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常熟有機廢氣處理原理

一、有機廢氣吸附-脫附-冷凝回收技術(shù)工藝

有機廢氣凈化裝置采用的是吸附法和冷凝法組合的方式凈化有機廢氣。充分發(fā)揮兩者的優(yōu)點凈化效率高，把它們的弊端進行可利用的轉(zhuǎn)化，對吸附物的再生處理利用低溫水蒸氣脫附，恢復吸附體的活性，對脫附下來的有機物回收利用。對于有機廢氣的凈化這是目前比較*的治理方法。

1.應用范圍

有機廢氣凈化裝置適用于凈化處理常溫、中低風量、中高濃度的有機廢氣，可處理的有機溶劑包括苯類、酮類、脂類、醇類、醛類、醚類、烷類和其混合類。該裝置可應用于家具行業(yè)、石油化工、煤化工、人造革、紡織印染、油漆涂料、橡膠、塑料、制鞋、制藥、電子、化纖、釀造等行業(yè)。

2.工作原理

處理過程可分為三個階段：

(1)用顆粒狀或者纖維狀的活性炭來充分吸附廢氣中有機成分的分子，當吸附到一定的飽和度時即停止吸附;

(2)開始時是利用飽和低壓水蒸氣去加熱吸附飽和的活性炭，將被吸附的有機成分激活氣化而從活性炭中脫附逸出?；謴突钚缘幕钚蕴考纯梢灾匦挛接袡C成分的氣體分子;

(3)后階段就是對脫附出來的有機成分的氣體進行冷凝，使其液化，與水自動分層后回用。

3.技術(shù)特點

(1)操作簡便，節(jié)能省力;

(2)技術(shù)成熟可靠，設(shè)備運行穩(wěn)定;

(3)高性能吸附劑，比表面積大，吸-脫附性能好凈化效率高;

(4)設(shè)備運行安全，系統(tǒng)出現(xiàn)氣流溫度超過正常溫度達120℃時，系統(tǒng)配備有排空閥門，可以根據(jù)系統(tǒng)的自動安全程序進行工作，實現(xiàn)氣流的排空，直至切斷吸附床連接，終止吸附-脫附流程。

二、吸附濃縮+催化氧化技術(shù)工藝流程

采用的處理方法是吸附法和催化法的組合，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)點凈化效率高，把它們的弊端進行可利用的轉(zhuǎn)化，對吸附物的再生處理利用其本身催化燃燒的熱量來進行脫附，恢復吸附體的活性，省去了二次能源，從而補償了催化劑的價格問題。對于有機廢氣的凈化這是目前比較*的治理方法。

1.應用范圍

有機廢氣凈化裝置適用于凈化處理常溫、大風量、中、低濃度的有機廢氣，可處理的有機溶劑包括苯類、酮類、脂類、醇類、醛類、醚類、烷類和其混合類。該裝置可廣泛應用于汽車、造船、摩托車、自行車、家用電器、鋼琴、集裝箱生產(chǎn)廠的噴漆、涂裝車間的有機廢氣凈化，也可與制鞋粘膠、印鐵制罐、化工塑料、印刷油墨、電纜、漆包線等流水線配套使用。

2.工作原理

處理過程可分為三個階段：

(1)用特殊成型的活性炭來充分吸附廢氣中有機成分的分子，當吸附到一定的飽和度時即停止吸附;

(2)第二階段開始時是用附加的加熱器加熱一股氣流，利用熱氣流去加熱吸附飽和的活性炭，將被吸附的有機成分激活氣化而從活性炭中脫附逸出?；謴突钚缘幕钚蕴考纯梢灾匦挛接袡C成分的氣體分子;

(3)對脫被附出來的有機成分的氣體進行加熱，使其達到催化燃燒所需要的溫度進入催化燃燒床，這里說燃燒，實質(zhì)是在催化劑的作用下進行快速激烈的氧化，將有機成分的炭氫分子氧化成CO2和H2O，再通過脫附風機，將其送入吸附床，直到脫附出來的有機成分的分子均被氧化為止，脫附過程即將進行完成。由于在其氧化反應同時能釋放相當多的熱量，就在裝置中設(shè)置了換熱器，利用這個熱量來加熱被脫附出來的有機成分氣體，并終替代加熱器工作。

常熟有機廢氣處理原理

1、VOC及其危害概述

1.1 VOC概述

揮發(fā)性的有機化合物（Volatile Organic Compounds 簡稱為VOC），在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其在石油化工、印刷、人造革及電子元器件、烤漆和醫(yī)藥等領(lǐng)域有比較廣泛的應用，通常作為溶劑來使用，均有良好的揮發(fā)性。

1.2 VOC的危害

這些揮發(fā)性有機溶劑如果揮發(fā)到大氣環(huán)境中，不僅會對大氣環(huán)境造成嚴重污染，而且被吸入呼入人體后會對人體健康產(chǎn)生危害。比如常見溶劑苯，吸入人體后會造成慢性或急性中毒，其他的苯類化合物不僅對人體的中樞神經(jīng)造成損害造成神經(jīng)系統(tǒng)障礙，而且還會危害血液和造血器官，情況嚴重的，甚至會有出血癥狀或患上敗血癥。氧化作用下，苯在生物體內(nèi)可氧化成苯酚，從而造成肝功能異常，對骨骼的生長發(fā)育十分不利，還會誘發(fā)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把苯列為潛在致癌物質(zhì)；鹵代烴類化合物會引發(fā)神經(jīng)癥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(huán)境負責，也是對我們的生命健康負責。

2、VOC廢氣處理技術(shù)

當前，VOC廢氣處理技術(shù)主要包括熱破壞法、變壓吸附分離與凈化技術(shù)、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，或利用合適的催化劑加快VOC的化學分解反應，終達到降低有機物濃度和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，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，現(xiàn)階段使用的催化劑大都是金屬、金屬鹽，這兩種催化劑的催化效果比較好，技術(shù)也已經(jīng)相當成熟，但是其價格卻比較高，催化劑失效后需做回收處理，使用成本比較高。近年來，為了降低成本，科學家們的研制工作更多集中在非貴金屬催化劑方向，也取得了比較大的進展。

此外，還需關(guān)注催化劑載體的研發(fā)，目前的催化劑載體多以陶瓷為主，良好的載體能使催化反應獲得更好的效果。

總之，在未來的催化劑研究當中，應加快研發(fā)更加高效的活性催化劑及其載體。

2.2吸附法

吸附法主要適用于低濃度、高通量的有機廢氣?，F(xiàn)階段，這種的處理方法已經(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。

但是這種方法需要的設(shè)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。當前采用的吸附劑大多為活性炭，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。

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(zhì)轉(zhuǎn)化為簡單的無機物，比如CO2、H2O和其它簡單無機物等。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，會被降解并終轉(zhuǎn)化為對環(huán)境沒有損害的化合物質(zhì)。

2.4變壓吸附分離與凈化技術(shù)

變壓吸附分離與凈化技術(shù)是利用氣體組分在固體吸附材料上吸附特性的差異，通過周期性的壓力變化過程實現(xiàn)氣體的分離與凈化。

PSA 技術(shù)主要應用的是物理法，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。吸附有機廢氣后，再通過一定工序?qū)⑵滢D(zhuǎn)化，使吸附劑的性能得以再生，讓吸附劑再次投入使用，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。因為有能源消耗少、成本較低、工序操作自動化及分離凈化后混合物純度比較高、環(huán)境污染小等技術(shù)優(yōu)勢，在回收和處理有一定價值的氣體時效果良好。

2.5氧化法

對于有毒、有害，而且不需要回收的VOC，熱氧化法理技術(shù)和方法。氧化法的基本原理是讓VOC與O2發(fā)生氧化反應，生成CO2和H2O，化學方程式如下：

aCxHyOz + bO2 → cCO2 + dH2O

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，在化學反應時不會產(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：

①催化氧化法?，F(xiàn)階段，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。

②熱氧化法。目前，熱氧化法分為三種：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。這三種方法均能與催化法結(jié)合，降低化學反應的反應溫度。

技術(shù)的發(fā)展方向。

a. 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，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(Temperature)、時間(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。

b. 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，進而把燃燒室排出氣體的熱量傳送給氧化裝置進口處溫度比較低的氣體，預熱完成后便可促成氧化反應?，F(xiàn)階段，間壁式熱交換器的熱回收率可達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相當高，而這也是其缺點所在。此外，材料的熱應力也很難消除，這是間壁式熱交換的另外一個缺點。

c. 蓄熱式熱氧化器，簡稱為RTO，在熱氧化裝置中計入蓄熱式熱交換器，在完成VOC預熱后便可進行氧化反應?，F(xiàn)階段，蓄熱式熱氧化器的熱回收率已經(jīng)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(xiàn)階段，RTO裝置分為旋轉(zhuǎn)式和閥門切換式兩種，其中，閥的一種，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(zhuǎn)移到吸收劑中，從而實現(xiàn)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(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，實現(xiàn)吸收劑的重復使用和利用。

從作用原理的角度劃分，此方法可分為化學方法和物理方法。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(fā)生化學反應，然后予以去除。

2.7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。

3結(jié)語

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(shè)備裝置和環(huán)境溫度等條件。此外，還需要考慮操作人員的操作水平。

1有機廢氣的成分、來源及危害

揮發(fā)性有機廢氣的成分主要包括脂肪烴、芳香烴、鹵代烴、醇、醛、酮、酯、醚、酚、胺、腈、羧酸等，主要來源于石化、制藥、印刷、涂裝、噴漆、皮革加工、化纖生產(chǎn)、塑料加工等涉及使用大量有機溶劑的行業(yè)的生產(chǎn)過程排放。

有機廢氣成分復雜，易燃、易爆并帶有一定毒性，不僅會污染大氣環(huán)境，生成光化學煙霧，破壞臭氧層?，還會通過呼吸和皮膚吸收進入人體，刺激人的呼吸系統(tǒng)，影響人的神經(jīng)系統(tǒng)和造血系統(tǒng)，損害肝、脾等器官，引起中毒、致癌甚至死亡。

2有機廢氣處理技術(shù)

目前針對有機廢氣治理已發(fā)展出多項處理技術(shù)，根據(jù)處理原理，大體上可將這些技術(shù)分為兩類：一類是回收法，即通過單純改變有機物的溫度、壓力等物理特性或采用選擇性吸附劑等對其進行分離回收;另一類是消除法，即利用化學或生物反應，在一定條件下將有機物氧化分解為無毒或低毒產(chǎn)物。

2.1回收法

回收法主要包括吸附法、吸收法、冷凝法和膜分離法。

2.1.1吸附法

吸附法利用具有多孔結(jié)構(gòu)的吸附劑選擇性地吸附有機廢氣中的污染物，多用于低濃度、高通量有機廢氣的處理。應用吸附法時，吸附劑的選擇是關(guān)鍵。

常用的吸附劑包括活性炭、沸石、氧化鋁、硅膠和一些高分子材料，其中活性炭由于具有較好的選擇性、發(fā)達的孔結(jié)構(gòu)、較大的比表面積、良好的機械強度、理想的生物相容性和化學穩(wěn)定性等特點而成為目前應用多的有機廢氣吸附材料。利用活性炭吸附法可有效吸附廢氣中的芳香烴、脂肪烴、鹵代烴、醇、酮、醚、酯等物質(zhì)，為提高活性炭的吸附性能，可采用酸、堿等對其進行改性。此外，吸附劑的形狀、結(jié)構(gòu)對于吸附性能也會產(chǎn)生一定影響。研究發(fā)現(xiàn)，纖維狀活性炭對于廢氣中苯的吸附能力要比一般的活性炭高1倍～10倍，吸附效果更好。

吸附法工藝成熟，去除效率高，設(shè)備簡單且能耗較低，因此，被廣泛用于有機廢氣的處理。但吸附法運行成本較高，吸附材料吸附容量有限且再生困難，重復使用后吸附效果下降明顯，易失活且失活后的吸附劑的處理也存在一定問題。

2.1.2吸收法

吸收法主要指的是液體吸收法，采用低揮發(fā)或不揮發(fā)性的液體吸收劑對有機廢氣中的有害物質(zhì)進行吸收，從而對廢氣進行處理。根據(jù)吸收原理的不同，液體吸收法可分為物理吸收法和化學吸收法。前者利用物質(zhì)的相似相容原理，通過吸收劑選擇性地吸收與其性質(zhì)相似的有害氣體從而達到凈化目的;后者則是通過吸收劑與有機廢氣之間發(fā)生化學反應，從而實現(xiàn)凈化廢氣、分離污染物的目的。針對不同成分的有機廢氣，選擇合適的吸收劑十分重要。肖瀟等J對比研究了幾種有機廢氣吸收液(二乙基羥胺、聚乙二醇400、硅油、食用油、廢機油、0柴油對甲苯廢氣的吸收效果，發(fā)現(xiàn)在相同實驗條件下，二乙基羥胺對甲苯的吸收效而聚乙二醇和硅油差。近年來利用環(huán)糊精的水溶液作為有機鹵化物的吸收劑也取得了理想效果。

液體吸收法具有投資成本少、運行成本低、操作簡單等優(yōu)勢，適用于高濃度有機廢氣的處理，應用時需對吸收劑進行后期處理，過程復雜且成本較高，同時還易產(chǎn)生二次污染，使得該法的應用受到限制。

2.1.3冷凝法

冷凝法通過降低系統(tǒng)溫度或提高系統(tǒng)壓力使有機污染物冷凝，繼而從廢氣中直接分離出來，適用于高濃度、高沸點有機廢氣的處理。由于加壓設(shè)備較多且比較昂貴，因此，一般采用降溫方式進行冷凝。該法操作簡單、投資成本少、經(jīng)濟效益高，但單采用冷凝法處理后的廢氣仍含有較高濃度的污染物，因此，在實際應用中常將其與其他方法，如吸附法、催化燃燒法等進行聯(lián)用，有利于降低有機負荷、運行條件及成本，分離回收有機廢氣中的部分成分，實現(xiàn)資源利用。

2.1.4膜分離法

膜分離法利用有機物分子與空氣通過高分子膜的溶解擴散速度不同而對有機廢氣中的污染物進行分離，常用的膜分離工藝包括：蒸汽滲透法、氣體膜分離法以及膜基吸收法¨。膜分離法適用于低通量、高濃度有機廢氣的處理，具有操作簡單、高效低耗、無二次污染等優(yōu)點，同時利用膜分離法還可實現(xiàn)對脂肪烴、芳香烴、氯代烴、酮、醛、酚、腈、醇、胺、酸等有機化合物的回收。盡管膜分離法的廢氣處理效果較好，但膜的通量較小且在使用過程中易被污染，設(shè)備投資和運行成本都較高。

2.2消除法

消除法主要包括：燃燒法、脈沖電暈法、低溫等離子技術(shù)、光催化氧化法、臭氧催化氧化法、微波催化氧化法和生物處理法等。

2.2.1燃燒法

燃燒法是利用有機廢氣可以燃燒的性質(zhì)，通過充分燃燒而將揮發(fā)性有機物轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳，主要包括直接燃燒法、熱力燃燒法和催化燃燒法。

直接燃燒法是將廢氣當作燃料進行直接燃燒，所需溫度較高(一般在1100℃左右)，適用于高濃度有機廢氣的處理j。直接火焰燃燒的應用范圍比較廣，投資成本低，設(shè)備簡單，處理效果比較*，在保證時間和適當溫度條件下，處理效率達到99%以上¨，但高溫燃燒容易產(chǎn)生二次污染。

熱力燃燒法是利用熱力交換器對有機廢氣進行升溫加熱，使其在700～800以上的高溫條件下進行燃燒，廢氣處理效率可高達95%～99%。相比直接燃燒法，熱力燃燒法降低了部分能源消耗。

催化燃燒法是利用催化劑在較低溫(200oC～500℃)加熱有機廢氣，使其發(fā)生氧化分解反應，從而實現(xiàn)凈化。常用的催化劑包括非貴金屬類和貴金屬類的催化劑、過渡金屬氧化物和復氧化物催化劑。催化燃燒法具有安全性好、能耗少、無二次污染、凈化效率高等優(yōu)點，但該法在應用過程中容易出現(xiàn)催化劑中毒現(xiàn)象，因此，對于使用條件和操作工藝要很高，此外，貴金屬類催化劑成本較高，經(jīng)濟效益較差。