VOC廢氣處理技術(shù)

 

VOC(VOC)是中文中VOC的全稱。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，它通常被用作溶劑，在使用過(guò)程中會(huì)揮發(fā)并排放到***氣中。廣泛應(yīng)用于石油化工、印刷工業(yè)、人造革工業(yè)、電子工業(yè)、油漆工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)。一般意義上的VOC是指VOC；但環(huán)保意義上的定義是指一種活性VOC，即會(huì)造成危***的VOC。

目前，VOC廢氣處理技術(shù)主要有熱破壞法、變壓吸附分離凈化技術(shù)、吸附法和氧化處理法等。

一、熱損傷法

熱破壞法是指直接和輔助燃燒有機(jī)氣體即VOC，或者利用合適的催化劑加速VOC的化學(xué)反應(yīng)，***終降低有機(jī)物濃度使其不再有***的處理方法。

熱銷(xiāo)毀是目前廣泛使用和研究的一種工業(yè)廢氣處理方法，尤其是對(duì)低濃度有機(jī)廢氣。有機(jī)化合物的熱損傷可分為直接火焰燃燒和催化燃燒。直接火焰燃燒是氣流中有機(jī)物直接燃燒和輔助燃料燃燒的一種方法。***多數(shù)情況下，有機(jī)物濃度太低，沒(méi)有輔助燃料無(wú)法燃燒。在適當(dāng)?shù)臏囟群屯Ａ魰r(shí)間條件下，直接火焰燃燒的熱處理效率可達(dá)99%。

催化燃燒是有機(jī)物在氣流中受熱時(shí)，加速其化學(xué)反應(yīng)(或破壞效率)的方法。催化劑的存在使得有機(jī)物在受熱破壞時(shí)比直接燃燒法需要的停留時(shí)間更短，溫度更低。它是凈化高濃度、小流量有機(jī)廢氣的***技術(shù)。催化劑在催化燃燒系統(tǒng)中起著重要的作用。有機(jī)廢氣凈化的催化劑主要是金屬和金屬鹽，金屬包括貴金屬和非貴金屬。目前使用的金屬催化劑主要是Pt和Pd，技術(shù)成熟，催化活性高，但價(jià)格昂貴。當(dāng)處理含氮、硫、磷等元素的鹵素有機(jī)化合物時(shí)，有機(jī)化合物容易氧化和失活催化劑。非金屬催化劑包括過(guò)渡元素如鈷和稀土。近年來(lái)，***內(nèi)外對(duì)催化劑進(jìn)行了***量的研究，其中***部分集中在非貴金屬催化劑上，在能量提取方面也取得了很多成果。如用V2O5+MOX(M:過(guò)渡金屬)+貴金屬制成的催化劑處理甲硫醇廢氣，用Pt+Pd+Cu促進(jìn)劑處理含氮有機(jī)醇廢氣。

由于有機(jī)廢氣中常出現(xiàn)雜質(zhì)，容易引起催化劑中毒，毒物(抑制劑主要有磷、鉛、鉍、砷、錫、汞、亞鐵離子鋅、鹵素等。催化劑載體可以節(jié)約催化劑，增加催化劑的有效面積，使催化劑具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，減少燒結(jié)，提高催化活性和穩(wěn)定性?？勺鳛檩d體的材料主要有Al2O3、Fe-V、石棉、粘土、活性炭、金屬等。***常用的陶瓷載體一般制成網(wǎng)狀、球形、柱狀和峰巢狀。此外，近年來(lái)對(duì)絲光沸石的研究越來(lái)越成功。對(duì)于催化燃燒，未來(lái)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)仍將是探索高效活性的催化劑及其載體，以及催化氧化的機(jī)理。

二、吸附法

有機(jī)廢氣中的吸附法主要適用于低濃度、高通量的有機(jī)廢氣。目前，有機(jī)廢氣的處理方法已經(jīng)相當(dāng)成熟，能耗低，但處理效率高，可以徹底凈化有***的有機(jī)廢氣。實(shí)踐證明，這種處理方法值得推廣應(yīng)用。

但是，這種方法也存在設(shè)備體積***、工藝流程復(fù)雜等缺陷。如果廢氣中含有***量雜質(zhì)，很容易導(dǎo)致工人中毒。因此，吸附劑是該方法處理廢氣的關(guān)鍵。目前采用吸附法處理有機(jī)廢氣，經(jīng)常使用活性炭，主要是因?yàn)榛钚蕴康目捉Y(jié)構(gòu)更***，吸附能力更強(qiáng)。

此外，經(jīng)過(guò)氧化鐵或臭氧處理后，活性炭的吸附性能會(huì)更***，有機(jī)廢氣的處理也會(huì)更安全有效。

三、生物處理法

從處理的基本原理來(lái)看，有機(jī)廢氣的生物處理是利用微生物的生理過(guò)程將有機(jī)廢氣中的有***物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，如CO2、H2O等簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物。這是一種無(wú)***的處理有機(jī)廢氣的方法。

一般來(lái)說(shuō)，有機(jī)廢氣的完整生物處理過(guò)程包括三個(gè)基本步驟:

1.有機(jī)廢氣中的有機(jī)污染物***先與水接觸，并能在水中迅速溶解；

2.液膜中溶解的有機(jī)物在液體濃度較低的情況下可以逐漸擴(kuò)散到生物膜中，然后被附著在生物膜上的微生物吸收；

3.微生物吸收的有機(jī)廢氣在其自身的生理代謝過(guò)程中會(huì)發(fā)生降解，***終轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境無(wú)***的化合物。

四、變壓吸附分離純化技術(shù)

變壓吸附分離純化技術(shù)利用氣體組分可以吸附在固體材料上的***點(diǎn)。在有機(jī)廢氣分離凈化裝置中，氣體的壓力會(huì)發(fā)生一定程度的變化，有機(jī)廢氣將通過(guò)這種壓力變化得到處理。

PSA技術(shù)主要采用物理方法凈化有機(jī)廢氣，使用的材料為沸石分子篩。沸石分子篩在吸附選擇性和吸附容量方面具有一定的***勢(shì)。在一定的溫度和壓力下，這種沸石分子篩可以吸附有機(jī)廢氣中的有機(jī)成分，然后將剩余的氣體輸送到下一個(gè)環(huán)節(jié)。吸附有機(jī)廢氣后，通過(guò)一定的工藝進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以維持和提高吸附劑的再生能力，使吸附劑可以再次投入使用，然后重復(fù)前面的工藝，反復(fù)循環(huán)，直到有機(jī)廢氣得到凈化。

近年來(lái)，該技術(shù)已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，在氣體分離方面取得了******的效果。該技術(shù)的主要***點(diǎn)是:能耗少、成本低、工藝操作自動(dòng)化、分離提純后混合物純度高、環(huán)境污染小等。該技術(shù)在回收和處理有價(jià)氣體方面效果******，具有廣闊的市場(chǎng)前景，將成為未來(lái)有機(jī)廢氣處理技術(shù)的發(fā)展方向。

五、氧化法

熱氧化是有毒有***且不需要回收的VOC***適合的處理技術(shù)和方法。氧化法基本原理:VOC與O2反應(yīng)生成CO2和H2O，化學(xué)方程式如下:

aCxHyOz+bO2—> CCO 2+dH2O

從化學(xué)反應(yīng)方程來(lái)看，氧化反應(yīng)類(lèi)似于化學(xué)燃燒過(guò)程，但由于其VOC濃度較低，在化學(xué)反應(yīng)中不會(huì)產(chǎn)生可見(jiàn)的火焰。一般來(lái)說(shuō)，氧化法可以通過(guò)兩種方法保證氧化反應(yīng)的順利進(jìn)行:***種是加熱。使含有VOC的有機(jī)廢氣達(dá)到反應(yīng)溫度；***二種使用催化劑。如果溫度相對(duì)較低，氧化反應(yīng)可以在催化劑表面進(jìn)行。因此，有機(jī)廢氣處理的氧化法分為以下兩種方法:

1.催化氧化法。目前，催化氧化中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鉑、鈀等。，它們以細(xì)顆粒的形式附著在催化劑載體上，催化劑載體通常是金屬或陶瓷蜂窩體或散裝填料；非貴金屬催化劑主要是通過(guò)將過(guò)渡元素金屬氧化物如二氧化錳與粘結(jié)劑按一定比例混合而制備的。為了有效防止催化劑中毒后失去催化活性，在處理前必須徹底去除能使催化劑中毒的物質(zhì)，如鉛、鋅、汞等。如果不能去除有機(jī)廢氣中的催化劑毒物和掩蔽物質(zhì)，這種催化氧化法不能用于處理VOC。

2.熱氧化法。目前熱氧化方法有三種:熱燃燒法、分區(qū)法和蓄熱法。三種方法的主要區(qū)別在于熱量回收的方式。這三種方法都可以與催化方法相結(jié)合，降低化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)溫度。

熱燃燒熱氧化器一般指氣體焚燒爐。氣體焚燒爐由助燃劑、混合區(qū)和燃燒室組成。其中，助燃劑如天然氣、石油等是輔助燃料。在燃燒過(guò)程中，焚燒爐產(chǎn)生的熱混合區(qū)可以預(yù)熱VOC廢氣，為有機(jī)廢氣的處理提供足夠的空間和時(shí)間，***終實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的無(wú)***化處理。

在供氧充足的條件下，氧化反應(yīng)的反應(yīng)程度——VOC去除率——主要取決于“三個(gè)條件”:反應(yīng)溫度、時(shí)間和湍流。這“三個(gè)T條件”是相互關(guān)聯(lián)的。在一定程度上，一個(gè)條件的改善可以減少另外兩個(gè)條件。熱燃燒熱氧化器的缺點(diǎn)在于輔助燃料價(jià)格高，導(dǎo)致裝置運(yùn)行成本高。

分區(qū)熱氧化器是指在熱氧化器中增加分區(qū)換熱器，然后將燃燒室排出的廢氣熱量傳遞給氧化裝置入口處溫度較低的氣體，預(yù)熱后可以促進(jìn)氧化反應(yīng)。目前，分區(qū)換熱器的熱回收率可達(dá)85%，******降低了輔助燃料的消耗。一般來(lái)說(shuō)，有三種類(lèi)型的分區(qū)換熱器:管，殼和板。因?yàn)闊嵫趸瘻囟缺仨毧刂圃?00℃ ~ 1000℃范圍內(nèi)，所以墻與墻之間的熱交換必須采用不銹鋼或合金材料。因此，隔板換熱器的成本相當(dāng)高，這也是它的缺點(diǎn)。此外，很難消除材料的熱應(yīng)力，這是壁之間熱交換的另一個(gè)缺點(diǎn)。

蓄熱式熱氧化器，簡(jiǎn)稱RTO，包括熱氧化器中的蓄熱式換熱器，氧化反應(yīng)可在VOC預(yù)熱后進(jìn)行。目前蓄熱式熱氧化器熱回收率達(dá)到95%，占用空間小，消耗輔助燃料少。由于目前的蓄熱材料可以使用陶瓷填料，它們可以處理腐蝕性或含有顆粒物的VOC氣體。

目前RTO裝置分為旋轉(zhuǎn)式和閥切換式，其中***常見(jiàn)的是閥切換式，由兩個(gè)或兩個(gè)以上的陶瓷填充床組成，通過(guò)切換閥門(mén)來(lái)達(dá)到改變氣流方向的目的。

六、液體吸收法

液體吸收是指有機(jī)廢氣中的有***分子通過(guò)與有機(jī)廢氣接觸轉(zhuǎn)移到吸收劑中，從而實(shí)現(xiàn)分離有機(jī)廢氣的目的。這種處理方法是典型的物理和化學(xué)過(guò)程。有機(jī)廢氣轉(zhuǎn)移到吸附劑后，通過(guò)分析方法去除吸附劑中的有***分子，然后回收，實(shí)現(xiàn)吸附劑的再利用和利用。

根據(jù)作用原理，這種方法可分為化學(xué)方法和物理方法。物理方法是指利用物質(zhì)之間的溶解度原理，以水為吸收劑，去除有機(jī)廢氣中的有***分子，但不溶于水的廢氣，如苯，只能通過(guò)化學(xué)方法去除，即有機(jī)廢氣與溶劑反應(yīng)后被去除。

七、冷凝回收方法

在不同的溫度下，有機(jī)物的飽和度是不同的。冷凝回收法利用有機(jī)物的***性，通過(guò)降低或增加系統(tǒng)壓力，通過(guò)冷凝提取蒸汽環(huán)境中的有機(jī)物。有機(jī)廢氣經(jīng)冷凝提取后，可以得到高度凈化。其缺點(diǎn)是操作困難，常溫下不易使用冷卻水，需要對(duì)冷凝水進(jìn)行冷卻，因此需要更多的費(fèi)用。這種處理方法主要適用于高濃度低溫有機(jī)廢氣的處理。