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廢氣處理之VOCs治理技術(shù)全解析

時間:2017-5-27閱讀:2535
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    VOCs是揮發(fā)性有機化合物(volatile organic compounds)的英文縮寫。普通意義上的VOC就是指揮發(fā)性有機物;但是環(huán)保意義上的定義是指活潑的一類揮發(fā)性有機物,即會產(chǎn)生危害的那一類揮發(fā)性有機物。本文詳細介紹了七種VOC廢氣處理的主要技術(shù)。
    一、VOC廢氣處理技術(shù)——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,zui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。

 

熱破壞法對于濃度較低的有機廢氣處理效果比較好,因此,在處理低濃度廢氣中得到了廣泛應用。這種方法主要分為兩種,即直接火焰燃燒和催化燃燒。直接火焰燃燒對有機廢氣的熱處理效率相對較高,一般情況下可達到 99%。而催化燃燒指的是在催化床層的作用下,加快有機廢氣的化學反應速度。這種方法比直接燃燒用時更少,是高濃度、小流量有機廢氣凈化的技術(shù)。

二、VOC廢氣處理技術(shù)——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?,F(xiàn)階段,這種有機廢氣的處理方法已經(jīng)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*凈化有害有機廢氣。實踐證明,這種處理方法值得推廣應用。

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,而且工藝流程比較復雜;如果廢氣中有大量雜質(zhì),則容易導致工作人員中毒。所以,使用此方法處理廢氣的關(guān)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,主要是因為活性炭細孔結(jié)構(gòu)比較好,吸附性比較強。

此外,經(jīng)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。

 

三、VOC廢氣處理技術(shù)——生物處理法

生物法凈化voc廢氣是近年發(fā)展起來的空氣污染控制技術(shù),它比傳統(tǒng)工藝投資少,運行費用低,操作簡單,應用范圍廣,是zui有望替代燃燒法和吸附凈化法的新技術(shù)。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(zhì)轉(zhuǎn)化為簡單的無機物,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。生物凈化法實際上是利用微生物的生命活動將廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變成簡單的無機物(如二氧化碳和水)以及細胞物質(zhì)等,主要工藝有生物洗滌法,生物過濾法和生物滴濾法。


 

不同成分、濃度及氣量的氣態(tài)污染物各有其有效的生物凈化系統(tǒng)。生物洗滌塔適宜于處理凈化氣量較小、濃度大、易溶且生物代謝速率較低的廢氣;對于氣量大、濃度低的廢氣可采用生物過濾床;而對于負荷較高以及污染物降解后會生成酸性物質(zhì)的則以生物滴濾床為好。

生物法處理有機廢氣是一項新的技術(shù),由于反應器涉及到氣,液,固相傳質(zhì),以及生化降解過程,影響因素多而復雜,有關(guān)的理論研究及實際應用還不夠深入廣泛,許多問題需要進一步探討和研究。

一般情況下,一個完整的生物處理有機廢氣過程包括3個基本步驟:a) 有機廢氣中的有機污染物首先與水接觸,在水中可以迅速溶解;b) 在液膜中溶解的有機物,在液態(tài)濃度低的情況下,可以逐步擴散到生物膜中,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,在其自身生理代謝過程中,將會被降解,zui終轉(zhuǎn)化為對環(huán)境沒有損害的化合物質(zhì)。
 

四、VOC廢氣處理技術(shù)——變壓吸附分離與凈化技術(shù)

變壓吸附分離與凈化技術(shù)是利用氣體組分可吸附在固體材料上的特性,在有機廢氣與分離凈化裝置中,氣體的壓力會出現(xiàn)一定的變化,通過這種壓力變化來處理有機廢氣。

PSA 技術(shù)主要應用的是物理法,通過物理法來實現(xiàn)有機廢氣的凈化,使用材料主要是沸石分子篩。沸石分子篩,在吸附選擇性和吸附量兩方面有一定優(yōu)勢。在一定溫度和壓力下,這種沸石分子篩可以吸附有機廢氣中的有機成分,然后把剩余氣體輸送到下個環(huán)節(jié)中。在吸附有機廢氣后,通過一定工序?qū)⑵滢D(zhuǎn)化,保持并提高吸附劑的再生能力,進而可讓吸附劑再次投入使用,然后重復上步驟工序,循環(huán)反復,直到有機廢氣得到凈化。

 

近年來,該技術(shù)開始在工業(yè)生產(chǎn)中應用,對于氣體分離有良好效果。該技術(shù)的主要優(yōu)勢有:能源消耗少、成本比較低、工序操作自動化及分離凈化后混合物純度比較高、環(huán)境污染小等。使用該技術(shù)對于回收和處理有一定價值的氣體效果良好,市場發(fā)展前景廣闊,成為未來有機廢氣處理技術(shù)的發(fā)展方向。

五、VOC廢氣處理技術(shù)——氧化法

對于有毒、有害,而且不需要回收的VOC,熱氧化法是的處理技術(shù)和方法。氧化法的基本原理:VOC與O2發(fā)生氧化反應,生成CO2和H2O。

從化學反應方程式上看,該氧化反應和化學上的燃燒過程相類似,但其由于VOC濃度比較低,在化學反應中不會產(chǎn)生肉眼可見的火焰。一般情況下,氧化法通過兩種方法可確保氧化反應的順利進行:a) 加熱。使含有VOC的有機廢氣達到反應溫度;b) 使用催化劑。如果溫度比較低,則氧化反應可在催化劑表面進行。所以,有機廢氣處理的氧化法分為以下兩種方法:

a) 催化氧化法?,F(xiàn)階段,催化氧化法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Pt、Pd等,它們以細顆粒形式依附在催化劑載體上,而催化劑載體通常是金屬或陶瓷蜂窩,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,比如MnO2,與粘合劑經(jīng)過一定比例混合,然后制成的催化劑。為有效防止催化劑中毒后喪失催化活性,在處理前必須*清除可使催化劑中毒的物質(zhì),比如Pb、Zn和Hg等。如果有機廢氣中的催化劑毒物、遮蓋質(zhì)無法清除,則不可使用這種催化氧化法處理VOC;

b) 熱氧化法。熱氧化法當前分為三種:熱力燃燒式、間壁式、蓄熱式。三種方法的主要區(qū)別在于熱量回收方式。這三種方法均能催化法結(jié)合,降低化學反應的反應溫度。

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(qū)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(nèi)產(chǎn)生的熱混合區(qū)可對VOC廢氣預熱,預熱后便可為有機廢氣的處理提供足夠空間、時間,zui終實現(xiàn)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”是相互的,在一定范圍內(nèi),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。

直燃式廢氣處理爐

•所需溫度:攝氏700-800度

•對應廢氣種類:所有

•廢氣凈化效率在99.8%以上

•搭配廢氣機熱回收系統(tǒng)可有效降低工廠營運成本


催化式廢氣處理爐(RCO)

•所需溫度:攝氏300-400度

•根據(jù)廢氣濃度而啟動的自燃性

•系統(tǒng)設計利用前處理劑和觸媒清潔可延長設備使用年限

•可在前端配置各種吸附材

RCO處理技術(shù)特別適用于熱回收率需求高的場合,也適用于同一生產(chǎn)線上,因產(chǎn)品不同,廢氣成分經(jīng)常發(fā)生變化或廢氣濃度波動較大的場合。尤其適用于需要熱能回收的企業(yè)或烘干線廢氣處理,可將能源回收用于烘干線,從而達到節(jié)約能源的目的。

優(yōu)點:工藝流程簡單、設備緊湊、運行可靠;凈化效率高,一般均可達98%以上;與RTO相比燃燒溫度低;一次性投資低,運行費用低,其熱回收效率一般均可達85%以上;整個過程無廢水產(chǎn)生,凈化過程不產(chǎn)生NOX等二次污染;RCO凈化設備可與烘房配套使用,凈化后的氣體可直接回用到烘房利用,達到節(jié)能減排的目的;

缺點:催化燃燒裝置僅適用含低沸點有機成分、灰分含量低的有機廢氣的處理,對含油煙等粘性物質(zhì)的廢氣處理則不宜采用,催化劑宜中毒;處理有機廢氣濃度在20%以下。

蓄熱式廢氣處理爐(RTO)

•所需溫度:攝氏800-900度

•低于500ppm的甲苯濃度也可以啟動自燃性系統(tǒng)設計

•可實現(xiàn)與RCO配合使用

適用于大風量、低濃度,適用于有機廢氣濃度在100PPM—20000PPM之間。其操作費用低,有機廢氣濃度在450PPM以上時,RTO裝置不需添加輔助燃料;凈化率高,兩床式RTO凈化率能達到98%以上,三床式RTO凈化率能達到99%以上,并且不產(chǎn)生NOX等二次污染;全自動控制、操作簡單;安全性高。

優(yōu)點:在處理大流量低濃度的有機廢氣時,運行成本非常低。

缺點:較高的一次性投資,燃燒溫度較高,不適合處理高濃度的有機廢氣,有很多運動部件,需要較多的維護工作。

圖為RTO(蓄熱式熱力焚燒技術(shù))濃縮及廢熱回收系統(tǒng),可將低濃度、大風量的VOCs廢氣濃縮為高濃度、小風量的廢氣,然后高溫燃燒,并將儲熱體的熱量重新回收,利用在廢氣預熱和熱轉(zhuǎn)換設備上。

 

六、回收式熱力焚燒系統(tǒng)

回收式熱力焚燒系統(tǒng)(簡稱TNV)是利用燃氣或燃油直接燃燒加熱含有機溶劑的廢氣,在高溫作用下,有機溶劑分子被氧化分解為CO2和水,產(chǎn)生的高溫煙氣通過配套的多級換熱裝置加熱生產(chǎn)過程需要的空氣或熱水,充分回收利用氧化分解有機廢氣時產(chǎn)生的熱能,降低整個系統(tǒng)的能耗。因此,TNV系統(tǒng)是生產(chǎn)過程需要大量熱量時,處理含有機溶劑廢氣、理想的處理方式,對于新建涂裝生產(chǎn)線,一般采用TNV回收式熱力焚燒系統(tǒng)。

TNV系統(tǒng)由三大部分組成:廢氣預熱及焚燒系統(tǒng)、循環(huán)風供熱系統(tǒng)、新風換熱系統(tǒng)

廢氣焚燒集中供熱裝置的特點包括:有機廢氣在燃燒室的逗留時間為1~2s;有機廢氣分解率大于99%;熱回收率可達76%;燃燒器輸出的調(diào)節(jié)比可達26∶1,zui高可達40∶1。

缺點:在處理低濃度有機廢氣時,運行成本較高;管式熱交換器只是在連續(xù)運行時,才有較長的壽命。


七、VOC廢氣處理技術(shù)——冷凝回收法

在不同溫度下,有機物質(zhì)的飽和度不同,冷凝回收法便是利用有機物這一特點來發(fā)揮作用,通過降低或提高系統(tǒng)壓力,把處于蒸汽環(huán)境中的有機物質(zhì)通過冷凝方式提取出來。冷凝提取后,有機廢氣便可得到比較高的凈化。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。通常適用于VOC含量高(百分之幾),氣體量較小的有機廢氣的回收處理,由于大部分VOC是易燃易爆氣體,受到爆炸極限的限制,氣體中的VOC含量不會太高,所以要達到較高的回收率,需采用很低溫度的冷凝介質(zhì)或高壓措施,這勢必會增加設備投資和處理成本,因此,該技術(shù)一般是作為一級處理技術(shù)并與其它技術(shù)結(jié)合使用。

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