有機(jī)廢氣處理裝置處理方法 VOC有機(jī)廢氣的危害及各國(guó)對(duì)VOC操縱的法規(guī)繼SO 、NO 和氟里昂后，揮發(fā)性有機(jī)化合物(Volatile Organic Compounds，以下簡(jiǎn)稱(chēng)VOC)廢氣的污染成為世界各國(guó)關(guān)注的又一焦

詳細(xì)介紹

　　有機(jī)廢氣處理裝置

　　處理方法

　　VOC有機(jī)廢氣的危害及各國(guó)對(duì)VOC操縱的法規(guī)繼SO 、NO 和氟里昂后，揮發(fā)性有機(jī)化合物(Volatile Or—ganic Compounds，以下簡(jiǎn)稱(chēng)VOC)廢氣的污染成為世界各國(guó)關(guān)注的又一焦點(diǎn)。

　　VOC工業(yè)有機(jī)廢氣的處理方法和處理裝置

　　日前常用的處理方法有汲取法、冷凝法、吸附法、生物法、熱氧化法、等離子體法等，正在開(kāi)發(fā)的有電化學(xué)法、膜分離法、光催化法、電子床加熱法等。

　　欲挑選合適的一種處理方法(或幾種方法組合)，最后得到處理方法，需要綜合考慮以下原因：

　　以下簡(jiǎn)要推薦日前常用的VOC處理方法和處理裝置：

　　(1)汲取法。汲取法是利用某一VOC易溶于特殊的溶劑(或添加化學(xué)藥劑的溶液)的特性進(jìn)行處理的一種方法。、最經(jīng)常見(jiàn)到的溶劑是水。為了增大VOC與溶劑的汲取率和接觸面積，這個(gè)過(guò)程平常都在裝有填料的汲取塔中完成。

　　(2)冷凝法。對(duì)于高濃度VOC，能夠使其通過(guò)冷凝器，氣態(tài)的VOC減少到沸點(diǎn)以下，凝聚成液滴，再靠重力效果落到凝聚區(qū)下部的貯罐中，從貯罐中抽出液態(tài)VOC，就能夠回收再利用。這種方法對(duì)于高濃度、須回收VOC起到較好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　(3)吸附法。吸附法是利用某些起到從氣相混合物中有挑選地吸附某些組分能力的多孔性固體(吸附劑)來(lái)去除VOC的一種方法。日前用以處理VOC的吸附劑有活性炭和活性碳纖維，所用的裝置為閥門(mén)切換式兩床(或多床)吸附器。這種方法對(duì)于多種濃度、須回收的溶劑類(lèi)VOC起到明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

　　(4)生物法。生物法是利用微生物分解VOC的一種方法。所用的裝置為生物過(guò)濾器，該法要占用較大的空間。生物法通常用于處理低濃度VOC。

　　(5)等離子體法。其基本原理是：通過(guò)陡前沿、窄脈寬(RS級(jí))的高壓脈沖電暈放電，在常溫常壓下獲得非平衡等離子體，即產(chǎn)生大量的高能電子和O·、OH·等活性粒子，對(duì)VOCs分子進(jìn)行氧化、降解反應(yīng)，使VOCs最后轉(zhuǎn)化為無(wú)害物。

　　3氧化法處理VOC

　　對(duì)于有毒、有害、不須回收的VOC，熱氧化法是一種較*的處理方法。它的基本原理是VOC與O2發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO2和H20，化學(xué)方程式如下

　　aCHO +bQ——cCO2+dH2O

　　這種氧化反應(yīng)很像化學(xué)上的燃燒過(guò)程，只不過(guò)因?yàn)閂OC的濃度太低，所以反應(yīng)中不會(huì)產(chǎn)生可見(jiàn)的火焰。

　　氧化法通常通過(guò)以下兩種方法使氧化反應(yīng)能夠順利進(jìn)行：一是加熱，使含VOC的廢氣達(dá)到氧化反應(yīng)所需的溫度；二是使用催化劑，氧化反應(yīng)在較低的溫度下在催化劑表面進(jìn)行。

　　所以氧化法可分為以下兩種：

　　(1)催化氧化法。日前所用的催化劑主要分為貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑，貴金屬催化劑主要是鉑和鈀，以極細(xì)顆粒的形式分布在催化劑載體上，載體通常為金屬或陶瓷的蜂窩和散裝填料。典型的非貴金屬催化劑是過(guò)渡元素金屬氧化物(如二氧化錳)與粘合劑混合后制成多種形狀的催化劑。為了預(yù)防催化劑中毒后失掉催化活性，需要在處理前清除能使催化劑中毒的物質(zhì)(如Pb、Zn、As、P、Hg等)。假如舍VOC廢氣中的催化劑毒物和遮蓋催化劑的物質(zhì)得不到清除，則不可以使用催化氧化法。

　　(2)熱氧化法。熱氧化法可分為三種：熱力燃燒式、間壁式和蓄熱式。它們的主要分別在于熱量回收方法的不同。三種方法都能夠和催化法結(jié)合起來(lái)以減少反應(yīng)溫度。

　　a．熱力燃燒式熱氧化器。熱力燃燒式熱氧化器通常指的是氣體焚燒爐。它由助燃劑、混合區(qū)和燃燒室組成。助燃劑(天然氣、石油等)作為輔助燃料，燃燒產(chǎn)生的熱在混合區(qū)對(duì)VOC廢氣進(jìn)行預(yù)熱，燃燒室為預(yù)熱后的廢氣提供足夠大的空間和足夠長(zhǎng)的時(shí)間以完成最后的氧化反應(yīng)。

　　在供氧充足的前提條件下，氧化反應(yīng)的程度(影響最后的VOC去處率)取決于“三T條件”：反應(yīng)溫度(Temperature)、駐留時(shí)間(Time)、湍流混合情況(Turbulence)。這“三T條件”是互相聯(lián)系的，在一定范圍內(nèi)改善一個(gè)條件可使還有兩個(gè)條件減少。熱力燃燒式熱氧化器的一個(gè)缺點(diǎn)是輔助燃料價(jià)格太高，致使裝置的操作費(fèi)用很高。

　　b．間壁式熱氧化器。間壁式熱氧化是指在熱氧化裝置中加入間壁式熱交換器，熱交換器把從燃燒室排出的炎熱的天氣氣體所帶的熱量傳遞給氧化裝置進(jìn)口處的低溫氣體，預(yù)熱后發(fā)生氧化反應(yīng)。因?yàn)槿涨暗拈g壁式熱交換器可獲得85％的熱回收率，所以極大地減少了輔助燃料的耗費(fèi)。間壁式熱交換器平常設(shè)計(jì)成管式、殼式或板式。因?yàn)槠匠５臒嵫趸瘻囟纫３衷?00oC-1000oC，所以間壁式熱交換器需要由耐熱、耐腐蝕的不銹鋼或合金用料制成。這就使得間壁式熱交換器的造價(jià)很高，這是問(wèn)壁式熱氧化器的一個(gè)缺點(diǎn)。同時(shí)用料的熱應(yīng)力也不易清除，這是間壁式熱氧化器的另一個(gè)缺點(diǎn)。

　　c．蓄熱式熱氧化器。蓄熱式熱氧化器(RegenerativeThermal Oxidizer，以下簡(jiǎn)稱(chēng)RTO焚燒爐)，是在熱氧化裝置中加入蓄熱式熱交換器，預(yù)熱VOC廢氣，再進(jìn)行氧化反應(yīng)。跟隨蓄熱用料的發(fā)展，日前蓄熱式熱交換器的熱回收率已能達(dá)到95％以上，并且占用空間越來(lái)越小。這樣輔助燃料的耗費(fèi)很少(甚至不必輔助燃料，且當(dāng)VOC的濃度達(dá)到一定值以上時(shí)，還可從RTO焚燒爐輸出熱量)。同時(shí)，因?yàn)槿涨暗男顭嵊昧隙歼x用陶瓷填料，所以可處理腐蝕性或附有顆粒物的VOC廢氣。

　　4膜分離技術(shù)

　　有機(jī)氣體膜分離是一種高效的新型分離技術(shù)，其流程簡(jiǎn)單、回收率高、能耗低、無(wú)二次污染，是一種非常有前景的技術(shù)。

　　膜分離技術(shù)的基礎(chǔ)就是使用對(duì)有機(jī)物起到滲透挑選性的聚合物復(fù)合膜。該膜對(duì)有機(jī)蒸氣較空氣更

　　易于滲透10～100倍。當(dāng)廢氣與膜用料表面接觸時(shí)，有機(jī)物能夠透過(guò)膜，從廢氣中分離出來(lái)。為保證過(guò)程的進(jìn)行，在膜的進(jìn)料捌使用壓縮機(jī)或滲透?jìng)?cè)使用真空泵，使膜的兩側(cè)構(gòu)成壓力差，達(dá)到膜滲透所需的推動(dòng)力。

　　分離膜是由涂層和支撐層組成的復(fù)合膜，涂層提供分離性能，而多孔支撐層提供機(jī)械強(qiáng)度。

　　涂層用料通常為起到高度挑選性的聚二甲基硅烷，該層決定膜的分離性能，而支撐層也對(duì)膜的性能有重要影響。常用的支撐層用料為聚砜、聚醚砜、聚酰亞胺、聚偏氟乙烯。日前提供VOcs分離膜的廠(chǎng)家—— MTR 和Nitto提供卷式膜，GKSS提供板式膜。卷式膜更緊湊和更經(jīng)濟(jì)，可大大地減少設(shè)備費(fèi)用；而板式膜能夠提供很好的流動(dòng)分布和減少滲透?jìng)?cè)壓力降，MTR的研究開(kāi)發(fā)取得了突破，能夠生產(chǎn)大的膜管，直徑203．2 him(8英寸)，單根膜管面積達(dá)2Orfl ，使系統(tǒng)處理能力大大地提高，有足夠的能力在大型工業(yè)裝置上使用。

　　4．1 膜分離系統(tǒng)

　　的膜分離過(guò)程為單級(jí)膜分離系統(tǒng)，直接壓縮廢氣并使其通過(guò)膜表面，來(lái)實(shí)現(xiàn)VOCs的分離；但由于分離程度很低，故單級(jí)很難達(dá)到分離要求。

　　開(kāi)發(fā)了一種新型的集成膜分離系統(tǒng)。該技術(shù)結(jié)合壓縮冷凝和膜單元兩種技術(shù)的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)分離。

　　首先，用壓縮機(jī)先將有機(jī)廢氣提高到一定壓力。壓縮的有機(jī)廢氣進(jìn)人冷凝器被冷卻，部分VOCs冷

　　凝下來(lái)，直接進(jìn)到儲(chǔ)罐，以進(jìn)行循環(huán)和再用。離開(kāi)冷凝器的非凝氣體仍起到一定的壓力，用做膜滲透的驅(qū)使力，使膜分離不再需要附加的動(dòng)力；該非凝壓縮氣中，仍附有相當(dāng)數(shù)量的有機(jī)物。當(dāng)壓縮氣通過(guò)有機(jī)挑選性膜的表面時(shí)，膜將氣體分成兩股物流：脫除了VOCs的未滲透?jìng)?cè)的大部分凈化氣直接排放；滲透物流為富集有機(jī)物的蒸汽，該滲透物流循環(huán)到壓縮機(jī)的進(jìn)口。因?yàn)閂OCs的循環(huán)，回路中VOCs的濃度快速上升，直到進(jìn)人冷凝器的壓縮氣達(dá)到VOCs凝聚濃度，這樣系統(tǒng)就達(dá)到穩(wěn)態(tài)。系統(tǒng)平常能夠從進(jìn)料氣中移出vOcs達(dá)到99% 以上，使排放氣中的VOCs達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　該循環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)是未滲透物流的濃度獨(dú)立于進(jìn)料氣的濃度，該濃度由冷凝器的壓力和溫度決

　　定。

　　4．2 膜分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)和操作參數(shù)

　　膜分離系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要考慮膜用料和操作條件兩方面原因，主要設(shè)計(jì)參數(shù)有膜的挑選性、壓力比、凈化率。主要操作參數(shù)有：①有機(jī)廢氣進(jìn)料濃度；②進(jìn)料側(cè)和滲透?jìng)?cè)的壓力；③溫度和爆炸極限；④操作方法(間歇或持續(xù))；⑤凈化率。

　　4．2．1 膜的挑選性

　　膜的挑選性為待分離兩組分的滲透性之比，它為兩組分的擴(kuò)散系數(shù)之比(稱(chēng)為移動(dòng)挑選性)與吸著

　　系數(shù)之比(稱(chēng)為吸著挑選性)的乘積。移動(dòng)挑選性反映分子在膜用料中的不同平均速度，分子尺寸增大，則速度減少了吸著挑選性反映溶解在膜中的分子數(shù)。它正比于兩種氣體的相對(duì)凝聚性。

　　吸著系數(shù)隨滲透物凝聚性增加而增加，即跟隨分子直徑的增大而增加，這樣易凝聚的大分子，其吸著系數(shù)大，碳?xì)浠衔镙^非凝性氣體的吸著系數(shù)更大。

　　橡膠態(tài)聚合物吸著挑選性占主導(dǎo)，滲透性隨滲透物尺寸增大而增加。硅橡膠對(duì)芳烴、酮和鹵化碳?xì)浠衔锏臐B透挑選性均較高，通常為30—60。

　　4．2．2 壓力比

　　由于壓力是膜分離的動(dòng)力，故另一個(gè)非常重要的參數(shù)是壓力比(定義為總的進(jìn)料壓力／總的滲透?jìng)?cè)

　　壓力)。壓力比與挑選性一起確定通過(guò)膜所得到的富集溶劑的情況。

　　對(duì)實(shí)際情況，可達(dá)到的壓力比有一定的限制，壓縮進(jìn)料到非常高的壓力，或在滲透?jìng)?cè)有一個(gè)非常高的真空，需要大量的能量和昂貴的泵。故平常的壓力比為10—30。

　　通過(guò)調(diào)整膜面積、冷凝器的溫度及通過(guò)膜的壓力比，MTR的循環(huán)膜分離設(shè)計(jì)能夠很容易操縱最后排放氣中有機(jī)物濃度。

　　排放氣中有機(jī)物濃度隨膜面積增大而快速降低。或跟隨膜面積降低而快速增大；當(dāng)面積降低到一

　　定程度．則不產(chǎn)生分離，排放氣濃度等于進(jìn)料氣的濃度。

　　冷凝器的溫度減少，濃縮所需要的露點(diǎn)溫度也減少，更多的VOCs在冷凝器中拎凝，能夠明顯地減少進(jìn)入膜單元的有機(jī)物濃度。然而其實(shí)，因?yàn)闅怏w中的水蒸氣會(huì)產(chǎn)生結(jié)冰問(wèn)題，低于O C的拎凝溫

　　度很少使用。

　　壓力比對(duì)排放氣濃度的影響也與膜面積相似，增大壓力比．排放氣濃度明顯減少，但壓力比不可以小于某個(gè)值，否則不會(huì)產(chǎn)生分離。

　　4.3膜分離技術(shù)的使甩范圍

　　現(xiàn)在世界上已有近60套膜分離VO 的裝置。在美國(guó)大部分裝置用來(lái)回收VOCs、HCFCs、氯乙烯等高價(jià)值產(chǎn)品；在歐洲和日本主要從石油運(yùn)輸操作中回收碳?xì)浠衔铩?/p>

　　膜技術(shù)差不多能夠用來(lái)回收多種高沸點(diǎn)的揮發(fā)有機(jī)物，如三苯、丁烷以上的烷烴、氯化有機(jī)物、氟氯碳?xì)浠_(tái)物、酮、酯等它可用于多種行業(yè)．如PVC加工中回收VCM，聚烯烴裝置中回收乙烯、丙烯單體制冷設(shè)備、氣霧刺及泡辣生產(chǎn)中產(chǎn)生的CFCs和HCFCs的回收，印刷中產(chǎn)生的甲苯等的回收。

　　工業(yè)有機(jī)廢氣的管理在環(huán)保管理工程領(lǐng)域發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，日前多種管理技術(shù)、工藝仍然不夠成熟，或多或少地存在一些缺陷，如運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定、能耗高、治理維護(hù)工作量大等。跟隨環(huán)保技術(shù)的接連不斷發(fā)展，工業(yè)有機(jī)廢氣管理的新技術(shù)新成果將接連不斷出現(xiàn)，近些年以來(lái)出現(xiàn)了電暈法、臭氧分解法、等離子體法等。今后，工業(yè)有機(jī)廢氣管理技術(shù)將朝著設(shè)備創(chuàng)造成本低、能耗低、治理維護(hù)簡(jiǎn)單等方向發(fā)展。

　　廢氣治理設(shè)備

　　一、催化燃燒設(shè)備在VOCs廢氣管理中的重要地位

　　VOCs 廢氣管理有較多措施，其管理方法包括源頭減量、中間操縱和末端處理等。日前，中國(guó)以末端管理為主。末端管理技術(shù)通常分為破壞性處理和回收性處理。破壞性處理主要包括催化燃燒設(shè)備和蓄熱燃燒設(shè)備?；厥招蕴幚戆橙》?、冷凝法、吸附法和膜分離法等?；厥招蕴幚硪蚱浼夹g(shù)手段還不成熟，成本較高，日前沒(méi)有大規(guī)模應(yīng)用。

　　催化燃燒設(shè)備是在廢氣燃燒的時(shí)候借助催化劑，減少反應(yīng)所需的活化能，VOCs 富集在催化劑表面，在較低起燃溫度下發(fā)生無(wú)焰燃燒，最后分解成二氧化碳和水，實(shí)現(xiàn)VOCs廢氣管理的目的，去除率高達(dá)97%以上。當(dāng)前常用催化劑種類(lèi)有 Cu、Fe、Ti 等非貴金屬與 Pd、Au、Pt等貴金屬兩大類(lèi)。

　　催化燃燒設(shè)備在 VOCs 管理中占領(lǐng)核心地位，因其廢氣管理效率高、安全性高、能耗低、運(yùn)動(dòng)可靠穩(wěn)定、無(wú)二次污染等明顯優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。

　　二、催化燃燒設(shè)備的經(jīng)常見(jiàn)到安全問(wèn)題及防范措施

　　催化燃燒設(shè)備管理 VOCs 的過(guò)程中，存在如下幾種安全隱患：活性炭起火的現(xiàn)象、催化氧化爐爆炸問(wèn)題、整個(gè)催化燃燒設(shè)備火爆炸問(wèn)題。

　　1、活性炭起火現(xiàn)象及防范措施在前期的 VOCs 富集過(guò)程中，因?yàn)榛钚蕴恐瘘c(diǎn)較低而脫附溫度過(guò)高，當(dāng)對(duì)吸附飽和的活性炭進(jìn)行脫附處理時(shí)，會(huì)因?yàn)槊摳较潴w內(nèi)溫度過(guò)高造成活性炭著火。

　　解決該問(wèn)題能夠從兩個(gè)方面著手：一是采納著火點(diǎn)高的活性炭;二是嚴(yán)格操縱脫附溫度，使其遠(yuǎn)低于活性炭著火點(diǎn)。

　　所以可采取如下措施：嚴(yán)格操縱脫附溫度，挑選質(zhì)量好的脫附溫度傳感器，盡量在活性炭吸附箱合適位置安裝兩個(gè)溫度傳感器;在 PLC 編程中加入脫附溫度超溫時(shí)停止脫附程序;同時(shí)要防患于未然，在活性炭吸附箱上方增加消防水管并連結(jié)煙氣報(bào)警及自動(dòng)噴淋裝置，以防意外失火。

　　2、催化氧化爐爆炸問(wèn)題及防范措施在處理高濃度 VOCs 時(shí)，因?yàn)闋t內(nèi)附有大量氧氣，當(dāng)廢氣濃度達(dá)到廢氣組份中大部分有機(jī)廢氣的爆炸極*，就會(huì)有爆炸的驚險(xiǎn)。

　　所以，要時(shí)刻監(jiān)測(cè)爐內(nèi) VOCs濃度，在進(jìn)入催化氧化爐的廢氣管道上安裝濃度稀釋裝置，將高濃度廢氣稀釋到爆炸極限下;同時(shí)在催化氧化爐上增加壓力排氣閥，在壓力過(guò)高時(shí)自動(dòng)打開(kāi)閥門(mén)進(jìn)行減壓排氣，以防爐內(nèi)溫度壓力過(guò)高導(dǎo)致爆炸。

　　3、整個(gè)催化燃燒設(shè)備起火爆炸多發(fā)生在僅僅有一套吸附裝置的系統(tǒng)中，因管道壁及設(shè)備內(nèi)聚集大量高濃度有機(jī)廢氣顆粒物，管道風(fēng)閥閉會(huì)間隙過(guò)大，在脫附催化燃燒過(guò)程中沒(méi)有停止生產(chǎn)，車(chē)間進(jìn)氣閥不可以關(guān)閉，整個(gè)管路是全通的，此時(shí)脫附催化燃燒非常可能在炎熱的天氣效果下導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)起火爆炸。

　　針對(duì)以上情況應(yīng)當(dāng)采取如下措施：安裝高質(zhì)量風(fēng)閥，常常檢查漏氣情況，單套吸附的裝置系統(tǒng)中在脫附催化燃燒過(guò)程中應(yīng)停產(chǎn)處理等。

　　三、催化燃燒設(shè)備的整體安全措施

　　使用催化燃燒設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格按工程技術(shù)規(guī)范進(jìn)行消防措施處理，工程裝置應(yīng)盡量地放置在室外，而且按安全生產(chǎn)規(guī)范要求留足安全距離及設(shè)置安全防護(hù)欄和相關(guān)顏色，氣流走向，閥門(mén)開(kāi)關(guān)方向，電源標(biāo)識(shí)，操作規(guī)范等安全警示措施。

關(guān)鍵詞：冷凝器吸附劑活性炭催化劑貴金屬