催化剂配方提高臭氧利用效率,降低技术的运行费用;分析催化剂积碳原因,研究催化剂再生技术。

    7)行业组合技术

    自主研发三套组合技术和装备:可实现VOCs回收利用的吸附浓缩-冷凝,实现VOCs销毁的吸附浓缩-(催化)燃烧,针对石油炼制、石油化工、有机化工等行业高浓度油气的毫克级回收技术。吸收和改进两套组合技术和装备:日本的吸附浓缩-冷凝和德国WK环境工程公司的吸附浓缩-燃烧。

    1)吸附浓缩-冷凝:针对石油炼制、石油化工、有机化工、印刷、电子等行业有机废气中成分较少,有较大回收价值的VOCs,将分子筛吸附浓缩与冷凝回收技术进行系统集成。针对污染源研究R404a等不同冷凝剂的冷凝效果;改进压缩工艺,提升压缩机效率;增强板式换热器阻垢特性,提升传热效率;研究高效、低能耗脱水装置及溶剂分离工艺。

    拟解决的关键技术问题:对于回收的单组份溶剂脱水,优化合成原料、中和度、交联剂等工艺参数,研发具有广谱性、高脱水性的树脂材料;对于回收的混合溶剂,研究蒸汽渗透(PVA)技术联合共沸精馏等特殊精馏工艺实现共沸物或恒沸物的分离。

    2)吸附浓缩-(催化)燃烧:针对汽车、船舶、家具等涂装行业和医药、皮革等行业,有机废气中的VOCs回收价值不大,将分子筛吸附浓缩与(催化)燃烧设备进行系统集成。研究针对不同污染源的废气预处理技术(包括高效除尘和温度湿度调节),优化与分子筛吸附浓缩设备和(催化)燃烧设备二者相匹配的工艺参数,研究安全稳定工作的控制技术。吸收消化德国成熟的、具有国际先进水平的吸附浓缩-焚烧设备,研究自主研发的分子筛转轮替代进口转轮对系统的综合性能的影响,获得整体工艺设计参数并逆向绘制成套设备图纸,部分部件实现国产化,掌握系统控制技术,形成自主设计能力。

    拟解决的关键技术问题:高沸点有机物及其炭化产物的高效脱附(即吸附材料的彻底再生技术);(催化)燃烧设备的安全控制技术。

    3)石油炼制、石油化工、有机化工等行业高浓度油气的毫克级回收技术:针对石油化工聚烯烃反应等工艺尾气、因工艺操作原因未整改的储罐、油品、化工品码头装船过程的高浓度油气,改进和完善基于活性炭和分子筛的变压吸附-吸收工艺,吸附-蒸汽脱附、吸附-热氮气脱附等多种变温吸附技术和工艺,冷凝-活性炭变压吸附组合工艺,以分离膜为核心的吸收-膜、冷凝-膜、吸收--吸附、冷凝--吸附等实用工艺。

    拟解决的关键技术问题:采用高分子复合膜器件的设计和加工技术;回收系统的安全控制技术。