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          有機廢氣處理技術的優缺點
          作者:富诗特 发布于:2019-03-19 13:43:23 点击量:

          衆所周知,工業生産過程中會産生大量對大氣環境有危害的有機氣體。當前,中國的大氣環境已受到嚴重汙染,北方許多地區出現了嚴重霧霾天氣。在這種情況下,必須加大有機廢氣處理技術的研發力度,通過提高廢氣處理技術來降低其對大氣環境的危害。本文從VOC氣體的危害入手,分析了其相關處理技術。

          1 VOC及其危害概述

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          1.1 VOC概述

          挥发性的有机化合物,简称为VOC(VolatileOrganic Compounds)),在工业生产中,通常作为溶剂来使用,使用之后便散发到大气中。现阶段,其应用比较广泛的领域包括石油化工、印刷、人造革及电子元器件、烤漆和医药等。

          1.2 VOC危害概述

          從化學物質的性質來看,在工業生産等領域,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。這些有機溶劑如果揮發到大氣環境中,不僅會對大氣環境造成嚴重汙染,而且人體呼入被汙染的氣體後,對人體健康産生危害。比如苯,它常常被當作一種溶劑來使用,作爲溶劑揮發到大氣環境中,不僅可以被人體的皮膚所吸收,而且還可通過呼吸系統進入人體內部,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造成一定的損害,而且還可能造成神經系統的障礙,進入人體後還會危害血液和造血器官,如果情況比較嚴重,甚至會有出血症狀或患上敗血症。氧化作用下,苯在生物體內可氧化成苯酚,從而造成肝功能異常,對骨骼的生長發育十分不利,誘發再生障礙性貧血。如果苯蒸汽濃度過高,生物可能因急性中毒而死亡。因此,ACGIH把苯列爲潛在致癌物質。鹵代烴類化合物會引發神經症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,這不僅是對環境負責,也是對我們的生命健康負責。

          2 VOC废气处理技术

          當前,VOC廢氣處理技術主要包括熱破壞法、變壓吸附分離與淨化技術、吸附法和氧化處理方法等。

          2.1熱破壞法

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

          热破坏法对于浓度较低的有机废气处理效果比较好,因此,在处理低浓度废气中得到了广泛应用。这种方法主要分为两种,即直接火焰燃烧和催化燃烧。直接火焰燃烧对有机废气的热处理效率相对较高,一般情况下可达到 99%。而催化燃烧指的是在催化床层的作用下,加快有机废气的化学反应速度。这种方法比直接燃烧用时更少,但是如果离开催化剂辅助,则无法发挥作用。现阶段,可作为催化剂使用的大都是金属、金属盐。这两种催化剂的催化效果虽说比较好,技术也已经相当成熟,但是其价格却比较高,所以处理成本也就比较高。近年来,催化剂研制多集中在非贵金属催化剂方向,取得了比较大的进展。

          此外,在催化有機廢氣過程中,還需要有催化劑的載體,其起著提高催化活性和穩定性的重要作用。當前,多以陶瓷作爲催化劑載體,但在未來的催化劑研究當中,應加快研發高效活性催化劑及其載體。

          2.2吸附法

          有機廢氣中的吸附法主要適用于低濃度、高通量有機廢氣。現階段,這種有機廢氣的處理方法已經相當成熟,能量消耗比較小,但是處理效率卻非常高,而且可以徹底淨化有害有機廢氣。

          但是這種方法也存在一定缺陷,它需要的設備體積比較龐大,而且工藝流程比較複雜;如果廢氣中有大量雜質,則容易導致工作人員中毒。所以,使用此方法處理廢氣的關鍵在于吸附劑。當前,采用吸附法處理有機廢氣,多使用活性炭,主要是因爲活性炭細孔結構比較好,吸附性比較強。

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

          2.3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廢氣,是使用微生物的生理過程把有機廢氣中的有害物質轉化爲簡單的無機物,比如CO2、H2O和其它簡單無機物等。這是一種無害的有機廢氣處理方式。

          一般情况下,一个完整的生物处理有机废气过程包括3个基本步骤:a) 有机废气中的有机污染物首先与水接触,在水中可以迅速溶解;b) 在液膜中溶解的有机物,在液态浓度低的情况下,可以逐步扩散到生物膜中,进而被附着在生物膜上的微生物吸收;c) 被微生物吸收的有机废气,在其自身生理代谢过程中,将会被降解,最终转化为对环境没有损害的化合物质。

          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,在有機廢氣與分離淨化裝置中,氣體的壓力會出現一定的變化,通過這種壓力變化來處理有機廢氣。

          PSA 技术主要应用的是物理法,通过物理法来实现有机废气的净化,使用材料主要是沸石分子筛。沸石分子筛,在吸附选择性和吸附量两方面有一定优势。在一定温度和压力下,这种沸石分子筛可以吸附有机废气中的有机成分,然后把剩余气体输送到下个环节中。在吸附有机废气后,通过一定工序将其转化,保持并提高吸附剂的再生能力,进而可让吸附剂再次投入使用,然后重复上步骤工序,循环反复,直到有机废气得到净化。

          近年來,該技術開始在工業生産中應用,對于氣體分離有良好效果。該技術的主要優勢有:能源消耗少、成本比較低、工序操作自動化及分離淨化後混合物純度比較高、環境汙染小等。使用該技術對于回收和處理有一定價值的氣體效果良好。

          2.5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和方法。氧化法的基本原理:VOC與O2發生氧化反應,生成CO2和H2O,化學方程式如下:

          aCxHyOz+bO2cCO2+dH2O

          从化学反应方程式上看,该氧化反应和化学上的燃烧过程相类似,但其由于VOC浓度比较低,在化学反应中不会产生肉眼可见的火焰。一般情况下,氧化法通过两种方法可确保氧化反应的顺利进行:a) 加热。使含有VOC的有机废气达到反应温度;b) 使用催化剂。如果温度比较低,则氧化反应可在催化剂表面进行。所以,有机废气处理的氧化法分为以下两种方法:

          a) 催化氧化法。现阶段,催化氧化法使用的催化剂有两种,即贵金属催化剂和非贵金属催化剂。贵金属催化剂主要包括Pt、Pd等,它们以细颗粒形式依附在催化剂载体上,而催化剂载体通常是金属或陶瓷蜂窝,或散装填料;非贵金属催化剂主要是由过渡元素金属氧化物,比如MnO2,与粘合剂经过一定比例混合,然后制成的催化剂。为有效防止催化剂中毒后丧失催化活性,在处理前必须彻底清除可使催化剂中毒的物质,比如Pb、Zn和Hg等。如果有机废气中的催化剂毒物、遮盖质无法清除,则不可使用这种催化氧化法处理VOC;

          b) 热氧化法。热氧化法当前分为三种:热力燃烧式、间壁式、蓄热式。三种方法的主要区别在于热量回收方式。这三种方法均能催化法结合,降低化学反应的反应温度。

          技術的發展方向。

          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,焚燒爐內産生的熱混合區可對VOC廢氣預熱,預熱後便可爲有機廢氣的處理提供足夠空間、時間,最終實現有機廢氣的無害化處理。

          在供氧充足條件下,氧化反應的反應程度——VOC去除率——主要取決于“三T條件”:反應溫度(Temperat)、時間(Time)、湍流混合情況(Turbulence)。這“三T條件”是相互聯系的,在一定範圍內,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,導致裝置操作費用比較高。

          间壁式热氧化器指的是在热氧化装置中,加入间壁式热交换器,进而把燃烧室排出气体的热量传送给氧化装置进口处温度比较低的气体,预热完成后便可促成氧化反应。现阶段,间壁式热交换器的热回收率最高可达85%,因此大幅降低了辅助燃料的消耗。一般情况下,间壁式热交换器有三种形式:管式、壳式和板式。由于热氧化温度必须控制在800 ℃~1 000 ℃范围内,因此,间壁式热交换必须由不锈钢或合金材料制成。所以间壁式热交换器的造价相当高,而这也是其缺点所在。此外,材料的热应力也很难消除,这是间壁式热交换的另外一个缺点。

          蓄熱式熱氧化器,簡稱爲RTO,在熱氧化裝置中計入蓄熱式熱交換器,在完成VOC預熱後便可進行氧化反應。現階段,蓄熱式熱氧化器的熱回收率已經達到了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。

          現階段,RTO裝置分爲旋轉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,通過切換閥門來達到改變氣流方向的目的。

          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,把有機廢氣中的有害分子轉移到吸收劑中,從而實現分離有機廢氣的目的。這種處理方法是一種典型的物理化學作用過程。有機廢氣轉移到吸收劑中後,采用解析方法把吸收劑中有害分子去除掉,然後回收,實現吸收劑的重複使用和利用。

          從作用原理的角度劃分,此方法可分爲化學方法和物理方法。物理方法是指利用物質之間相溶的原理,把水看作吸收劑,把有機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,則只能通過化學方法清除,也就是通過有機廢氣與溶劑發生化學反應,然後予以去除。

          2.7冷凝回收法

          在不同溫度下,有機物質的飽和度不同,冷凝回收法便是利用有機物這一特點來發揮作用,通過降低或提高系統壓力,把處于蒸汽環境中的有機物質通過冷凝方式提取出來。冷凝提取後,有機廢氣便可得到比較高的淨化。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廢氣處理。

          有機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氧化法等。這些方法均適用于有機廢氣處理,但具體采用何種方法,則取決于廢氣濃度、設備裝置和環境溫度等條件。此外,還需要考慮操作人員的操作水平。

          3結語

          當前,中國的工業發展進入到了一個新階段,環境問題的日益突出影響到了人們的正常工作和生活,環境問題越來越受到人們的關注。所以在這種形勢下,必須控制工業等生産領域有害氣體的排放,減少其對大氣環境的汙染。在本文中,主要探討了VOC廢氣處理的相關技術,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。

          摘要敘述了VOC及其危害,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危害.

          来源: 《能源与节能》 作者 王治民 , 孙建薇


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