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各种VOC治理方案及其优弊端
一、国内外研究现状和发展趋向
有机废气种类众多,本源广泛,治理难度大,一次性投资和操作花费高,基本上无回收利用价值。成分复杂的有机废气则更犯难以净化、分别和回收。
挥发性有机化合物
(VOCs)作为有机化合物主要分支
,是指在常温下饱和蒸气压大于
70Pa、
常压下沸点在260℃之内的有机化合物
。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种类繁
多,分布面广,依据部格外国主要环境
优先污染物名录,VOCs占80%以上。日本1974-
l985年环境普查表示
,在检出的化学毒物中
,卤代烃类最多共
52种,一般烃类次之共
43种,
含氮有机物(主若是硝基苯和苯***类化合物
)共40
种,以上三类占总检出毒物的
70%。
VOCs污染严重,与NOx、CnHm在阳光作用下发生光化学反应
,汲取地表红外辐射引起温室
效应;破坏臭氧层形成臭氧空洞
,引起人体致癌和动植物中毒。
跟着VOCs污染范围的不停扩大和人们对其危害的逐渐认识
,1979
年结合国欧洲经济委员
会在日内瓦召开跨国大气污染会议
,要点谈论了VOCs控制问题,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,美国订正了洁净空气法
(CAA),要求到
2000年将VOCs的排放量减少
70%。为此,
开发VOCs代替产品,找寻VOCs控制最优技术已成为解决
VOCs污染的必由之路。
跟着世界各国对
VOC污染的日趋重视和环保法规不停严格
VOC的排放标准,其治理技术
亦在逐渐改良和完美
。
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(一)有机废气治理技术
早在1925
年欧洲就开发出固定床活性碳吸附装置
,1958年日本也开始使用该项技术
。这
是一种特别经典
、成熟的方法,可用于治理任何浓度的常温有机废气
,但办理低浓度、狂风量
有机废气时,设备宏大,不经济。对于排气温度较高的高浓度有机废气的治理
,第一由美国于
1950年开发成功以天然气为燃料的直接燃烧
技术。1965
年日本与美国合作
,将该项技术引入
日本。该法需将有机废气加热到
760℃,方可将有机溶剂氧化分解为无害的
CO2和H2O,其缺
点是燃料费高,故在欧美等天然气廉价的地区应用广泛
。今后代们开发出催化燃烧技术
,因为
催化剂的作用可在300—350℃的低温下将有机溶剂氧化分解
,所以大大降低
了燃料费而且产
生的NOx量特别少。其弊端是需对废气中易引起催化剂中毒的物质和粉尘进行前办理
,别的,
在催化燃烧装置中使用的热交换器换热效率较低
,约在50%。为了提升热效率
,降低运行成
本,美国于1975年开发出换热效率在
90%以上的蓄热式燃烧装置
。因为其运行花费的降低
,
所以,可用于治理中等浓
度有机废气。随后欧洲也睁开了该项技术的开发
。日本针对美国蓄热
燃烧方式又开发出催化燃烧装置的改良型
——蓄热催化氧化方法
,并于1977年由日铁化工机
第一售出产品。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治理
。
整体而言,依据办理的方法
,有机废气办理的方法主要有两类
:一类是回收法
,另一类是
除掉法。回收法主要有炭吸附
、变压吸附、冷凝法及膜分别技术
,回收法是经过物理方法
,用
温度、压力、选择性吸附剂和选择性浸透膜等方法来分别
VOC的。除掉法有热氧化
、催化燃烧、
生物氧化及集成技术;除掉法主若是经过化学或生
化反应,用热、催化剂和微生物将有机物转
变为为CO2和水。
1、回收技术
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(1)炭吸附法炭吸附是目前最广泛使用的回收技术,其原理是利用吸附剂(粒状活性炭和活性炭纤维)
的多孔构造,将废气中的VOC捕捉。将含VOC的有机废气经过活性炭床,此中的VOC被吸附剂吸附,废气获取净化,而排入大气。当炭吸附达到饱和后,对饱和的炭床进行脱附再生;通入水蒸汽加热炭层,VOC被吹脱放出,并与水蒸汽形成蒸汽混杂物,一起走开炭吸附床,用冷凝器冷却蒸汽混杂物,使蒸汽冷凝为液体。若VOC为水溶性的,则用精馏将液体混杂物提纯;若为水不溶性,则用沉析器直接回收VOC。因涂猜中所用的“三苯”与水互不相溶,故可以直接回收。炭吸附技术主要用于废气中组分比较简单、有机物回收利用价值较高的状况,其废气办理设备的尺寸和花费正比于气体中VOC的数目,却相对独立于废气流量;所以,炭吸附床更偏向于稀的大肚量物流,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,排肚量较大的场合,特别对含卤化物的净化回收更加有效。(2)冷凝法冷凝法是最简单的回收技术,将废气冷却使其温度低于有机物的露点温度,使有机物冷凝变为液滴,从废气中分别出来,直接回收。但这种状况下,走开冷凝器的排放气中仍含有相当高浓度的VOC,不可以满足环境排放标准。要获取高的回收率,系统需要很高的压力和很低的温度,设备花费明显地增加。冷凝法主要用于高沸点和高浓度的VOC回收,适用的浓度范围为>5%(体积)。(3)膜分别技术膜分别系统是一种高效的新式分别技术,其流程简单、回收率高、能耗低、无二次污染。膜分别技术的基础就是使用对有机物拥有选择浸透性的聚合物膜,该膜对有机蒸气较空气更易于浸透10-100倍,从而实现有机物的分别。
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最简单的膜分别为单级膜分别系统,直接使压缩气体经过膜表面,实现VOC的分别,但单级膜因分别程度很低,难以达到分别要求,而多级膜分别系统则会大大增加设备投资。MTR开发了一种新式的集成膜系统,仅使用单级膜,就可以大大提升回收率,并降低系统的花费。该技术结合压缩冷凝和膜分别两种技术的特色,来集成实现分别。用压缩机先将进料气提升到必定压力,而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。走开冷凝器的非凝气体仍含相当数目的有机物,并拥有很高的压力,可以作为膜浸透的驱动力,使膜分别不再需要附带的动力。将非凝气送到膜系统,有机选择浸透膜将气体分成两股物流,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,该浸透物流循环到压缩机的进口。系统平时可以从进料气中移出VOC达99%以上,并使排放气中的VOC达到环保排放标准。该系统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定。4)变压吸附技术该技术利用吸附剂在必定压力下,先吸附有机物。当吸附剂吸附饱和后,进行吸附剂的再生。再生不是利用蒸汽,而是经过压力变换来将有机物脱附。当压力降低时,有机物从吸附剂表面脱附放出。其特色是无污染物,回见效率高,可以回收反应性有机物。但是该技术操作花费较高,吸附需要加压,脱附需要减压,环保中应用较少。
回收技术的适用范围:粒状活性炭主要用于脂肪和芳香族碳氢化合物、大部分含***溶剂、常用醇类、部分***类和酯类等的回收。常有的有:苯、甲苯、二甲苯、己烷、庚烷、***乙基***、***、四***化碳、醋酸乙酯等,活性炭纤维吸附则可回收苯乙烯和丙烯晴等反应性单体,但花费较粒状活性炭吸附要
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高的多。吸附法已广泛用在喷漆行业的“三苯”、醋酸乙酯、制鞋行业的“三苯”,印刷行业的甲苯、醋酸乙酯、电子行业的二***甲烷和三***乙烷的回收。炭吸附法要求废气中的VOC不可以超出5000PPM,而且湿度不可以>50%;当浓度>5000PPM时,则需在吸附前稀释,对部分***、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表面发生反应,拥堵炭孔,使活性炭失活。冷凝法对高沸点的有机物成效较好,对中等和高挥发的有机物回见成效不好,该法合适VOC浓度>5%的状况,回收率不高。而大部分废气中均存在水分,温度低于0℃时会结冰,降低系统的靠谱性,故极少单独使用。膜分别方法合适于办理较浓的物流,%<VOC浓度<10%,膜系统的花费与进口流速成正比,与浓度则关系不大。它适于高浓度、高价值的有机物回收,其设备花费较高。工业上已经从聚烯烃装置的冲洗气中回收烯烃单体和氦气。在环保领域,从加油站回收碳氢化合物;从制冷设备、气雾剂及泡沫塑料的生产和使用过程中回收CFC,从PVC加工中回收***乙烯单体。此技术特别有前程,跟着新高效膜的出现和系统造价的降低,它会成为一种重要的回罢手段。2、除掉技术(1)热氧化热氧化系统就是火焰氧化器,经过燃烧来除掉有机物的,其操作温度高达700℃-1,000℃。这样不行防备地拥有高的燃料花费,为降低燃料花费,需要回收走开氧化器的排放气中的热量。回收热量有两种方式,传统的间壁式换热和新的非稳态蓄热换热技术。间壁式热氧化是用列管或板式间壁换热器来捕捉净化排放气的热量,它可以回收40%-70%的热能,并用回收的热量来预热进入氧化系统的有机废气。预热后的废气再经过分焰来达到氧化温度,进行净化,间壁换热的弊端是热回见效率不高。
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蓄热式热氧化(简称RTO)回收热量采纳一种新的非稳态热传达方式
。主要原理是:有机废气
和净化后的排放气交替循环
,经过多次不停地改变流向
,来最大限度地捕捉热量
,蓄热系统提
供了极高的热能回收
。
在某个循环周期内
,含VOC的有机废气进入
RTO系统,第一进入耐火蓄热床层
1(该床
层已被前一个循环的净化气加热
),废气从床层
1汲取热能使温度高升,而后进入氧化室;
VOC在氧化室内被氧化成
CO2和H2O,废气获取净化;氧化后的高温净化气走开燃烧室
,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,并储蓄起来(用来预热下一个循环的
进入系统的有机废气
),并使净化排放气的温度降低
。此过程进行到一准时间
,气体流动方向被
逆转、有机废气从床层
2进入系统。此循环不停地汲取和放出热量
,作为热阱的蓄热床也不停
地以进口和出口的操作方式改变
,产生了高效热能回收
,热回收率可高达
95%,VOC的除掉
率可达99%。(2)催化燃烧催化燃烧是一种近似热氧化的方式来办理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取代火焰,操作温度较热氧化低一半,平时为250℃-500℃。因为温度降低,同意使用标准资料来取代昂贵的特别资料,大大地降低设备花费和操作花费。与热氧化相似,系统仍可分为间壁式和蓄热式两类热量回收方式。间壁式催化燃烧是在催化床后设一个换热器,该换热器在降低排放气温度的同时,也预热含VOC的有机废气,其热回收达60%—75%。该类氧化器早已用于工业过程。蓄热催化燃烧(简称为RCO)是一种新的催化技术。它拥有RTO高效回收能量的特色和催化反应的低温操作及能量有效性的长处,将催化剂置于蓄热资料的顶部,来使净化达到最优,其热回收率高达95%-98%。
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RCO系统性能的要点是使用专用的催化剂,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,同意氧化发生在RTO系统温度的一半,既降低了燃料耗费,又降低了设备造价。此刻,有的国家已经开始使用RCO技术进行有机废气的除掉办理,很多RTO设备已开始转变为RCO,这样可以减少操作花费达33%-75%,并增加排放气流量达20%-40%。(3)集成技术(炭吸附+催化氧化)对于大流量、低浓度的有机废气,单一使用上述方法办理花费太高,不经济。利用炭吸附拥有办理低浓度和大肚量的优势,先用活性炭捕捉废气中的有机物,而后用小得多流量的热空气来脱附,这样可使VOC富集10—15倍,大大地减少了办理废气的体积,使后办理设备的规模也大幅度地降低。把浓缩后的气体送到催化燃烧装置中,利用催化燃烧适于办理较高浓度的特色来除掉VOC。催化燃烧放出的热量可以经过间壁换热器,来预热进入炭吸附床的脱附气,降低系统的能量需要量。该技术利用炭吸附办理低浓度和大肚量的持点,又利用催化床办理适中流量、高浓度的优势,形成一种特别有效的集成技术。国内也已开始利用此技术,用于喷漆、印刷和制鞋等排放大流量、低浓度有机废气行业的治理。
除掉技术的使用范围:(1)热氧化热氧化系统在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,用简单的金属换热器来捕捉热量,仅在几分钟即达到所需的操作条件,最适于循环操作。蓄热热氧化拥有特别高的氧化温度,可以办理难以热分解的有机物,该系统98%-99%的
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VOC除掉率是很常有的。热回见效率为
85%-95%。仅需少许或不需燃料即可运行
,特别是对
拥有相对低VOC含量的气体,它们比间壁热氧化花费更低。
热氧化的弊端是:①在高温燃烧中产生了
NOx,它也为危险排放物
,需要进一步治理
;②
较慢的热反应;③不可以满意地办理卤化物
,必要加后办理装置清洗塔
,来办理酸性气体;④进
气浓度不可以>25%LEL;⑤高的设备投资花费
。
(2)催化氧化
催化氧化是在比热氧化低的温度下进行
,平时为250℃-500℃,其办理能力为
2000-
20,000m3/h,适于VOC浓度为
100-2000PPM,其除掉效率高达
95%以上。低的操作温度结
合间壁换热器,可以降低启动所需的燃料
。
催化燃烧较热氧化有几个长处
:①反应温度较热氧化低一半
,节约了燃料;②逗留时间短,
降低了设备尺寸
;③因为燃料减少,生成的CO也少,CO和VOC一起被变换;④较热氧化系
统需更少的启动和冷却时间
;⑤低的操作温度,消除了NOx的生成;⑥因温度降低,同意使用
标准资料来取代昂贵的特别资料
,RCO系统的
整个机械寿命将增加
。
催化氧化也有不足:①催化剂易被重金属或颗粒覆盖而失活
;②办理卤化物和硫化物时
,
会产生酸性气体
,需用清洗塔进一步办理
;③废催化剂如不可以循环使用
,也要办理;④进气浓
度不可以>25%。
(3)集成技术(炭吸附+催化燃烧)
炭吸附进行
VOC回收已广泛用于喷漆
、印刷和电子工业等行业
,除掉率可达
90%-95%,
但对低浓度废气
,从经济上考虑,回收不经济,故采纳除掉技术。
集成技术的长处就是用较低的花费来办理低浓度
、大肚量的废气,经过浓缩废气,降低了
需办理废气的体积
,用较小体积的催化燃烧氧化器来办理大流量的废气
,降低设备花费和操作
花费。
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该法也有不足,此技术均不合适废气中含有高活性、易反应的VOC和相对湿度大于50%的状况,对含卤化合物的废气仍需使用后办理设备。因而可知,上述各种方法各有其优弊端和适用对象,现对此中几种常用方法的优弊端汇总比较以下。热力燃烧法TO
,不需要预办理,不稳固要素少,靠谱性高在废气浓度高、设计合理的条件下,可回用热能
办理温度高,能耗大存在二次污染燃烧装置、燃烧室、热回收装置造价高,维修较难办理大流量、低浓度废气能耗过大,运行花费高
RTO拥有TO的各项长处,但对复杂的有机废气需要预办理能耗远低于TO,可办理大流量低浓度废气
办理温度比TO低,但仍较高,因此仍有少许二次污染造价较高占地面积大
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范文模范指导参照催化燃烧法CO
净化效率高,,在同样条件下约比TO低50%,因此运行花费低用电能预热时,不可以办理低浓度废气催化剂成本高,且有使用寿命限制复杂废气需预办理
RCO
净化效率高,无二次污染在各种燃烧法中能耗最低,废气浓度在1-,(4g/m3),不然催化床会超温复杂废气需预办理
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