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各类VOC治理方案介绍和优缺点
发布者:有机废气处理  点击:395

各类VOC办理计划及其优缺陷

一、国内外研讨现状和开展趋势

有机废气品种繁复,来历广泛,办理难度大,一次性出资和操作费用高,基本上无收回运用价值。成分杂乱的有机废气则愈加难以净化、别离和收回。

蒸发性有机化合物(VOCs)作为有机化合物首要分支,是指在常温下饱满蒸气压大于70Pa、常压下沸点在260℃以内的有机化合物。从环境监测角度来讲, 指以氢焰离子检测器测出的非甲烷烃类检出物的总称,包含烃类、氧烃类、含卤烃类、氮烃及硫烃类化合物。VOCs品种繁复,散布面广,依据部分国外首要环境 优先污染物名录,VOCs占80%以上。日本1974-l985年环境普查标明,在检出的化学毒物中,卤代烃类多共52种,一般烃类次之共43种,含氮 有机物(首要是硝基苯和苯胺类化合物)共40种,以上三类占总检出毒物的70%。VOCs污染严峻,与NOx、CnHm在阳光作用下发作光化学反响,吸收 地表红外辐射引起温室效应;损坏臭氧层构成臭氧空泛,引起人体致癌和动植物中毒。

跟着VOCs污染规模的不断扩展和人们对其损害的逐步认识,1979年联合国欧洲经济委员会在日内瓦召开跨国大气污染会议,要点评论了VOCs操控问 题,1991年11月经过了《VOCs跨国大气污染议定书》,要求签字国以1988年VOCs排放量为基准,到1999年每年减少30%;1990年,美 国修订了清洁空气法(CAA),要求到2000年将VOCs的排放量减少70%。为此,开发VOCs替代产品,寻找VOCs操控优技能已成为处理 VOCs污染的必由之路。

跟着世界各国对VOC污染的日益注重和环保法规不断严厉VOC的排放规范,其办理技能亦在逐步改进和完善。

(一)有机废气办理技能

早在1925年欧洲就开宣布固定床活性碳吸附设备,1958年日本也开端运用该项技能。这是一种十分经典、老练的办法,可用于办理任何浓度的常温有机废气, 但处理低浓度、大风量有机废气时,设备巨大,不经济。关于排气温度较高的高浓度有机废气的办理,首要由美国于1950年开发成功以天然气为燃料的直接焚烧 技能。1965年日本与美国协作,将该项技能引入日本。该法需将有机废气加热到760℃,方可将有机溶剂氧化分化为无害的CO2和H2O,其缺陷是燃料费 高,故在欧美等天然气廉价的区域运用广泛。后来人们开宣布催化焚烧技能,因为催化剂的作用可在300—350℃的低温下将有机溶剂氧化分化,因此大大下降 了燃料费并且发作的NOx量十分少。其缺陷是需对废气中易引起催化剂中毒的物质和粉尘进行前处理,别的,在催化焚烧设备中运用的热交换器换热功率较低,约 在50%。为了进步热功率,下降工作本钱,美国于1975年开宣布换热功率在90%以上的蓄热式焚烧设备。因为其工作费用的下降,因此,可用于办理中等浓 度有机废气。随后欧洲也展开了该项技能的开发。日本针对美国蓄热焚烧办法又开宣布催化焚烧设备的改进型——蓄热催化氧化办法,并于1977年由日铁化工机 首要售出产品。该产品可较经济地对高、中浓度的、温度较高的有机废气进行办理。

整体而言,依照处理的办法,有机废气处理的办法首要有两类:一类是收回法,另一类是消除法。收回法首要有炭吸附、变压吸附、冷凝法及膜别离技能,收回法是经过物理办法,用温度、压力、挑选性吸附剂和挑选性浸透膜等办法来别离VOC的。消除法有热氧化、催化焚烧、生物氧化及集成技能;消除法首要是经过化学或生 化反响,用热、催化剂和微生物将有机物改动成为CO2和水。

1、收回技能

(1)炭吸附法

炭吸附是现在广泛运用的收回技能,其原理是运用吸附剂(粒状活性炭和活性炭纤维)的多孔结构,将废气中的VOC捕获。将含VOC的有机废气经过活性炭床,其间的VOC被吸附剂吸附,废气得到净化,而排入大气。

当炭吸附到达饱满后,对饱满的炭床进行脱附再生;通入水蒸汽加热炭层,VOC被吹脱放出,并与水蒸汽构成蒸汽混合物,一同脱离炭吸附床,用冷凝器冷却蒸汽混 合物,使蒸汽冷凝为液体。若VOC为水溶性的,则用精馏将液体混合物提纯;若为水不溶性,则用沉析器直接收回VOC。因涂料中所用的“三苯”与水互不相 溶,故能够直接收回。

炭 吸附技能首要用于废气中组分比较简略、有机物收回运用价值较高的状况,其废气处理设备的尺度和费用正比于气体中VOC的数量,却相对独立于废气流量;因 此,炭吸附床更倾向于稀的大气量物流,一般用于VOC浓度小于5000PPM的状况。适于喷漆、印刷和粘合剂等温度不高,湿度不大,排气量较大的场合,尤 其对含卤化物的净化收回更为有用。

(2)冷凝法

冷 凝法是简略的收回技能,将废气冷却使其温度低于有机物的露点温度,使有机物冷凝变成液滴,从废气中别离出来,直接收回。但这种状况下,脱离冷凝器的排放 气中仍含有适当高浓度的VOC,不能满足环境排放规范。要获得高的收回率,体系需求很高的压力和很低的温度,设备费用显著地增加。

冷凝法首要用于高沸点和高浓度的VOC收回,适用的浓度规模为>5%(体积)。

(3)膜别离技能

膜别离体系是一种高效的新式别离技能,其流程简略、收回率高、能耗低、无二次污染。

膜别离技能的根底就是运用对有机物具有挑选浸透性的聚合物膜,该膜对有机蒸气较空气更易于浸透10-100倍,然后完结有机物的别离。

简略的膜别离为单级膜别离体系,直接使紧缩气体经过膜外表,完结VOC的别离,但单级膜因别离程度很低,难以到达别离要求,而多级膜别离体系则会大大增加设备出资。

MTR开发了一种新式的集成膜体系,仅运用单级膜,就能够大大进步收回率,并下降体系的费用。

该技能结合紧缩冷凝和膜别离两种技能的特色,来集成完结别离。用紧缩机先将进料气进步到必定压力,然后将进料气送到冷却器冷凝,使部分VOC冷凝下来,冷凝 液直接放入储罐。脱离冷凝器的非凝气体仍含适当数量的有机物,并具有很高的压力,能够作为膜浸透的驱动力,使膜别离不再需求附加的动力。将非凝气送到膜系 统,有机挑选浸透膜将气体分红两股物流,脱除了VOC的未浸透侧的净化气被排放;浸透物流为富集了有机物的蒸汽,该浸透物流循环到紧缩机的进口。体系一般 能够从进料气中移出VOC达99%以上,并使排放气中的VOC到达环保排放规范。

该体系的特色是末浸透物流的浓度独立于进料气的浓度,该浓度由冷凝器的压力和温度决议。

(4)变压吸附技能

该 技能运用吸附剂在必定压力下,先吸附有机物。当吸附剂吸附饱满后,进行吸附剂的再生。再生不是运用蒸汽,而是经过压力变换来将有机物脱附。当压力下降时, 有机物从吸附剂外表脱附放出。其特色是无污染物,收回功率高,能够收回反响性有机物。可是该技能操作费用较高,吸附需求加压,脱附需求减压,环保中运用较 少。

收回技能的适用规模:

粒状活性炭首要用于脂肪和芳香族碳氢化合物、大部分含氯溶剂、常用醇类、部分酮类和酯类等的收回。常见的有: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,活性炭纤维吸附则可收回苯乙烯和丙烯晴等反响性单体,但费用较粒状活性炭吸附要高的多。吸附法已广泛用在喷漆职业的“三苯”、 醋酸乙酯、制鞋职业的“三苯”,印刷职业的甲苯、醋酸乙酯、电子职业的二氯甲烷和三氯乙烷的收回。炭吸附法要求废气中的VOC不能超过5000PPM,并 且湿度不能>50%;当浓度>5000PPM时,则需在吸附前稀释,对部分酮、醛、酯等含活性的物质不适用,该类VOC会与活性炭或在活性炭外表发作反 应,阻塞炭孔,使活性炭失活。

冷凝法对高沸点的有机物作用较好,对中等和高蒸发的有机物收回作用不好,该法合适VOC浓度>5%的状况,收回率不高。而大部分废气中均存在水分,温度低于0℃时会结冰,下降体系的可靠性,故很少独自运用。

膜别离办法合适于处理较浓的物流,即0.1%<VOC浓度<10%,膜体系的费用与进口流速成正比,与浓度则联系不大。它适于高浓度、高价值的有机物收回,其设备费用较高。

工业上现已从聚烯烃设备的冲刷气中收回烯烃单体和氦气。在环保范畴,从加油站收回碳氢化合物;从制冷设备、气雾剂及泡沫塑料的出产和运用进程中收回CFC, 从PVC加工中收回氯乙烯单体。此技能十分有出路,跟着新高效膜的呈现和体系造价的下降,它会成为一种重要的收回手法。

2、消除技能

(1)热氧化

热氧化体系就是火焰氧化器,经过焚烧来消除有机物的,其操作温度高达700℃-1,000℃。这样不可避免地具有高的燃料费用,为下降燃料费用,需求收回脱离氧化器的排放气中的热量。收回热量有两种办法,传统的间壁式换热和新的非稳态蓄热换热技能。

间壁式热氧化是用列管或板式间壁换热器来捕获净化排放气的热量,它能够收回40%-70%的热能,并用收回的热量来预热进入氧化体系的有机废气。预热后的废气再经过火焰来到达氧化温度,进行净化,间壁换热的缺陷是热收回功率不高。

蓄热式热氧化(简称RTO)收回热量选用一种新的非稳态热传递办法。首要原理是:有机废气和净化后的排放气替换循环,经过屡次不断地改动流向,来大极限地捕获热量,蓄热体系供给了极高的热能收回。

在 某个循环周期内,含VOC的有机废气进入RTO体系,首要进入耐火蓄热床层1(该床层已被前一个循环的净化气加热),废气从床层1吸收热能使温度升高,然 后进入氧化室;VOC在氧化室内被氧化成CO2和H2O,废气得到净化;氧化后的高温净化气脱离焚烧室,进入另一个冷的蓄热床层2,该床从净化排放气中吸 收热量,并储存起来(用来预热下一个循环的进入体系的有机废气),并使净化排放气的温度下降。此进程进行到必定时刻,气体活动方向被反转、有机废气从床层 2进入体系。此循环不断地吸收和放出热量,作为热阱的蓄热床也不断地以进口和出口的操作办法改动,发作了高效热能收回,热收回率可高达95%,VOC的消 除率可达99%。

(2)催化焚烧

催化焚烧是一品种似热氧化的办法来处理VOC的,它净化有机物是用铂、钯等贵金属催化剂及过渡金属氧化物催化剂来替代火焰,操作温度较热氧化低一半,一般为 250℃-500℃。因为温度下降,答应运用规范资料来替代贵重的特别资料,大大地下降设备费用和操作费用。与热氧化类似,体系仍可分为间壁式和蓄热式两 类热量收回办法。

间壁式催化焚烧是在催化床后设一个换热器,该换热器在下降排放气温度的一同,也预热含VOC的有机废气,其热收回达60%—75%。该类氧化器早已用于工业进程。

蓄热催化焚烧(简称为RCO)是一种新的催化技能。它具有RTO高效收回能量的特色和催化反响的低温操作及能量有用性的长处,将催化剂置于蓄热资料的顶部,来使净化到达优,其热收回率高达95%-98%。

RCO体系功能的要害是运用专用的催化剂,浸渍在鞍状或是蜂窝状陶瓷上的贵金属或过渡金属催化剂,答应氧化发作在RTO体系温度的一半,既下降了燃料消耗,又下降了设备造价。

现在,有的国家现已开端运用RCO技能进行有机废气的消除处理,许多RTO设备已开端改动成RCO,这样能够减少操作费用达33%-75%,并增加排放气流量达20%-40%。

(3)集成技能(炭吸附+催化氧化)

对 于大流量、低浓度的有机废气,单一运用上述办法处理费用太高,不经济。运用炭吸附具有处理低浓度和大气量的优势,先用活性炭捕获废气中的有机物,然后用小 得多流量的热空气来脱附,这样可使VOC富集10—15倍,大大地减少了处理废气的体积,使后处理设备的规模也大幅度地下降。把浓缩后的气体送到催化焚烧 设备中,运用催化焚烧适于处理较高浓度的特色来消除VOC。催化焚烧放出的热量能够经过间壁换热器,来预热进入炭吸附床的脱附气,下降体系的能量需求量。

该技能运用炭吸附处理低浓度和大气量的持点,又运用催化床处理适中流量、高浓度的优势,构成一种十分有用的集成技能。国内也已开端运用此技能,用于喷漆、印刷和制鞋等排放大流量、低浓度有机废气职业的办理。

消除技能的运用规模:

(1)热氧化

热氧化体系在700℃-1000℃下操作,适于流量为2000-50,000m3/h,VOC浓度为100-2000PPM的状况。

间壁式较蓄热式的长处是,用简略的金属换热器来捕获热量,仅在几分钟即到达所需的操作条件,适于循环操作。

蓄热热氧化具有十分高的氧化温度,能够处理难以热分化的有机物,该体系98%-99%的VOC消除率是很常见的。热收回功率为85%-95%。仅需少数或不需燃料即可工作,特别是对具有相对低VOC含量的气体,它们比间壁热氧化费用更低。

热氧化的缺陷是:①在高温焚烧中发作了NOx,它也为风险排放物,需求进一步办理;②较慢的热反响;③不能满足地处理卤化物,必需加后处理设备洗刷塔,来处理酸性气体;④进气浓度不能>25%LEL;⑤高的设备出资费用。

(2)催化氧化

催化氧化是在比热氧化低的温度下进行,一般为250℃-500℃,其处理才能为2000-20,000m3/h,适于VOC浓度为100-2000 PPM,其消除功率高达95%以上。低的操作温度结合间壁换热器,能够下降发动所需的燃料。

催 化焚烧较热氧化有几个长处:①反响温度较热氧化低一半,节省了燃料;②逗留时刻短,下降了设备尺度;③因为燃料减少,生成的CO也少,CO和VOC一同被 变换;④较热氧化体系需更少的发动和冷却时刻;⑤低的操作温度,排除了NOx的生成;⑥因温度下降,答应运用规范资料来替代贵重的特别资料,RCO体系的 整个机械寿数将增加。

催化氧化也有缺乏:①催化剂易被重金属或颗粒覆盖而失活;②处理卤化物和硫化物时,会发作酸性气体,需用洗刷塔进一步处理;③废催化剂如不能循环运用,也要处理;④进气浓度不能>25%。

(3)集成技能(炭吸附+催化焚烧)

炭吸附进行VOC收回已广泛用于喷漆、印刷和电子工业等职业,消除率可达90%-95%,但对低浓度废气,从经济上考虑,收回不经济,故选用消除技能。

集成技能的长处就是用较低的费用来处理低浓度、大气量的废气,经过浓缩废气,下降了需处理废气的体积,用较小体积的催化焚烧氧化器来处理大流量的废气,下降设备费用和操作费用。

该法也有缺乏,此技能均不合适废气中含有高活性、易反响的VOC和相对湿度大于50%的状况,对含卤化合物的废气仍需运用后处理设备。

由此可见,上述各种办法各有其优缺陷和适用目标,现对其间几种常用办法的优缺陷汇总比较如下。


热力焚烧法TO
    
1. 净化功率高
2. 可净化各种有机废气,不需求预处理,不稳定要素少,可靠性高
3. 在废气浓度高、规划合理的条件下,可回用热能

1. 处理温度高,能耗大
2. 存在二次污染
3. 焚烧设备、焚烧室、热收回设备造价高,修理较难
4. 处理大流量、低浓度废气能耗过大,工作费用高

RTO 
1. 具有TO的各项长处,但对杂乱的有机废气需求预处理
2. 能耗远低于TO,可处理大流量低浓度废气
    
1. 处理温度比TO低,但仍较高,因此仍有少数二次污染
2. 造价较高
3. 占地面积大

催化焚烧法 CO
    
1. 净化功率高,无二次污染
2. 能耗较低,在相同条件下约比TO低50%,因此工作费用低
    

1. 用电能预热时,不能处理低浓度废气
2. 催化剂本钱高,且有运用寿数约束
3. 杂乱废气需预处理

RCO
    
1. 净化功率高,无二次污染
2. 在各种焚烧法中能耗低,废气浓度在1-1.5g/m3时即能无耗工作
3. 能处理各种有机废气
    

1. 整体式占地面积小,但修理困难
2. 分体式占地面积大
3. 整体式不宜用于高浓度(4g/m3),不然催化床会超温
4. 杂乱废气需预处理

吸附法   
1. 可净化大流量低浓度废气
2. 对单一品种废气可收回溶剂
3. 工作费用较低
    
1. 吸附剂需弥补和再生
2. 对温度较高废气需先行冷却
3. 杂乱废气需预处理
4. 办理不便利
5. 存在二次污染
6. 安全性差

吸收法
    
1. 对亲水性溶剂蒸汽用水作吸附剂时,设备费用低,工作费低,安全
2. 可用油、酯等吸收苯类废气,净化率高
3. 适用于大流量低浓度废气
    
1. 用水作吸附剂时,需求对发作的废水进行处理
2. 吸收、脱吸操控办理杂乱

(二)低浓度、大风量有机废气的办理技能

在运用有机溶剂的职业中,象轿车涂装、印刷等工业排放的有机废气,其特色是有机溶剂浓度低、风量大,若选用上述办法都将运用巨大的设备,耗用很多经费。现在世界上对这类低浓度、大风量的有机废气,首要选用下面几种办法进行办理。

(1)蜂窝轮式浓缩体系

这种体系于1977-1979年由日本开发成功,瑞典的Munter、Zeol公司也于1985-1986年开发成功并出售。1990年左右跟着对有机溶剂 排放实施更严厉的总量操控后,欧美区域也从日本引入该技能,其商场急剧扩展。该体系选用蜂窝轮,接连不断地将低浓度、大风量的排气中的有机溶剂吸附、分 离。然后,再用小风量的热风脱附得到高浓度、小风量的含有机溶剂气体。浓缩后的气体再与小型的催化焚烧或活性炭收回设备组合,构成经济的处理体系。该体系 的要害部件是一圆筒形吸附轮,其是由活性炭或疏水性沸石加工成波纹状,再卷制构成蜂窝构造。整个蜂窝轮分为吸附区和再生区,工作中以十分低的速度接连转 动,含有机溶剂的废气经过吸附区时有机溶剂被吸附,净化气体排出。轮子吸附的有机溶剂,跟着轮的滚动被送到再生区,由120-140℃的热风加热脱附,随 热风排出。因为脱附风量远小于吸附风量,因此脱附后气体中的有机溶剂浓度能够增加10-20倍。脱附后的排气只要用吸附风量十几分之一的设备就能够进行处 理了。该体系体积小,费用低,在国外已成为办理低浓度、大风量有机废气的首选办法,并得到广泛运用。但其引入价格贵重,在我国推行经济上难以承受。国内有 的研讨单位取其净化工艺的长处,将首要设备进行改造使之适用我国。如研讨采取了以数个填充了蜂窝状活性炭的固定吸附浓缩设备,替代蜂窝轮浓缩设备的办法, 经过数个固定床之间的吸附,脱附进程切换,完结蜂窝轮滚动所起的作用。因这种办法没有滚动部件,不存在动密封问题,所以设备制作简略,修理便利,价格廉价 并发挥了原工艺中浓缩作用的长处。在邮电部邮票印制局引入法国六色印刷机废气办理中,选用该工艺设备完结了处理风量21000—30000 m3/h规模的微机全自动操控工业实验,经过2年的工作检测,获得满足成果。为我国办理低浓度、大风量有机废气供给了一种适用的办法。

(2)液体吸收法

该法是经过有机废气与液体吸收剂触摸,使其间的有机溶剂被吸收剂所吸收,再经解吸,将有机溶剂除掉或收回,井使吸收剂获得再生重复运用。因为工艺中可选用比吸附,催化焚烧设备处理气体才能大数倍的塔式吸收设备,因此设备的体积可做得小许多,设备费也低。但很难找到抱负吸收剂,原因是有机溶剂一般都属非极性物质,它们与极性的水分子之间将发作互相排挤作用而难以溶解,而对有机溶剂溶解度较大的油类或芳烃萃取剂,一般价格较高,有些还有异味。国内曾有人研讨在水中增加外表活性剂等活性组分的办法,来进步对有机溶剂的溶解度。研讨标明,以这种吸收剂来处理含苯喷漆尾气是可行的,但这一实验室研讨成果未得到推行应 用,这可能与吸收容量很有限的吸收剂的再生问题没有处理有关。国内前些年运用以柴油等油类及芳烃萃取剂为吸收液的有机废气吸收设备,曾在工业上有些运用实 例,但都因吸收剂本身损耗大构成工作本钱高或饱满后的吸收剂无法处理而下马。液体吸收法在国外运用也很少,报道亦不多。曾见有关日本印刷厂运用液体吸收法 的报道,运用的吸收剂是含有催化剂的液体,运用成果工作费用较低,但有待进一步进步功率。因为液体吸收尚存在许多问题有待处理,使其运用遭到约束。

(3)生物处理法

生 物脱臭从20世纪40—50年代开端就在德国和美国开发成功。在日本也在1970年左右开端进行土壤脱臭法和活性污泥脱臭法的研讨,并已开宣布各种设备, 得到实践运用。该办法是由微生物将有机溶剂分化。因耗能十分低,工作费也很廉价而遭到人们注重,特别是在欧洲,以德国为中心进行技能开发,运用实例逐步增 多。其缺陷是对各种有机溶剂具有挑选性,使其运用范畴遭到约束。现在,已在废水处理厂、饲料加工厂等场合,用于硫化氢、低分子醛类、乙醇及有机酸等极性物 质的脱臭。用于彩色胶卷乳剂涂布枯燥进程中发作的甲醇、乙酸乙酯的办理也获得很好作用。用于处理非亲水性的甲苯、二甲苯等芳香族化合物的生物处理技能也已 开发成功。该办法与其它办法比较,占地面积大是其另—缺陷。

(4)其它办法

除上述3种现已工业化的办法外,还有2种尚处于实验室研讨阶段。

a) 固体膜别离净化法

该法是用膜别离来净化有机废气,气体的膜别离进程是运用被别离组分对膜的浸透功能差异完结的。国内科学家已进行了以管式硅橡胶膜别离处理含苯废气的研讨,测定出二甲苯对空气的别离因子,井推导出别离因子与流过管式膜别离器的气体雷诺数联系。运用膜别离办法将低浓度有机废气富集,然后加以收回或以催化焚烧办法处理的研讨,现在处于实验室研讨阶段。研讨成果标明,对甲苯、二甲苯的脱除,净化率可到达90%,浓缩比可达10-20倍,可大大下降处理低浓度、大风量 苯系物废气本钱。故膜别离技能用于低浓度、大风量含苯系物废气处理不失为一种经济有用的新途径。

b) 光催化氧化技能

国外科学家运用臭氧作为辅佐氧化剂,进行了光催化氧化苯的研讨,以及各种光催化氧化反响为补偿技能的办理含苯、甲苯、二甲苯、乙基苯废气的研讨。研讨标明,光催化氧化反响同活性炭吸附、催化焚烧法等补偿技能比较,具有经济潜力。

办理低浓度、大风量有机废气,不管选用哪种办法,耗用资金都较高。光催化处理废气技能是安居乐阅历多年研讨,实践经验,在国内首先引入在工业废气净化范畴上大规模运用的。并不断完善而构成的系列工业光催化有机废气净化设备。

光催化除臭设备安居乐选用生物喷淋进行预处理,再进入光催化净化设备,在催化剂的作用下,常温下使有机废气转化为CO2和H20的一种环保设备。现在,此设备已被国内外用户广泛运用,均获得杰出的净化作用。
光催化剂技能的首要成分是锐钛型二氧化钛(TiO2),安居乐新式光催化剂资料的成功运用,国家已将其列为本世纪要点开展的新技能,被誉为当今世界上空气净化除臭新技能之一,近来在我国经安居乐首先推行后也得到较广泛运用。


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