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有機(jī)廢氣治理技術(shù)匯總（回收法+消除法）

作者： 2015年11月10日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽量：
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按照處理的方法，有機(jī)廢氣處理的方法主要有兩類： 　　一類是回收法，另一類是消除法。 　　回收法主要有炭吸附、變壓吸附、冷凝法及膜分離技術(shù);回收法是通過物理方法，用溫度、壓力、選擇性吸附劑和選擇性滲透膜
　　按照處理的方法，有機(jī)廢氣處理的方法主要有兩類：
 
　　一類是回收法，另一類是消除法。
 
　　回收法主要有炭吸附、變壓吸附、冷凝法及膜分離技術(shù);回收法是通過物理方法，用溫度、壓力、選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來分離VOC的。
 
　　消除法有熱氧化、催化燃燒、生物氧化及集成技術(shù);消除法主要是通過化學(xué)或生化反應(yīng)，用熱、催化劑和微生物將有機(jī)物轉(zhuǎn)變成為CO2和水。
 
　　回收技術(shù)
 
　　(1)炭吸附法
 
　　炭吸附是目前最廣泛使用的回收技術(shù)，其原理是利用吸附劑(粒狀活性炭和活性炭纖維)的多孔結(jié)構(gòu)，將廢氣中的VOC捕獲。將含VOC的有機(jī)廢氣通過活性炭床，其中的VOC被吸附劑吸附，廢氣得到凈化，而排入大氣。
 
　　當(dāng)炭吸附達(dá)到飽和后，對(duì)飽和的炭床進(jìn)行脫附再生;通入水蒸汽加熱炭層，VOC被吹脫放出，并與水蒸汽形成蒸汽混合物，一起離開炭吸附床，用冷凝器冷卻蒸汽混合物，使蒸汽冷凝為液體。若VOC為水溶性的，則用精餾將液體混合物提純;若為水不溶性，則用沉析器直接回收VOC。因涂料中所用的“三苯”與水互不相溶，故可以直接回收。
 
　　炭吸附技術(shù)主要用于廢氣中組分比較簡(jiǎn)單、有機(jī)物回收利用價(jià)值較高的情況，其廢氣處理設(shè)備的尺寸和費(fèi)用正比于氣體中VOC的數(shù)量，卻相對(duì)獨(dú)立于廢氣流量;因此，炭吸附床更傾向于稀的大氣量物流，一般用于VOC濃度小于5000PPM的情況。適于噴漆、印刷和粘合劑等溫度不高，濕度不大，排氣量較大的場(chǎng)合，尤其對(duì)含鹵化物的凈化回收更為有效。
 
　　(2)冷凝法
 
　　冷凝法是最簡(jiǎn)單的回收技術(shù)，將廢氣冷卻使其溫度低于有機(jī)物的露點(diǎn)溫度，使有機(jī)物冷凝變成液滴，從廢氣中分離出來，直接回收。但這種情況下，離開冷凝器的排放氣中仍含有相當(dāng)高濃度的VOC，不能滿足環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)。要獲得高的回收率，系統(tǒng)需要很高的壓力和很低的溫度，設(shè)備費(fèi)用顯著地增加。
 
　　冷凝法主要用于高沸點(diǎn)和高濃度的VOC回收，適用的濃度范圍為>5%(體積)。
 
　　(3)膜分離技術(shù)
 
　　膜分離系統(tǒng)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、無二次污染。
 
　　膜分離技術(shù)的基礎(chǔ)就是使用對(duì)有機(jī)物具有選擇滲透性的聚合物膜，該膜對(duì)有機(jī)蒸氣較空氣更易于滲透10-100倍，從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的分離。
 
　　最簡(jiǎn)單的膜分離為單級(jí)膜分離系統(tǒng)，直接使壓縮氣體通過膜表面，實(shí)現(xiàn)VOC的分離，但單級(jí)膜因分離程度很低，難以達(dá)到分離要求，而多級(jí)膜分離系統(tǒng)則會(huì)大大增加設(shè)備投資。
 
　　MTR開發(fā)了一種新型的集成膜系統(tǒng)，僅使用單級(jí)膜，就可以大大提高回收率，并降低系統(tǒng)的費(fèi)用。
 
　　該技術(shù)結(jié)合壓縮冷凝和膜分離兩種技術(shù)的特點(diǎn)，來集成實(shí)現(xiàn)分離。用壓縮機(jī)先將進(jìn)料氣提高到一定壓力，然后將進(jìn)料氣送到冷卻器冷凝，使部分VOC冷凝下來，冷凝液直接放入儲(chǔ)罐。離開冷凝器的非凝氣體仍含相當(dāng)數(shù)量的有機(jī)物，并具有很高的壓力，可以作為膜滲透的驅(qū)動(dòng)力，使膜分離不再需要附加的動(dòng)力。將非凝氣送到膜系統(tǒng)，有機(jī)選擇滲透膜將氣體分成兩股物流，脫除了VOC的未滲透?jìng)?cè)的凈化氣被排放;滲透物流為富集了有機(jī)物的蒸汽，該滲透物流循環(huán)到壓縮機(jī)的進(jìn)口。系統(tǒng)通常可以從進(jìn)料氣中移出VOC達(dá)99%以上，并使排放氣中的VOC達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。
 
　　該系統(tǒng)的特點(diǎn)是末滲透物流的濃度獨(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)變壓吸附技術(shù)
 
　　該技術(shù)利用吸附劑在一定壓力下，先吸附有機(jī)物。當(dāng)吸附劑吸附飽和后，進(jìn)行吸附劑的再生。再生不是利用蒸汽，而是通過壓力變換來將有機(jī)物脫附。當(dāng)壓力降低時(shí)，有機(jī)物從吸附劑表面脫附放出。其特點(diǎn)是無污染物，回收效率高，可以回收反應(yīng)性有機(jī)物。但是該技術(shù)操作費(fèi)用較高，吸附需要加壓，脫附需要減壓，環(huán)保中應(yīng)用較少。
 
　　回收技術(shù)的適用范圍
 
　　粒狀活性炭主要用于脂肪和芳香族碳?xì)浠衔?、大部分含氯溶劑、常用醇類、部分酮類和酯類等的回收。常見的有：苯、甲苯、二甲苯、己烷、庚烷、甲基乙基酮、丙酮、四氯化碳、醋酸乙酯等，活性炭纖維吸附則可回收苯乙烯和丙烯晴等反應(yīng)性單體，但費(fèi)用較粒狀活性炭吸附要高的多。吸附法已廣泛用在噴漆行業(yè)的“三苯”、醋酸乙酯、制鞋行業(yè)的“三苯”，印刷行業(yè)的甲苯、醋酸乙酯、電子行業(yè)的二氯甲烷和三氯乙烷的回收。炭吸附法要求廢氣中的VOC不能超過5000PPM，并且濕度不能>50%;當(dāng)濃度>5000PPM時(shí)，則需在吸附前稀釋，對(duì)部分酮、醛、酯等含活性的物質(zhì)不適用，該類VOC會(huì)與活性炭或在活性炭表面發(fā)生反應(yīng)，堵塞炭孔，使活性炭失活。
 
　　冷凝法對(duì)高沸點(diǎn)的有機(jī)物效果較好，對(duì)中等和高揮發(fā)的有機(jī)物回收效果不好，該法適合VOC濃度>5%的情況，回收率不高。而大部分廢氣中均存在水分，溫度低于0℃時(shí)會(huì)結(jié)冰，降低系統(tǒng)的可靠性，故很少單獨(dú)使用。
 
　　膜分離方法適合于處理較濃的物流，即0.1%
 
　　工業(yè)上已經(jīng)從聚烯烴裝置的沖洗氣中回收烯烴單體和氦氣。在環(huán)保領(lǐng)域，從加油站回收碳?xì)浠衔?從制冷設(shè)備、氣霧劑及泡沫塑料的生產(chǎn)和使用過程中回收CFC，從PVC加工中回收氯乙烯單體。此技術(shù)非常有前途，隨著新高效膜的出現(xiàn)和系統(tǒng)造價(jià)的降低，它會(huì)成為一種重要的回收手段。
 
　　消除技術(shù)
 
　　(1)熱氧化
 
　　熱氧化系統(tǒng)就是火焰氧化器，通過燃燒來消除有機(jī)物的，其操作溫度高達(dá)700℃-1,000℃。這樣不可避免地具有高的燃料費(fèi)用，為降低燃料費(fèi)用，需要回收離開氧化器的排放氣中的熱量?；厥諢崃坑袃煞N方式，傳統(tǒng)的間壁式換熱和新的非穩(wěn)態(tài)蓄熱換熱技術(shù)。
 
　　間壁式熱氧化是用列管或板式間壁換熱器來捕獲凈化排放氣的熱量，它可以回收40%-70%的熱能，并用回收的熱量來預(yù)熱進(jìn)入氧化系統(tǒng)的有機(jī)廢氣。預(yù)熱后的廢氣再通過火焰來達(dá)到氧化溫度，進(jìn)行凈化，間壁換熱的缺點(diǎn)是熱回收效率不高。
 
　　蓄熱式熱氧化(簡(jiǎn)稱RTO)回收熱量采用一種新的非穩(wěn)態(tài)熱傳遞方式。主要原理是：有機(jī)廢氣和凈化后的排放氣交替循環(huán)，通過多次不斷地改變流向，來最大限度地捕獲熱量，蓄熱系統(tǒng)提供了極高的熱能回收。
 
　　在某個(gè)循環(huán)周期內(nèi)，含VOC的有機(jī)廢氣進(jìn)入RTO系統(tǒng)，首先進(jìn)入耐火蓄熱床層1(該床層已被前一個(gè)循環(huán)的凈化氣加熱)，廢氣從床層1吸收熱能使溫度升高，然后進(jìn)入氧化室;VOC在氧化室內(nèi)被氧化成CO2和H2O，廢氣得到凈化;氧化后的高溫凈化氣離開燃燒室，進(jìn)入另一個(gè)冷的蓄熱床層2，該床從凈化排放氣中吸收熱量，并儲(chǔ)存起來(用來預(yù)熱下一個(gè)循環(huán)的進(jìn)入系統(tǒng)的有機(jī)廢氣)，并使凈化排放氣的溫度降低。此過程進(jìn)行到一定時(shí)間，氣體流動(dòng)方向被逆轉(zhuǎn)、有機(jī)廢氣從床層2進(jìn)入系統(tǒng)。此循環(huán)不斷地吸收和放出熱量，作為熱阱的蓄熱床也不斷地以進(jìn)口和出口的操作方式改變，產(chǎn)生了高效熱能回收，熱回收率可高達(dá)95%，VOC的消除率可達(dá)99%。
 
　　(2)催化燃燒
 
　　催化燃燒是一種類似熱氧化的方式來處理VOC的，它凈化有機(jī)物是用鉑、鈀等貴金屬催化劑及過渡金屬氧化物催化劑來代替火焰，操作溫度較熱氧化低一半，通常為250℃-500℃。由于溫度降低，允許使用標(biāo)準(zhǔn)材料來代替昂貴的特殊材料，大大地降低設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用。與熱氧化相似，系統(tǒng)仍可分為間壁式和蓄熱式兩類熱量回收方式。
 
　　間壁式催化燃燒是在催化床后設(shè)一個(gè)換熱器，該換熱器在降低排放氣溫度的同時(shí)，也預(yù)熱含VOC的有機(jī)廢氣，其熱回收達(dá)60%—75%。該類氧化器早已用于工業(yè)過程。
 
　　蓄熱催化燃燒(簡(jiǎn)稱為RCO)是一種新的催化技術(shù)。它具有RTO高效回收能量的特點(diǎn)和催化反應(yīng)的低溫操作及能量有效性的優(yōu)點(diǎn)，將催化劑置于蓄熱材料的頂部，來使凈化達(dá)到最優(yōu)，其熱回收率高達(dá)95%-98%。
 
　　RCO系統(tǒng)性能的關(guān)鍵是使用專用的催化劑，浸漬在鞍狀或是蜂窩狀陶瓷上的貴金屬或過渡金屬催化劑，允許氧化發(fā)生在RTO系統(tǒng)溫度的一半，既降低了燃料消耗，又降低了設(shè)備造價(jià)。
 
　　現(xiàn)在，有的國(guó)家已經(jīng)開始使用RCO技術(shù)進(jìn)行有機(jī)廢氣的消除處理，很多RTO設(shè)備已開始轉(zhuǎn)變成RCO，這樣可以削減操作費(fèi)用達(dá)33%-75%，并增加排放氣流量達(dá)20%-40%。
 
　　(3)集成技術(shù)(炭吸附+催化氧化)
 
　　對(duì)于大流量、低濃度的有機(jī)廢氣，單一使用上述方法處理費(fèi)用太高，不經(jīng)濟(jì)。利用炭吸附具有處理低濃度和大氣量的優(yōu)勢(shì)，先用活性炭捕獲廢氣中的有機(jī)物，然后用小得多流量的熱空氣來脫附，這樣可使VOC富集10—15倍，大大地減少了處理廢氣的體積，使后處理設(shè)備的規(guī)模也大幅度地降低。把濃縮后的氣體送到催化燃燒裝置中，利用催化燃燒適于處理較高濃度的特點(diǎn)來消除VOC。催化燃燒放出的熱量可以通過間壁換熱器，來預(yù)熱進(jìn)入炭吸附床的脫附氣，降低系統(tǒng)的能量需要量。
 
　　該技術(shù)利用炭吸附處理低濃度和大氣量的持點(diǎn)，又利用催化床處理適中流量、高濃度的優(yōu)勢(shì)，形成一種非常有效的集成技術(shù)。國(guó)內(nèi)也已開始利用此技術(shù)，用于噴漆、印刷和制鞋等排放大流量、低濃度有機(jī)廢氣行業(yè)的治理。
 
　　消除技術(shù)的使用范圍：
 
　　(1)熱氧化
 
　　熱氧化系統(tǒng)在700℃-1000℃下操作，適于流量為2000-50,000m3/h，VOC濃度為100-2000PPM的情況。
 
　　間壁式較蓄熱式的優(yōu)點(diǎn)是，用簡(jiǎn)單的金屬換熱器來捕獲熱量，僅在幾分鐘即達(dá)到所需的操作條件，最適于循環(huán)操作。
 
　　蓄熱熱氧化具有非常高的氧化溫度，可以處理難以熱分解的有機(jī)物，該系統(tǒng)98%-99%的VOC消除率是很常見的。熱回收效率為85%-95%。僅需少量或不需燃料即可運(yùn)行，特別是對(duì)具有相對(duì)低VOC含量的氣體，它們比間壁熱氧化費(fèi)用更低。
 
　　熱氧化的缺點(diǎn)是：
 
　?、僭诟邷厝紵挟a(chǎn)生了NOx，它也為危險(xiǎn)排放物，需要進(jìn)一步治理;②較慢的熱反應(yīng);
 
　?、鄄荒軡M意地處理鹵化物，必需加后處理裝置洗滌塔，來處理酸性氣體;④進(jìn)氣濃度不能>25%LEL;
 
　　⑤高的設(shè)備投資費(fèi)用。
 
　　(2)催化氧化
 
　　催化氧化是在比熱氧化低的溫度下進(jìn)行，通常為250℃-500℃，其處理能力為2000-20,000 m3/h，適于VOC濃度為100-2000 PPM，其消除效率高達(dá)95%以上。低的操作溫度結(jié)合間壁換熱器，可以降低啟動(dòng)所需的燃料。
 
　　催化燃燒較熱氧化有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
 
　?、俜磻?yīng)溫度較熱氧化低一半，節(jié)省了燃料;
 
　?、谕Ａ魰r(shí)間短，降低了設(shè)備尺寸;③由于燃料減少，生成的CO也少，CO和VOC一起被轉(zhuǎn)換;③較熱氧化系統(tǒng)需更少的啟動(dòng)和冷卻時(shí)間;
 
　?、艿偷牟僮鳒囟龋懦薔Ox的生成;
 
　?、菀驕囟冉档?，允許使用標(biāo)準(zhǔn)材料來代替昂貴的特殊材料，RCO系統(tǒng)的整個(gè)機(jī)械壽命將增加。
 
　　催化氧化也有不足：
 
　?、俅呋瘎┮妆恢亟饘倩蝾w粒覆蓋而失活;
 
　?、谔幚睇u化物和硫化物時(shí)，會(huì)產(chǎn)生酸性氣體，需用洗滌塔進(jìn)一步處理;③廢催化劑如不能循環(huán)使用，也要處理;
 
　?、苓M(jìn)氣濃度不能>25%。
 
　　(3)集成技術(shù)(炭吸附+催化燃燒)
 
　　炭吸附進(jìn)行VOC回收已廣泛用于噴漆、印刷和電子工業(yè)等行業(yè)，消除率可達(dá)90%-95%，但對(duì)低濃度廢氣，從經(jīng)濟(jì)上考慮，回收不經(jīng)濟(jì)，故采用消除技術(shù)。
 
　　集成技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就是用較低的費(fèi)用來處理低濃度、大氣量的廢氣，通過濃縮廢氣，降低了需處理廢氣的體積，用較小體積的催化燃燒氧化器來處理大流量的廢氣，降低設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用。
 
　　該法也有不足，此技術(shù)均不適合廢氣中含有高活性、易反應(yīng)的VOC和相對(duì)濕度大于50%的情況，對(duì)含鹵化合物的廢氣仍需使用后處理設(shè)備。
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