常见VOCs治理技术问题或缺陷分析.docx

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1、常见VOCs治理技术问题或缺陷分析目录编者按21 .国内外研究现状和发展趋势21. 1.概述22. 2.有机废气治理技术32.2. 1.回收技术31.2. 2.消除技术51.3. 几种常用方法的优缺点汇总比较91.4. 低浓度、大风量有机废气的治理技术101.4. 1.蜂窝轮式浓缩系统101.5. 2.液体吸收法111.6. 3.生物处理法121.7. 4.其它方法122 .常见VoCS治理技术优缺点比较133 .常见VoCS治理技术问题或缺陷173.1.活性炭吸附法173.1.1.处污原理173.1.2.实际应用情况183.1.3.主要问题183.2.低温等离子体技术193.2.1.处污原理

2、193.2.2.实际应用情况203.2.3.主要问题203.3.光催化氧化213.3.1.处污原理213.3.2.实际应用情况223.3.3.主要问题223.4. 生物处理法233. 4.1.处污原理234. 4.2.实际应用情况245. 4.3.主要问题243.5. 燃烧法253.5.1.处污原理253.5.2.实际应用263.5.3.存在的主要问题26编者按任何VOCs治理技术均是针对特定的VOCs废气工况条件来设计后应用的，在不同场合使用不同的VOCS治理技术，就是实现了VoCS的最优方式减排。无法说这个VOCS治理技术一定比那个治理技术好，只能说明在这个工况条件下，这个VOCS治理技术

3、比那个技术更合适。本文针对目前使用的活性炭、等离子、光氧化、生物法以及燃烧法（RT0、RCO等）在原理上的一些缺陷/问题，同时说明这类VOCs减排技术在使用过程中的比价容易出现的问题进行汇总说明。没有不好的VOCS治理技术，只有在特定的VOCS排放工况下而选错的VOCs治理技术。1 .国内外研究现状和发展趋势1.1. 概述有机废气种类繁多，来源广泛，治理难度大，一次性投资和操作费用高，基本上无回收利用价值。成分复杂的有机废气则更加难以净化、分离和回收。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260C以内的有机化合物。从环境监测角度来讲

4、，指以氢焰离子检测器测出的非甲烷烧类检出物的总称，包括燃类、氧燃类、含卤烧类、氮烧及硫燃类化合物。VOCS种类繁多，分布面广，根据部分国外主要环境优先污染物名录，VoCS占80%以上。日本19741985年环境普查表明，在检出的化学毒物中，卤代烧类最多共52种，一般姓类次之共43种，含氮有机物（主要是硝基苯和苯胺类化合物）共40种，以上三类占总检出毒物的70%。VOCS污染严重，与NOx、CmHn在阳光作用下发生光化学反应，吸收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。随着世界各国对VOCs污染的日益重视和环保法规不断严格VOCs的排放标准，其治理技术亦在逐渐

5、改进和完善。1.2. 有机废气治理技术总体而言，按照处理的方法，有机废气处理的方法主要有两类：一类是回收法，另一类是消除法。回收法主要有炭吸附、变压吸附、冷凝法及膜分离技术，回收法是通过物理方法，用温度、压力、选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来分离VOCS的。消除法有热氧化、催化燃烧、生物氧化及集成技术；消除法主要是通过化学或生化反应，用热、催化剂和微生物将有机物转变成为C02和水。1.3. 1.回收技术1.2.1.1.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）的多孔结构，将废气中的VOCS捕获。将含VOCS的有机废气通过活性炭床，其中的VOCS被吸

6、附剂吸附，废气得到净化，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，VOCS被吹脱放出，并与水蒸汽形成蒸汽混合物，一起离开炭吸附床，用冷凝器冷却蒸汽混合物，使蒸汽冷凝为液体。若VOCS为水溶性的，则用精播将液体混合物提纯；若为水不溶性，则用沉析器直接回收VoCs。因涂料中所用的“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情况，其废气处理设备的尺寸和费用正比于气体中VOCS的数量，却相对独立于废气流量；因此，炭吸附床更倾向于稀的大气量物流，一般用于VOCS浓度小于5000ppM的情况。适于喷漆、印刷和粘合剂

7、等温度不高，湿度不大，排气量较大的场合，尤其对含卤化物的净化回收更为有效。1.2.1.2.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，使有机物冷凝变成液滴，从废气中分离出来，直接回收。但这种情况下，离开冷凝器的排放气中仍含有相当高浓度的VOCs,不能满足环境排放标准。要获得高的回收率，系统需要很高的压力和很低的温度，设备费用显著地增加。冷凝法主要用于高沸点和高浓度的VoCS回收，适用的浓度范围为5%（体积）。12.13.膜分离技术膜分离系统是一种高效的新型分离技术，其流程简单、回收率高、能耗低、无二次污染。膜分离技术的基础就是使用对有机物具有选择渗透性的聚合物膜，该

8、膜对有机蒸气较空气更易于渗透10100倍，从而实现有机物的分离。最简单的膜分离为单级膜分离系统，直接使压缩气体通过膜表面，实现VOCS的分离，但单级膜因分离程度很低，难以达到分离要求，而多级膜分离系统则会大大增加设备投资。MTR开发了一种新型的集成膜系统，仅使用单级膜，就可以大大提高回收率，并降低系统的费用。该技术结合压缩冷凝和膜分离两种技术的特点，来集成实现分离。用压缩机先将进料气提高到一定压力，然后将进料气送到冷却器冷凝，使部分VoCS冷凝下来，冷凝液直接放入储罐。离开冷凝器的非凝气体仍含相当数量的有机物，并具有很高的压力，可以作为膜渗透的驱动力，使膜分离不再需要附加的动力。将非凝气送到膜

9、系统，有机选择渗透膜将气体分成两股物流，脱除了VOCs的未渗透侧的净化气被排放；渗透物流为富集了有机物的蒸汽，该渗透物流循环到压缩机的进口。系统通常可以从进料气中移出VOCs达99%以上，并使排放气中的VOCs达到环保排放标准。该系统的特点是末渗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。1.2.1.4.变压吸附技术该技术利用吸附剂在一定压力下，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，而是通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。其特点是无污染物，回收效率高，可以回收反应性有机物。但是该技术操作费用较高，吸附需要加压

10、，脱附需要减压，环保中应用较少。1.2.1.5.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、大部分含氯溶剂、常用醇类、部分酮类和酯类等的回收。常见的有：苯、甲苯、二甲苯、己烷、庚烷、甲基乙基酮、丙酮、四氯化碳、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，但费用较粒状活性炭吸附要高的多。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、电子行业的二氯甲烷和三氯乙烷的回收。炭吸附法要求废气中的VOCS不能超过5000PPM,并且湿度不能50%；当浓度5000PPM时，则需在吸附前稀释，对部分酮、醛、酯等含活性的物质不适用

11、，该类VOCS会与活性炭或在活性炭表面发生反应，堵塞炭孔，使活性炭失活。冷凝法对高沸点的有机物效果较好，对中等和高挥发的有机物回收效果不好，该法适合VOCS浓度5%的情况，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，降低系统的可靠性，故很少单独使用。膜分离方法适合于处理较浓的物流，即01%VVOe浓度10%,膜系统的费用与进口流速成正比，与浓度则关系不大。它适于高浓度、高价值的有机物回收，其设备费用较高。工业上已经从聚烯烧装置的冲洗气中回收烯燃单体和氮气。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加工中回收氯乙烯单体。此

12、技术非常有前途，随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收手段。1.2.2.消除技术1.2.2.1.热氧化热氧化系统就是火焰氧化器，通过燃烧来消除有机物的，其操作温度高达700C000oCo这样不可避免地具有高的燃料费用，为降低燃料费用，需要回收离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获净化排放气的热量，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。预热后的废气再通过火焰来达到氧化温度，进行净化，间壁换热的缺点是热回收效率不高。蓄热式热氧化（简称RTO）回收热量

13、采用一种新的非稳态热传递方式。主要原理是：有机废气和净化后的排放气交替循环，通过多次不断地改变流向，来最大限度地捕获热量，蓄热系统提供了极高的热能回收。在某个循环周期内，含VoCS的有机废气进入RTo系统，首先进入耐火蓄热床层1（该床层已被前一个循环的净化气加热），废气从床层1吸收热能使温度升高，然后进入氧化室；VOCs在氧化室内被氧化成C02和H20,废气得到净化；氧化后的高温净化气离开燃烧室，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，并储存起来（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。此过程进行到一定时间，气体流动方向被逆转、有机废气从床层2进入系统

14、。此循环不断地吸收和放出热量，作为热阱的蓄热床也不断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%,VOCs的消除率可达99%01.2.2.2.催化燃烧催化燃烧是一种类似热氧化的方式来处理VOCS的，它净化有机物是用伯、钿等贵金属催化剂及过渡金属氧化物催化剂来代替火焰，操作温度较热氧化低一半，通常为250C500C由于温度降低，允许使用标准材料来代替昂贵的特殊材料，大大地降低设备费用和操作费用。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VoCS的有机废气，其热回收达60%75

15、%该类氧化器早己用于工业过程。蓄热催化燃烧（简称为RCO）是一种新的催化技术。它具有RTO高效回收能量的特点和催化反应的低温操作及能量有效性的优点，将催化剂置于蓄热材料的顶部，来使净化达到最优，其热回收率高达95%98%.RCO系统性能的关键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，允许氧化发生在RTo系统温度的一半，既降低了燃料消耗，又降低了设备造价。现在，有的国家已经开始使用RCO技术进行有机废气的消除处理，很多RTO设备己开始转变成RC0,这样可以削减操作费用达33%75%,并增加排放气流量达20%40%1.2. 2.3.集成技术（炭吸附+催化氧化）对于大流量、低浓度的有机废气，单一使用上述方法处理费用太高，不经济。利用炭吸附具有处理低浓度和大气量的优势，先用活性炭捕获废气中的有机物，然后用小得多流量的热空气来脱附，这样可使VOCS富集1015倍，大大地减少了处理废气的体积，使后处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，利用催化燃烧适于处理较高浓度的特点来消除VOCso催化燃烧放出的热量可以通过间壁换热器，来预热进入炭吸附床的脱附气，降低系统的能量需要量。该技术利用炭吸附处理低浓度和大气量的持点，又利用催化床处理适中流量、高浓度的优势，形成一种非