Каталитическое сжигание после десорбции ЛОС уже давно является основным методом очистки на рынке, позволяя утилизировать отходящие газы высокой концентрации путём адсорбции–десорбции и обеспечивая их безвредное удаление. В рамках этих процессов разъёмный пластинчатый теплообменник выступает ключевым звеном для охлаждения и предварительного нагрева потока отходящих газов, играя незаменимую роль в сжигании ЛОС и контроле выбросов. Настоящая статья посвящена применению воздух‑воздух теплообменников при удалении ЛОС с использованием цеолитных ротационных концентраторов, демонстрируя значительный потенциал таких теплообменников в области обработки летучих органических соединений.

1. Предыстория

В настоящее время в Китае наиболее распространёнными методами очистки от ЛОС являются адсорбционно‑восстановительная технология и термическое окисление. Термическое окисление — широко применяемая технология контроля ЛОС, основанная на реакции ЛОС с кислородом с образованием углекислого газа и воды. К типичным процессам термического окисления относятся регенеративное термическое окисление и каталитическое сжигание. Абсорбция — физический метод очистки, при котором для улавливания ЛОС используется абсорбент, после чего осуществляется разделение и извлечение загрязняющих веществ. К числу распространённых абсорбентов относятся активированный уголь и цеолиты. Независимо от того, направлено ли оно на восстановление или на очистку, обработка ЛОС неизменно предусматривает использование воздух‑воздуховых теплообменников.

2. Характеристики воздушных теплообменников

Воздушные теплообменники обеспечивают высокую эффективность теплопередачи и компактную поверхность теплообмена, что позволяет быстро нагревать азот до заданной температуры, одновременно обеспечивая точный контроль как температуры, так и давления. Кроме того, ребристые трубчатые теплообменники отличаются компактной конструкцией, позволяющей экономить пространство и облегчающей их обслуживание и очистку. Вдобавок они обладают превосходной стойкостью к высоким температурам и давлениям, что гарантирует долговременную стабильную работу в таких жёстких условиях.

При термической десорбции летучих органических соединений (ЛОС) в азоте основной процесс воздушного теплообменника заключается в смешении отходящих газов с азотом, после чего полученная смесь нагревается до высокой температуры и давления. Нагретый газ пропускается через слой адсорбента, где ЛОС адсорбируются на его поверхности. Затем, за счёт снижения температуры и давления, адсорбированные ЛОС десорбируются из адсорбента, что обеспечивает их разделение и очистку.

3. Основной процесс очистки ЛОС

В данной статье на примере технологии ротационного концентратора на основе цеолитов для очистки ЛОС рассматривается следующий процесс: ЛОС, содержащиеся в отходящих газах, адсорбируются цеолитовым молекулярным ситом, после чего осуществляется десорбция с использованием нагретого азота, а затем — термическое окисление для их очистки.
Как и система, основанная на совмещённой адсорбции‑концентрации с активированным углём и каталитическом окислении (CO), установка на основе цеолитового концентрирующего ротора и каталитического окисления (CO) также работает по принципу сначала концентрирования ЛОС, а затем их термической обработки при высоких температурах. Цеолитовый ротор разделён на зону адсорбции, зону десорбции и зону охлаждения‑регенерации. При вращении ротора в зону десорбции адсорбированные на нём ЛОС удаляются потоком горячего воздуха высокой температуры и затем подвергаются каталитическому окислению для очистки перед выбросом. Поскольку отходящие газы по‑прежнему содержат значительное количество отработанного тепла, основное внимание в данном режиме работы уделяется его утилизации и повторному использованию с помощью воздухо‑воздушного теплообменника. После сжигания концентрированный поток ЛОС сохраняет относительно высокую температуру; его можно направить обратно в систему каталитического окисления через пластинчатый теплообменник для предварительного нагрева азота, используемого для десорбции, что позволяет снизить энергопотребление.

4. Кейс‑стади по практическому применению термической десорбции азота

В рамках проекта по снижению выбросов ЛОС на химическом заводе в процессе используется термическая десорбция азота для уменьшения содержания ЛОС в отходящих газах. Для обеспечения многоступенчатого охлаждения и нагрева потока азота последовательно установлены несколько воздухо‑воздушных теплообменников: горячее масло используется для нагрева азота до 300 °C, а десорбированный азот служит средой предварительного подогрева конденсированного азота. В дальнейшем десорбированный азот охлаждают водой, что обеспечивает его тщательный контакт с ЛОС и позволяет достичь эффективности десорбции свыше 95 %. Одновременно за счёт оптимизации конструкции теплообменников удалось существенно снизить такие проблемы, как загрязнение и коррозия, что гарантирует долгосрочную стабильную работу оборудования.

4. Заключение

Применение воздухо‑воздушных теплообменников для десорбции ЛОС весьма эффективно благодаря их превосходным теплопередающим и сепарационным характеристикам. Очищаемый от ЛОС отработанный газ сначала проходит через холодную сторону пластинчатого теплообменника, где охлаждается и конденсируется в жидкость. Затем конденсированные ЛОС под действием силы тяжести или с помощью насоса отводятся в нижнюю часть установки и выводятся через выпускной патрубок.

В то же время другая сторона воздухо‑воздушного теплообменника нагревается, как правило, за счёт внешнего источника тепла — например, горелки или парогенератора. Горячий воздух или пар на горячей стороне отдаёт тепло выхлопным газам, содержащим ЛОС, на холодной стороне, что приводит к десорбции ЛОС и их возвращению в атмосферу. Такая конструкция обеспечивает эффективную десорбцию и улавливание ЛОС при более низких температурах, одновременно подогревая поток отходящих газов, что гарантирует отсутствие негативного воздействия на окружающую среду при их выбросе в атмосферу.

В целом, теплообменники играют ключевую роль в термической десорбции ЛОС с использованием азота. Выполняя множество функций — передачу энергии, регулирование температуры и массообмен — они обеспечивают полную десорбцию ЛОС и эффективную их обработку. Примеры практического применения дополнительно подтверждают важность стабильной работы теплообменников для достижения снижения выбросов ЛОС. По мере дальнейшего развития технологий мы уверены, что теплообменники будут всё шире внедряться и применяться, в том числе в сфере термической десорбции ЛОС с использованием азота.