技術(shù)簡(jiǎn)介:
隨著工業(yè)化程度的不斷提高,VOCs的污染有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì)。而隨著蕞近環(huán)保政策的愈加嚴(yán)厲,對(duì)有機(jī)污染廢氣的排放控制就顯得更為重要了。當(dāng)前,VOCs治理有兩類(lèi)基本技術(shù),一類(lèi)是回收技術(shù),治理的基本思路是對(duì)排放的VOCs進(jìn)行吸收、過(guò)濾、分離,然后進(jìn)行提純等處理,再資源化循環(huán)利用。另一類(lèi)是銷(xiāo)毀技術(shù),處理的基本思路是通過(guò)燃燒等化學(xué)反應(yīng),把排放的VOCs分解化合轉(zhuǎn)化為其他無(wú)毒無(wú)害的物質(zhì)。目前,這兩類(lèi)技術(shù)都得到研究和應(yīng)用。
工藝簡(jiǎn)介:
目前的揮發(fā)性有機(jī)污染物的治理包括破壞性,非破壞性方法,及這兩種方法的組合。
破壞性的方法包括燃燒、生物氧化、熱氧化、光催化氧化,低溫等離子體及其集成的技術(shù),主要是由化學(xué)或生化反應(yīng),用光,熱,微生物和催化劑將VOCs轉(zhuǎn)化成CO 2和H2O等無(wú)毒無(wú)機(jī)小分子化合物。
非破壞性法,即回收法,主要是碳吸附、吸收、冷凝和膜分離技術(shù),通過(guò)物理方法,控制溫度,壓力或用選擇性滲透膜和選擇性吸附劑等來(lái)富集和分離揮發(fā)性有機(jī)化合物。
傳統(tǒng)的揮發(fā)性廢氣處理常用吸收、吸附法去除,燃燒去除等,在蕞近幾年中,半導(dǎo)體光催化劑的技術(shù)體,低溫等離子得到了迅速發(fā)展。
下面一起來(lái)數(shù)點(diǎn)下國(guó)內(nèi)外都有哪些VOCs治理工藝:
一、VOCs治理技術(shù)——熱破壞法
熱破壞法是指直接和輔助燃燒有機(jī)氣體,也就是VOC,或利用合適的催化劑加快VOC的化學(xué)反應(yīng),蕞終達(dá)到降低有機(jī)物濃度,使其不再具有危害性的一種處理方法。
熱破壞法對(duì)于濃度較低的有機(jī)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(yīng)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(duì)有機(jī)廢氣的熱處理效率相對(duì)較高,一般情況下可達(dá)到 99%。而催化燃燒指的是在催化床層的作用下,加快有機(jī)廢氣的化學(xué)反應(yīng)速度。這種方法比直接燃燒用時(shí)更少,是高濃度、小流量有機(jī)廢氣凈化的首 選技術(shù)。
二、VOCs治理技術(shù)——吸附法
有機(jī)廢氣中的吸附法主要適用于低濃度、高通量有機(jī)廢氣?,F(xiàn)階段,這種有機(jī)廢氣的處理方法已經(jīng)相當(dāng)成熟,能量消耗比較小,但是處理效率卻非常高,而且可以徹底凈化有害有機(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一定缺陷,它需要的設(shè)備體積比較龐大,而且工藝流程比較復(fù)雜;如果廢氣中有大量雜質(zhì),則容易導(dǎo)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(dāng)前,采用吸附法處理有機(jī)廢氣,多使用活性炭,主要是因?yàn)榛钚蕴考?xì)孔結(jié)構(gòu)比較好,吸附性比較強(qiáng)。
此外,經(jīng)過(guò)氧化鐵或臭氧處理,活性炭的吸附性能將會(huì)更好,有機(jī)廢氣的處理將會(huì)更加安全和有效。
三、VOCs治理技術(shù)——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(jī)廢氣,是使用微生物的生理過(guò)程把有機(jī)廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物,比如CO2、H2O和其它簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物等。這是一種無(wú)害的有機(jī)廢氣處理方式。
一般情況下,一個(gè)完整的生物處理有機(jī)廢氣過(guò)程包括3個(gè)基本步驟:a) 有機(jī)廢氣中的有機(jī)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(jī)物,在液態(tài)濃度低的情況下,可以逐步擴(kuò)散到生物膜中,進(jìn)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(jī)廢氣,在其自身生理代謝過(guò)程中,將會(huì)被降解,蕞終轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境沒(méi)有損害的化合物質(zhì)。
四、VOCs治理技術(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(jī)廢氣與分離凈化裝置中,氣體的壓力會(huì)出現(xiàn)一定的變化,通過(guò)這種壓力變化來(lái)處理有機(jī)廢氣。
PSA 技術(shù)主要應(yīng)用的是物理法,通過(guò)物理法來(lái)實(shí)現(xiàn)有機(jī)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?jī)煞矫嬗幸欢▋?yōu)勢(shì)。在一定溫度和壓力下,這種沸石分子篩可以吸附有機(jī)廢氣中的有機(jī)成分,然后把剩余氣體輸送到下個(gè)環(huán)節(jié)中。在吸附有機(jī)廢氣后,通過(guò)一定工序?qū)⑵滢D(zhuǎn)化,保持并提高吸附劑的再生能力,進(jìn)而可讓吸附劑再次投入使用,然后重復(fù)上步驟工序,循環(huán)反復(fù),直到有機(jī)廢氣得到凈化。
近年來(lái),該技術(shù)開(kāi)始在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用,對(duì)于氣體分離有良好效果。該技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)有:能源消耗少、成本比較低、工序操作自動(dòng)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(duì)于回收和處理有一定價(jià)值的氣體效果良好,市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊,成為未來(lái)有機(jī)廢氣處理技術(shù)的發(fā)展方向。
五、VOCs治理技術(shù)——氧化法
對(duì)于有毒、有害,而且不需要回收的VOC,熱氧化法是蕞適合的處理技術(shù)和方法。氧化法的基本原理:VOC與O2發(fā)生氧化反應(yīng),生成CO2和H2O,化學(xué)方程式如下:
從化學(xué)反應(yīng)方程式上看,該氧化反應(yīng)和化學(xué)上的燃燒過(guò)程相類(lèi)似,但其由于VOC濃度比較低,在化學(xué)反應(yīng)中不會(huì)產(chǎn)生肉眼可見(jiàn)的火焰。一般情況下,氧化法通過(guò)兩種方法可確保氧化反應(yīng)的順利進(jìn)行:a) 加熱。使含有VOC的有機(jī)廢氣達(dá)到反應(yīng)溫度;b) 使用催化劑。如果溫度比較低,則氧化反應(yīng)可在催化劑表面進(jìn)行。 所以,有機(jī)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(xì)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(guò)渡元素金屬氧化物,比如MnO2,與粘合劑經(jīng)過(guò)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,在處理前必須徹底清除可使催化劑中毒的物質(zhì),比如Pb、Zn和Hg等。如果有機(jī)廢氣中的催化劑毒物、遮蓋質(zhì)無(wú)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(dāng)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(xué)反應(yīng)的反應(yīng)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(guò)程中,焚燒爐內(nèi)產(chǎn)生的熱混合區(qū)可對(duì)VOC廢氣預(yù)熱,預(yù)熱后便可為有機(jī)廢氣的處理提供足夠空間、時(shí)間,蕞終實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的無(wú)害化處理。
在供氧充足條件下,氧化反應(yīng)的反應(yīng)程度——VOC去除率——主要取決于“三T條件”:反應(yīng)溫度(Temperat)、時(shí)間(Time)、湍流混合情況(Turbulence)。這“三T條件”是相互聯(lián)系的,在一定范圍內(nèi),一個(gè)條件的改善可使另外兩個(gè)條件降低。熱力燃燒式熱氧化器的缺點(diǎn)在于:輔助燃料價(jià)格高,導(dǎo)致裝置操作費(fèi)用比較高。
間壁式熱氧化器指的是在熱氧化裝置中,加入間壁式熱交換器,進(jìn)而把燃燒室排出氣體的熱量傳送給氧化裝置進(jìn)口處溫度比較低的氣體,預(yù)熱完成后便可促成氧化反應(yīng)?,F(xiàn)階段,間壁式熱交換器的熱回收率蕞高可達(dá)85%,因此大幅降低了輔助燃料的消耗。一般情況下,間壁式熱交換器有三種形式:管式、殼式和板式。由于熱氧化溫度必須控制在800 ℃~1 000 ℃范圍內(nèi),因此,間壁式熱交換必須由不銹鋼或合金材料制成。所以間壁式熱交換器的造價(jià)相當(dāng)高,而這也是其缺點(diǎn)所在。此外,材料的熱應(yīng)力也很難消除,這是間壁式熱交換的另外一個(gè)缺點(diǎn)。
蓄熱式熱氧化器,簡(jiǎn)稱(chēng)為RTO,在熱氧化裝置中計(jì)入蓄熱式熱交換器,在完成VOC預(yù)熱后便可進(jìn)行氧化反應(yīng)?,F(xiàn)階段,蓄熱式熱氧化器的熱回收率已經(jīng)達(dá)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(dāng)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(xiàn)階段,RTO裝置分為旋轉(zhuǎn)式和閥門(mén)切換式兩種,其中,閥門(mén)切換式是蕞常見(jiàn)的一種,由2個(gè)或多個(gè)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、VOCs治理技術(shù)——液體吸收法
液體吸收法指的是通過(guò)吸收劑與有機(jī)廢氣接觸,把有機(jī)廢氣中的有害分子轉(zhuǎn)移到吸收劑中,從而實(shí)現(xiàn)分離有機(jī)廢氣的目的。這種處理方法是一種典型的物理化學(xué)作用過(guò)程。有機(jī)廢氣轉(zhuǎn)移到吸收劑中后,采用解析方法把吸收劑中有害分子去除掉,然后回收,實(shí)現(xiàn)吸收劑的重復(fù)使用和利用。
從作用原理的角度劃分,此方法可分為化學(xué)方法和物理方法。物理方法是指利用物質(zhì)之間相溶的原理,把水看作吸收劑,把有機(jī)廢氣中的有害分子去除掉,但是對(duì)于不溶于水的廢氣,比如苯,則只能通過(guò)化學(xué)方法清除,也就是通過(guò)有機(jī)廢氣與溶劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng),然后予以去除。
七、VOCs治理技術(shù)——冷凝回收法
在不同溫度下,有機(jī)物質(zhì)的飽和度不同,冷凝回收法便是利用有機(jī)物這一特點(diǎn)來(lái)發(fā)揮作用,通過(guò)降低或提高系統(tǒng)壓力,把處于蒸汽環(huán)境中的有機(jī)物質(zhì)通過(guò)冷凝方式提取出來(lái)。冷凝提取后,有機(jī)廢氣便可得到比較高的凈化。其缺點(diǎn)是操作難度比較大,在常溫下也不容易用冷卻水來(lái)完成,需要給冷凝水降溫,所以需要較多費(fèi)用。這種處理方法主要適用于濃度高且溫度比較低的有機(jī)廢氣處理。