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有機廢氣處理技術的優缺點
作者通搽︰富詩特 發布于胖︰2019-03-19 13:43:23 點擊量烏膘飾︰

眾所周知斤,工業生產過程中會產生大量對大氣環境有未】茫害的有機氣體竣羅。當前輩,中國的大氣環境已受到嚴重污染燦鄧,北方許多地區出現了嚴重霧霾天氣婚脅績。在這種情況下壇卜邪,必須加大有機廢氣處理技術的研發力度扦,通過提高廢氣處理技術來降低其對大氣環境的偉睿害勞豪軌。本文從VOC氣體的胃榍 害入手粒婆,分析了其相關處理技術剿頻。

1 VOC及其緯倏耍害概述

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1.1 VOC概述

揮發性的有機化合物簧就,簡稱為VOC(VolatileOrganic Compounds))市,在工業生產中胸存牢,通常作為溶劑來使用秤,使用之後便散發到大氣中修不。現階段痞,其應用比較廣泛的領域包括石油化工門逝館、印刷從樸慫、人造革及電子元器件懂群、烤漆和醫藥等攝寺摹。

1.2 VOC慰煩ス輳害概述

從化學物質的性質來看冊邊祟,在工業生產等領域巢蛇聚,一般用作溶劑的主要包括脂肪族化合物郡、鹵代烴和芳香族化合物等脫。這些有機溶劑如果揮發到大氣環境中栓剔毛,不僅會對大氣環境造成嚴重污染違掂銻,而且人體呼入被污染的氣體後設,對人體健康產生未  危害繳被罰。比如苯馳供,它常常被當作一種溶劑來使用郬耤A作為溶劑揮發到大氣環境中髓,不僅可以被人體的皮膚所吸收掛哀,而且還可通過呼吸系統進入人體內部峨眷價,造成慢性或急性中毒靖綸,不過人體的大部分中毒均是由于呼入有毒氣體造成的臨。

苯類化合物不僅會對人體的中樞神經造成一定的損害田,而且還可能造成神經系統的障礙星濰,進入人體後還會偉鷂擔害血液和造血器官晦憨,如果情況比較嚴重絆,甚至會有出血癥狀或患上敗血癥佰。氧化作用下報奔,苯在生物體內可氧化成苯酚鷗奢垮,從而造成肝功能異常技讓,對骨骼的生長發育十分不利低,誘發再生障礙性貧血臥隧。如果苯蒸汽濃度過高晦,生物可能因急性中毒而死亡忌灰瘸。因此茨兼,ACGIH把苯列為潛在致癌物質叢。鹵代烴類化合物會引發神經癥候群和血小板的減少乃釁蔫、肝脾腫大等不良狀況努彭,而且很有可能致癌胯。所以萎,必須控制VOC的排放橋,這不僅是對環境負責賜五,也是對我們的生命健康負責菩。

2 VOC廢氣處理技術

當前席擄蠱,VOC廢氣處理技術主要包括熱破壞法培、變壓吸附分離與淨化技術羞朵缽、吸附法和氧化處理方法等艱乘。

2.1熱破壞法

熱破壞法是指直接和輔助燃燒有機氣體江嘯居,也就是VOC銅上剮,或利用合適的催化劑加快VOC的化學反應憲胳絲,最終達到降低有機物濃度替,使其不再具有問忌桑害性的一種處理方法椽拎鄲。

熱破壞法對于濃度較低的有機廢氣處理效果比較好僕,因此抖羔轟,在處理低濃度廢氣中得到了廣泛應用肖煥。這種方法主要分為兩種嘩寐切,即直接火焰燃燒和催化燃燒彩里。直接火焰燃燒對有機廢氣的熱處理效率相對較高諱廬,一般情況下可達到 99%奇箱。而催化燃燒指的是在催化床層的作用下全,加快有機廢氣的化學反應速度宿期湘。這種方法比直接燃燒用時更少顴,但是如果離開催化劑輔助淨精,則無法發揮作用拉嘲鎂。現階段雹諒官,可作為催化劑使用的大都是金屬瞄盒咆、金屬鹽潘靖。這兩種催化劑的催化效果雖說比較好雹,技術也已經相當成熟廠圭片,但是其價格卻比較高去垂獸,所以處理成本也就比較高駕婚氓。近年來好,催化劑研制多集中在非貴金屬催化劑方向耐箱,取得了比較大的進展衛。

此外杉巴,在催化有機廢氣過程中阮徒,還需要有催化劑的載體擒,其起著提高催化活性和穩定性的重要作用茅壇掀。當前眉吹,多以陶瓷作為催化劑載體讕摳,但在未來的催化劑研究當中健,應加快研發高效活性催化劑及其載體樂斤。

2.2吸附法

有機廢氣中的吸附法主要適用于低濃度瞳擬借、高通量有機廢氣伸八豪。現階段級,這種有機廢氣的處理方法已經相當成熟秘昆,能量消耗比較興紜,但是處理效率卻非常高南倉,而且可以徹底淨化有害有機廢氣惋類。

但是這種方法也存在一定缺陷斤 ,它需要的設備體積比較龐大深藏,而且工藝流程比較復雜;如果廢氣中有大量雜質耙桐僳,則容易導致工作人員中毒穆孰。所以邪艱瀉,使用此方法處理廢氣的關鍵在于吸附劑奠。當前火,采用吸附法處理有機廢氣忙,多使用活性炭滬擎池,主要是因為活性炭細孔結構比較好戊,吸附性比較強戈焊。

此外題勃杴,經過氧化鐵或臭氧處理彩,活性炭的吸附性能將會更好杠托,有機廢氣的處理將會更加安全和有效狄創漆。

2.3生物處理法

從處理的基本原理上講憐具,采用生物處理方法處理有機廢氣麓,是使用微生物的生理過程把有機廢氣中的有害物質轉化為簡單的無機物識壤,比如CO2籮危、H2O和其它簡單無機物等殲灤輕。這是一種無害的有機廢氣處理方式祁。

一般情況下躥靶別,一個完整的生物處理有機廢氣過程包括3個基本步驟禽操︰a) 有機廢氣中的有機污染物首先與水接觸母,在水中可以迅速溶解;b) 在液膜中溶解的有機物復臘逃,在液態濃度低的情況下酒,可以逐步擴散到生物膜中秤,進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廢氣桔呢,在其自身生理代謝過程中略,將會被降解途,最終轉化為對環境沒有損害的化合物質籌猩夠。

2.4變壓吸附分離與淨化技術

變壓吸附分離與淨化技術是利用氣體組分可吸附在固體材料上的特性凶,在有機廢氣與分離淨化裝置中費鵝,氣體的壓力會出現一定的變化攣,通過這種壓力變化來處理有機廢氣度慘。

PSA 技術主要應用的是物理法沃錠脫,通過物理法來實現有機廢氣的淨化讀背嫡,使用材料主要是沸石分子篩哪陀壞。沸石分子篩睦肌會,在吸附選擇性和吸附量兩方面有一定優勢訛。在一定溫度和壓力下澆僑,這種沸石分子篩可以吸附有機廢氣中的有機成分構歌,然後把剩余氣體輸送到下個環節中俊嶺。在吸附有機廢氣後鱉瞄,通過一定工序將其轉化淺便庫,保持並提高吸附劑的再生能力凍,進而可讓吸附劑再次投入使用冪巫,然後重復上步驟工序鷗漸,循環反復費溫,直到有機廢氣得到淨化誦。

近年來田恥孤,該技術開始在工業生產中應用暮午販,對于氣體分離有良好效果力。該技術的主要優勢有箱侗︰能源消耗少教潞、成本比較低函灕淖、工序操作自動化及分離淨化後混合物純度比較高鴕辣秤、環境污染小等倦哭。使用該技術對于回收和處理有一定價值的氣體效果良好轟都。

2.5氧化法

對于有毒哼、有害杜,而且不需要回收的VOC暮,熱氧化法是最適合的處理技術和方法滬付嘯。氧化法的基本原理啥︰VOC與O2發生氧化反應牽,生成CO2和H2O塹撲,化學方程式如下揀冉腑︰

aCxHyOz+bO2cCO2+dH2O

從化學反應方程式上看絹為答,該氧化反應和化學上的燃燒過程相類似魂定蛔,但其由于VOC濃度比較低烘盯紊,在化學反應中不會產生肉眼可見的火焰漢劃李。一般情況下籍閃,氧化法通過兩種方法可確保氧化反應的順利進行嗚︰a) 加熱爆和。使含有VOC的有機廢氣達到反應溫度;b) 使用催化劑寸家。如果溫度比較低紡嚎麓,則氧化反應可在催化劑表面進行封擦嚎。所以伐攝,有機廢氣處理的氧化法分為以下兩種方法邦忻舜︰

a) 催化氧化法酥。現階段涪鮑蕪,催化氧化法使用的催化劑有兩種枚,即貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑虛府。貴金屬催化劑主要包括Pt伯倘、Pd等袍,它們以細顆粒形式依附在催化劑載體上廷騎,而催化劑載體通常是金屬或陶瓷蜂窩獨槐琴,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回,比如MnO2甦汞轟,與粘合劑經過一定比例混合龔並,然後制成的催化劑駕。為有效防止催化劑中毒後喪失催化活性膽水扇,在處理前必須徹底清除可使催化劑中毒的物質捆,比如Pb秸尸、Zn和Hg等豹呈。如果有機廢氣中的催化劑毒物上屎侈、遮蓋質無法清除抹瘁齲,則不可使用這種催化氧化法處理VOC;

b) 熱氧化法蕾鐐渤。熱氧化法當前分為三種袱息卻︰熱力燃燒式輸、間壁式釁歉、蓄熱式供縣了。三種方法的主要區別在于熱量回收方式缽葷勝。這三種方法均能催化法結合功郎唐,降低化學反應的反應溫度眯。

技術的發展方向勾晌保。

熱力燃燒式熱氧化器拭可,一般情況下是指氣體焚燒爐渴宏。這種氣體焚燒爐由助燃劑退敵、混合區和燃燒室三部分組成懼剿埠。其中彤閡狽,助燃劑路,比如天然氣甘某嗅、石油等紋,是輔助燃料鳳,在燃燒過程中危昆計,焚燒爐內產生的熱混合區可對VOC廢氣預熱陛菩,預熱後便可為有機廢氣的處理提供足夠空間歪壞、時間臥坪,最終實現有機廢氣的無害化處理礁摧。

在供氧充足條件下沙薊家,氧化反應的反應程度——VOC去除率——主要取決于“三T條件”田挽︰反應溫度(Temperat) 、時間(Time)奢、湍流混合情況(Turbulence)覽辨績。這“三T條件”是相互聯系的裴礎,在一定範圍內回簽毆,一個條件的改善可使另外兩個條件降低帆歪。熱力燃燒式熱氧化器的缺點在于荷侍涂︰輔助燃料價格高萎雷夏,導致裝置操作費用比較高拿萌。

間壁式熱氧化器指的是在熱氧化裝置中導炮牆,加入間壁式熱交換器埔嘶采,進而把燃燒室排出氣體的熱量傳送給氧化裝置進口處溫度比較低的氣體檔,預熱完成後便可促成氧化反應楔。現階段竄孰,間壁式熱交換器的熱回收率最高可達85%局藉,因此大幅降低了輔助燃料的消耗摟。一般情況下犀搭咖,間壁式熱交換器有三種形式殲廉爆︰管式阿、殼式和板式塊憋。由于熱氧化溫度必須控制在800 ℃∼1 000 ℃範圍內回堿鐮,因此和乳叭,間壁式熱交換必須由不袗或合金材料制成螞。所以間壁式熱交換器的造價相當高春鈕,而這也是其缺點所在肉。此外碾揀牟,材料的熱應力也很難消除巢島,這是間壁式熱交換的另外一個缺點玖。

蓄熱式熱氧化器拆渺錯,簡稱為RTO遼絆毒,在熱氧化裝置中計入蓄熱式熱交換器側澎陪,在完成VOC預熱後便可進行氧化反應敗。現階段隸僚,蓄熱式熱氧化器的熱回收率已經達到了95%兄柒,且其佔用空間比較猩Х健,輔助燃料的消耗也比較少呈添。由于當前的蓄熱材料可使用陶瓷填料香玖,其可處理腐蝕性或含有顆粒物的VOC氣體醒讀績。

現階段杯喚鈣,RTO裝置分為旋轉式和閥門切換式兩種馮疾,其中裴題笑,閥門切換式是最常見的一種佩,由2個或多個陶瓷填充床組成灤擄規,通過切換閥門來達到改變氣流方向的目的輔。

2.6液體吸收法

液體吸收法指的是通過吸收劑與有機廢氣接觸砷,把有機廢氣中的有害分子轉移到吸收劑中截比,從而實現分離有機廢氣的目的謄。這種處理方法是一種典型的物理化學作用過程噶。有機廢氣轉移到吸收劑中後狙,采用解析方法把吸收劑中有害分子去除掉羔康,然後回收嬌項嘿,實現吸收劑的重復使用和利用吮館馮。

從作用原理的角度劃分死,此方法可分為化學方法和物理方法怖。物理方法是指利用物質之間相溶的原理鉤夾閉,把水看作吸收劑會蘭魯,把有機廢氣中的有害分子去除掉吾祟烏,但是對于不溶于水的廢氣瘧噶察,比如苯入夯,則只能通過化學方法清除賭,也就是通過有機廢氣與溶劑發生化學反應錢,然後予以去除蔡恨。

2.7冷凝回收法

在不同溫度下餐頰,有機物質的飽和度不同斤,冷凝回收法便是利用有機物這一特點來發揮作用氛劣,通過降低或提高系統壓力 濺僑,把處于蒸汽環境中的有機物質通過冷凝方式提取出來卯偏。冷凝提取後狹記,有機廢氣便可得到比較高的淨化奢跺曬。其缺點是操作難度比較大浪動客,在常溫下也不容易用冷卻水來完成染猴,需要給冷凝水降溫蒜比,所以需要較多費用聞。這種處理方法主要適用于濃度高且溫度比較低的有機廢氣處理岡。

有機廢氣處理除上述處理方法之外謀,還包括高溫及觸媒燃燒法姑券拖、活性炭吸附法彼籬蠍、臭氧分解法和電化學氧化法等昆。這些方法均適用于有機廢氣處理療感,但具體采用何種方法鈍,則取決于廢氣濃度奧燒、設備裝置和環境溫度等條件曝。此外匪,還需要考慮操作人員的操作水平慘擔。

3結語

當前停,中國的工業發展進入到了一個新階段份嚼囤,環境問題的日益突出影響到了人們的正常工作和生活旱籃殼,環境問題越來越受到人們的關注盧。所以在這種形勢下維完,必須控制工業等生產領域有害氣體的排放誨,減少其對大氣環境的污染設稻。在本文中稿慶,主要探討了VOC廢氣處理的相關技術奈搗佃,主要包括冷凝處理法媚乘、氧化處理法霧、液體吸附法蚊泉任、生物處理法和吸附法等穆際伶。

摘要敘述了VOC及其緯統δ福害,結合自身的理論知識和工作實際,探討了VOC廢氣處理技術.指出,必須重視VOC的處理,通過研發廢氣處理新技術,降低有機廢氣對環境的撾科榔校害.

來源速︰ 《能源與節能》 作者 王治民 風哺孿, 孫建薇


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