VOC廢氣處理技術(shù)

      目前，中國的工業(yè)發(fā)展進(jìn)入到了一個新階段，環(huán)境問題的日益突出影響到了人們的正常工作和生活，環(huán)境問題越來越受到人們的關(guān)注。所以在這種形勢下，必須控制工 業(yè)等生產(chǎn)領(lǐng)域有害氣體的排放，減少其對大氣環(huán)境的污染。鵬騰VOC廢氣處理技術(shù)，主要包括冷凝處理法、氧化處理法、液體吸附法、生物處理法和吸附法等。


    眾所周知，工業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量對大氣環(huán)境有危害的有機(jī)氣體。當(dāng)前，中國的大氣環(huán)境已受到嚴(yán)重污染，北方許多地區(qū)出現(xiàn)了嚴(yán)重霧霾天氣。在這種情況下，必須加大有機(jī)廢氣處理技術(shù)的研發(fā)力度，通過提高廢氣處理技術(shù)來降低其對大氣環(huán)境的危害。本文從VOC氣體的危害入手，分析了其相關(guān)處理技術(shù)。


    揮發(fā)性的有機(jī)化合物，簡稱為VOC(Volatile Organic Compounds))，在工業(yè)生產(chǎn)中，通常作為溶劑來使用，使用之后便散發(fā)到大氣中。現(xiàn)階段，其應(yīng)用比較廣泛的領(lǐng)域包括石油化工、印刷、人造革及電子元器件、烤漆和醫(yī)藥等。


    從化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)來看，在工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，一般用作溶劑的主要包括脂肪族化合物、鹵代烴和芳香族化合物等。這些有機(jī)溶劑如果揮發(fā)到大氣環(huán)境中，不僅會對大 氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染，而且人體呼入被污染的氣體后，對人體健康產(chǎn)生危害。比如苯，它常常被當(dāng)作一種溶劑來使用，作為溶劑揮發(fā)到大氣環(huán)境中，不僅可以被人體 的皮膚所吸收，而且還可通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體內(nèi)部，造成慢性或急性中毒，不過人體的大部分中毒均是由于呼入有毒氣體造成的。

    苯類化合物不僅會對人體的中樞神經(jīng)造成一定的損害，而且還可能造成神經(jīng)系統(tǒng)的障礙，進(jìn)入人體后還會危害血液和造血器官，如果情況比較嚴(yán)重，甚至?xí)谐鲅Y 狀或患上敗血癥。氧化作用下，苯在生物體內(nèi)可氧化成苯酚，從而造成肝功能異常，對骨骼的生長發(fā)育十分不利，誘發(fā)再生障礙性貧血。如果苯蒸汽濃度過高，生物 可能因急性中毒而死亡。因此，ACGIH把苯列為潛在致癌物質(zhì)。鹵代烴類化合物會引發(fā)神經(jīng)癥候群和血小板的減少、肝脾腫大等不良狀況，而且很有可能致癌。 所以，必須控制VOC的排放，這不僅是對環(huán)境負(fù)責(zé)，也是對我們的生命健康負(fù)責(zé)。
    鵬騰自主研發(fā)了VOC廢氣處理技術(shù)主要包括熱破壞法、變壓吸附分離與凈化技術(shù)、吸附法和氧化處理方法等。

1、熱破壞法

    熱破壞法是指直接和輔助燃燒有機(jī)氣體，也就是VOC，或利用合適的催化劑加快VOC的化學(xué)反應(yīng)，最終達(dá)到降低有機(jī)物濃度，使其不再具有危害性的一種處理方法。

    熱破壞法對于濃度較低的有機(jī)廢氣處理效果比較好，因此，在處理低濃度廢氣中得到了廣泛應(yīng)用。這種方法主要分為兩種，即直接火焰燃燒和催化燃燒。直接火焰燃 燒對有機(jī)廢氣的熱處理效率相對較高，一般情況下可達(dá)到 99%。而催化燃燒指的是在催化床層的作用下，加快有機(jī)廢氣的化學(xué)反應(yīng)速度。這種方法比直接燃燒用時更少，但是如果離開催化劑輔助，則無法發(fā)揮作用?，F(xiàn)階 段，可作為催化劑使用的大都是金屬、金屬鹽。這兩種催化劑的催化效果雖說比較好，技術(shù)也已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是其價格卻比較高，所以處理成本也就比較高。近年 來，催化劑研制多集中在非貴金屬催化劑方向，取得了比較大的進(jìn)展。

    此外，在催化有機(jī)廢氣過程中，還需要有催化劑的載體，其起著提高催化活性和穩(wěn)定性的重要作用。當(dāng)前，多以陶瓷作為催化劑載體，但在未來的催化劑研究當(dāng)中，應(yīng)加快研發(fā)高效活性催化劑及其載體。

2、吸附法

    有機(jī)廢氣中的吸附法主要適用于低濃度、高通量有機(jī)廢氣。現(xiàn)階段，這種有機(jī)廢氣的處理方法已經(jīng)相當(dāng)成熟，能量消耗比較小，但是處理效率卻非常高，而且可以徹底凈化有害有機(jī)廢氣。實踐證明，這種處理方法值得推廣應(yīng)用。


    但是這種方法也存在一定缺陷，它需要的設(shè)備體積比較龐大，而且工藝流程比較復(fù)雜;如果廢氣中有大量雜質(zhì)，則容易導(dǎo)致工作人員中毒。所以，使用此方法處理廢 氣的關(guān)鍵在于吸附劑。當(dāng)前，采用吸附法處理有機(jī)廢氣，多使用活性炭，主要是因為活性炭細(xì)孔結(jié)構(gòu)比較好，吸附性比較強(qiáng)。

    此外，經(jīng)過氧化鐵或臭氧處理，活性炭的吸附性能將會更好，有機(jī)廢氣的處理將會更加安全和有效。

3、生物處理法

    從處理的基本原理上講，采用生物處理方法處理有機(jī)廢氣，是使用微生物的生理過程把有機(jī)廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡單的無機(jī)物，比如CO2、H2O和其它簡單無機(jī)物等。這是一種無害的有機(jī)廢氣處理方式。

生物處理有機(jī)廢氣過程包括3個基本步驟：
    a) 有機(jī)廢氣中的有機(jī)污染物首先與水接觸，在水中可以迅速溶解;
    b) 在液膜中溶解的有機(jī)物，在液態(tài)濃度低的情況下，可以逐步擴(kuò)散到生物膜中，進(jìn)而被附著在生物膜上的微生物吸收;
    c) 被微生物吸收的有機(jī)廢氣，在其自身生理代謝過程中，將會被降解，最終轉(zhuǎn)化為對環(huán)境沒有損害的化合物質(zhì)。

4、變壓吸附分離與凈化技術(shù)
    變壓吸附分離與凈化技術(shù)是利用氣體組分可吸附在固體材料上的特性，在有機(jī)廢氣與分離凈化裝置中，氣體的壓力會出現(xiàn)一定的變化，通過這種壓力變化來處理有機(jī)廢氣。

     PSA 技術(shù)主要應(yīng)用的是物理法，通過物理法來實現(xiàn)有機(jī)廢氣的凈化，使用材料主要是沸石分子篩。沸石分子篩，在吸附選擇性和吸附量兩方面有一定優(yōu)勢。在一定溫度和 壓力下，這種沸石分子篩可以吸附有機(jī)廢氣中的有機(jī)成分，然后把剩余氣體輸送到下個環(huán)節(jié)中。在吸附有機(jī)廢氣后，通過一定工序?qū)⑵滢D(zhuǎn)化，保持并提高吸附劑的再 生能力，進(jìn)而可讓吸附劑再次投入使用，然后重復(fù)上步驟工序，循環(huán)反復(fù)，直到有機(jī)廢氣得到凈化。

    近年來，該技術(shù)開始在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，對于氣體分離有良好效果。該技術(shù)的主要優(yōu)勢有：能源消耗少、成本比較低、工序操作自動化及分離凈化后混合物純度比較 高、環(huán)境污染小等。使用該技術(shù)對于回收和處理有一定價值的氣體效果良好，市場發(fā)展前景廣闊，成為未來有機(jī)廢氣處理技術(shù)的發(fā)展方向。

5、氧化法

    對于有毒、有害，而且不需要回收的VOC，熱氧化法是最適合的處理技術(shù)和方法。氧化法的基本原理：VOC與O2發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO2和H2O，化學(xué)方程式如下：

    從化學(xué)反應(yīng)方程式上看，該氧化反應(yīng)和化學(xué)上的燃燒過程相類似，但其由于VOC濃度比較低，在化學(xué)反應(yīng)中不會產(chǎn)生肉眼可見的火焰。

氧化法通過兩種方法可確保氧化反應(yīng)的順利進(jìn)行：
    a) 加熱。使含有VOC的有機(jī)廢氣達(dá)到反應(yīng)溫度;
    b) 使用催化劑。如果溫度比較低，則氧化反應(yīng)可在催化劑表面進(jìn)行。

有機(jī)廢氣處理的氧化法分為以下兩種方法：

    a) 催化氧化法?，F(xiàn)階段，催化氧化法使用的催化劑有兩種，即貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑。貴金屬催化劑主要包括Pt、Pd等，它們以細(xì)顆粒形式依附在催化劑 載體上，而催化劑載體通常是金屬或陶瓷蜂窩，或散裝填料;非貴金屬催化劑主要是由過渡元素金屬氧化物，比如MnO2，與粘合劑經(jīng)過一定比例混合，然后制成 的催化劑。為有效防止催化劑中毒后喪失催化活性，在處理前必須徹底清除可使催化劑中毒的物質(zhì)，比如Pb、Zn和Hg等。如果有機(jī)廢氣中的催化劑毒物、遮蓋 質(zhì)無法清除，則不可使用這種催化氧化法處理VOC;

    b) 熱氧化法。熱氧化法當(dāng)前分為三種：熱力燃燒式、間壁式、蓄熱式。三種方法的主要區(qū)別在于熱量回收方式。這三種方法均能催化法結(jié)合，降低化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)溫度。


    熱力燃燒式熱氧化器，一般情況下是指氣體焚燒爐。這種氣體焚燒爐由助燃劑、混合區(qū)和燃燒室三部分組成。其中，助燃劑，比如天然氣、石油等，是輔助燃料，在 燃燒過程中，焚燒爐內(nèi)產(chǎn)生的熱混合區(qū)可對VOC廢氣預(yù)熱，預(yù)熱后便可為有機(jī)廢氣的處理提供足夠空間、時間，最終實現(xiàn)有機(jī)廢氣的無害化處理。

    在供氧充足條件下，氧化反應(yīng)的反應(yīng)程度——VOC去除率——主要取決于“三T條件”：反應(yīng)溫度(Temperat)、時間(Time)、湍流混合情況 (Turbulence)。這“三T條件”是相互聯(lián)系的，在一定范圍內(nèi)，一個條件的改善可使另外兩個條件降低。熱力燃燒式熱氧化器的缺點在于：輔助燃料價 格高，導(dǎo)致裝置操作費用比較高。

    間壁式熱氧化器指的是在熱氧化裝置中，加入間壁式熱交換器，進(jìn)而把燃燒室排出氣體的熱量傳送給氧化裝置進(jìn)口處溫度比較低的氣體，預(yù)熱完成后便可促成氧化反 應(yīng)?，F(xiàn)階段，間壁式熱交換器的熱回收率最高可達(dá)85%，因此大幅降低了輔助燃料的消耗。一般情況下，間壁式熱交換器有三種形式：管式、殼式和板式。由于熱 氧化溫度必須控制在800 ℃～1 000 ℃范圍內(nèi)，因此，間壁式熱交換必須由不銹鋼或合金材料制成。所以間壁式熱交換器的造價相當(dāng)高，而這也是其缺點所在。此外，材料的熱應(yīng)力也很難消除，這是間 壁式熱交換的另外一個缺點。

    蓄熱式熱氧化器，簡稱為RTO，在熱氧化裝置中計入蓄熱式熱交換器，在完成VOC預(yù)熱后便可進(jìn)行氧化反應(yīng)。現(xiàn)階段，蓄熱式熱氧化器的熱回收率已經(jīng)達(dá)到了 95%，且其占用空間比較小，輔助燃料的消耗也比較少。由于當(dāng)前的蓄熱材料可使用陶瓷填料，其可處理腐蝕性或含有顆粒物的VOC氣體。

    現(xiàn)階段，RTO裝置分為旋轉(zhuǎn)式和閥門切換式兩種，其中，閥門切換式是最常見的一種，由2個或多個陶瓷填充床組成，通過切換閥門來達(dá)到改變氣流方向的目的，詳見圖1。

6、液體吸收法

    液體吸收法指的是通過吸收劑與有機(jī)廢氣接觸，把有機(jī)廢氣中的有害分子轉(zhuǎn)移到吸收劑中，從而實現(xiàn)分離有機(jī)廢氣的目的。這種處理方法是一種典型的物理化學(xué)作用過程。有機(jī)廢氣轉(zhuǎn)移到吸收劑中后，采用解析方法把吸收劑中有害分子去除掉，然后回收，實現(xiàn)吸收劑的重復(fù)使用和利用。

從作用原理的角度劃分，此方法可分為化學(xué)方法和物理方法。物理方法是指利用物質(zhì)之間相溶的原理，把水看作吸收劑，把有機(jī)廢氣中的有害分子去除掉，但是對于不溶于水的廢氣，比如苯，則只能通過化學(xué)方法清除，也就是通過有機(jī)廢氣與溶劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，然后予以去除。

7、冷凝回收法

    在不同溫度下，有機(jī)物質(zhì)的飽和度不同，冷凝回收法便是利用有機(jī)物這一特點來發(fā)揮作用，通過降低或提高系統(tǒng)壓力，把處于蒸汽環(huán)境中的有機(jī)物質(zhì)通過冷凝方式提 取出來。冷凝提取后，有機(jī)廢氣便可得到比較高的凈化。其缺點是操作難度比較大，在常溫下也不容易用冷卻水來完成，需要給冷凝水降溫，所以需要較多費用。這 種處理方法主要適用于濃度高且溫度比較低的有機(jī)廢氣處理。

    有機(jī)廢氣處理除上述處理方法之外，還包括高溫及觸媒燃燒法、活性炭吸附法、臭氧分解法和電化學(xué)氧化法等。這些方法均適用于有機(jī)廢氣處理，但具體采用何種方法，則取決于廢氣濃度、設(shè)備裝置和環(huán)境溫度等條件。此外，還需要考慮操作人員的操作水平。

    
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