VOC廢氣處理技術(shù)工藝

 

目前，VOC廢氣處理技術(shù)主要有熱破壞法、變壓吸附分離凈化技術(shù)、吸附法和氧化處理法等。

 

一、VOC廢氣處理技術(shù)——熱銷毀法

 

熱破壞法是指直接和輔助燃燒有機(jī)氣體即VOC，或利用合適的催化劑加速VOC的化學(xué)反應(yīng)，***終降低有機(jī)物濃度使其不再有***的處理方法。

 

熱破壞法對低濃度有機(jī)廢氣的處理具有******的效果，因此被廣泛應(yīng)用于低濃度廢氣的處理。這種方法主要分為兩種，即直接火焰燃燒和催化燃燒。直接火焰燃燒有機(jī)廢氣的熱處理效率相對較高，一般達(dá)到99%。催化燃燒是指在催化床的作用下，加速有機(jī)廢氣的化學(xué)反應(yīng)。這種方法比直接燃燒花費(fèi)的時(shí)間少，但是沒有催化劑的幫助它不能工作。目前使用的催化劑***部分是金屬和金屬鹽。雖然這兩種催化劑的催化效果相對較***，技術(shù)也相當(dāng)成熟，但價(jià)格相對較高，因此處理成本相對較高。近年來，催化劑的研發(fā)***多集中在非貴金屬催化劑方向，并取得了很***進(jìn)展。

 

此外，在催化有機(jī)廢氣的過程中，需要催化劑載體，對提高催化活性和穩(wěn)定性有重要作用。目前，陶瓷多用作催化劑載體，但在未來的催化劑研究中，應(yīng)加快高效活性催化劑及其載體的研發(fā)。

 

二、VOC廢氣處理技術(shù)——吸附法

 

有機(jī)廢氣中的吸附法主要適用于低濃度、高通量的有機(jī)廢氣。目前，有機(jī)廢氣的處理方法已經(jīng)相當(dāng)成熟，能耗低，但處理效率高，能夠徹底凈化有***的有機(jī)廢氣。實(shí)踐證明，這種處理方法值得推廣應(yīng)用。

 

但這種方法也存在設(shè)備體積***、工藝流程復(fù)雜等缺陷。如果廢氣中含有***量雜質(zhì)，很容易導(dǎo)致工人中毒。因此，吸附劑是該方法處理廢氣的關(guān)鍵。目前處理有機(jī)廢氣多采用吸附法，常用活性炭，主要是因?yàn)榛钚蕴康目捉Y(jié)構(gòu)更***，吸附性更強(qiáng)。

 

此外，經(jīng)過氧化鐵或臭氧處理后，活性炭的吸附性能會更***，有機(jī)廢氣的處理也會更安全有效。

 

三、VOC廢氣處理技術(shù)——生物處理法

 

從處理的基本原理來看，有機(jī)廢氣的生物處理是利用微生物的生理過程將有機(jī)廢氣中的有***物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡單的無機(jī)物，如CO2、H2O等簡單的無機(jī)物。這是一種無***化處理有機(jī)廢氣的方法。

 

一般來說，一個完整的有機(jī)廢氣生物處理工藝包括三個基本步驟:a)有機(jī)廢氣中的有機(jī)污染物***先與水接觸，可迅速溶于水；b)在液體濃度較低的情況下，溶解在液膜中的有機(jī)物可以逐漸擴(kuò)散到生物膜中，然后被附著在生物膜上的微生物吸收；c)微生物吸收的有機(jī)廢氣在其自身生理代謝過程中會發(fā)生降解，***終轉(zhuǎn)化為對環(huán)境無***的化合物。

 

四、VOC廢氣處理技術(shù)——變壓吸附分離凈化技術(shù)

 

變壓吸附分離純化技術(shù)利用氣體成分可以吸附在固體材料上的***性。在有機(jī)廢氣分離凈化裝置中，氣體的壓力會發(fā)生一定程度的變化，有機(jī)廢氣將通過這種壓力變化得到處理[6]。

 

變壓吸附技術(shù)主要采用物理方法凈化有機(jī)廢氣，所用材料為沸石分子篩。沸石分子篩在吸附選擇性和吸附容量方面具有一定的***勢。在一定的溫度和壓力下，這種沸石分子篩可以吸附有機(jī)廢氣中的有機(jī)成分，然后將剩余的氣體輸送到下一個環(huán)節(jié)。吸附有機(jī)廢氣后，通過一定的工藝轉(zhuǎn)化，保持和提高吸附劑的再生能力，使吸附劑可以再次投入使用，然后重復(fù)前面的工藝，循環(huán)往復(fù)，直到有機(jī)廢氣得到凈化。

 

近年來，該技術(shù)已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，在氣體分離方面取得了******的效果。該技術(shù)的主要***點(diǎn)是:能耗少、成本低、工藝操作自動化、分離提純后混合物純度高、環(huán)境污染小等。該技術(shù)回收處理有價(jià)氣體效果******，市場前景廣闊，將成為未來有機(jī)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

 

熱氧化是***適合有毒有***且不需要回收的VOC的處理技術(shù)和方法。氧化法基本原理:VOC與O2反應(yīng)生成CO2和H2O，化學(xué)方程式如下:

 

從化學(xué)反應(yīng)方程來看，氧化反應(yīng)類似于化學(xué)燃燒過程，但由于其VOC濃度較低，在化學(xué)反應(yīng)中不會產(chǎn)生可見火焰。一般來說，氧化法可以通過兩種方法保證氧化反應(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。如果溫度相對較低，氧化反應(yīng)可以在催化劑表面進(jìn)行[7]。因此，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。目前用于催化氧化的催化劑有兩種，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鉑、鈀等。，它們以細(xì)顆粒的形式附著在催化劑載體上，催化劑載體通常是金屬或陶瓷蜂窩體或塊狀填料；非貴金屬催化劑主要是將過渡元素金屬氧化物如二氧化錳與粘結(jié)劑按一定比例混合而成。為了有效防止催化劑中毒后失去催化活性，在處理前必須徹底去除能毒***催化劑的物質(zhì)，如鉛、鋅、汞等。如果不能去除有機(jī)廢氣中的催化劑毒物和覆蓋物，這種催化氧化法不能用于處理VOC

 

b)熱氧化法。目前熱氧化方法有三種:熱燃燒法、分區(qū)法和蓄熱法。三種方法的主要區(qū)別在于熱量回收的方式。這三種方法都可以與催化法結(jié)合，降低化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)溫度。

 

熱燃燒熱氧化器一般指氣體焚燒爐。氣體焚燒爐由助燃劑、混合區(qū)和燃燒室組成。其中，天然氣、石油等助燃劑是輔助燃料。在燃燒過程中，焚燒爐內(nèi)產(chǎn)生的熱混合區(qū)可以對VOC廢氣進(jìn)行預(yù)熱，為有機(jī)廢氣的處理提供足夠的空間和時(shí)間，***終實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的無***化處理。

 

在供氧充足的條件下，氧化反應(yīng)的反應(yīng)程度——VOC去除率——主要取決于“三個條件”:反應(yīng)溫度、時(shí)間和湍流。這“三個T條件”是相互關(guān)聯(lián)的。在一定程度上，一個條件的改善可以減少另外兩個條件。熱燃燒熱氧化器的缺點(diǎn)在于輔助燃料價(jià)格高，導(dǎo)致裝置運(yùn)行成本高。

 

分區(qū)熱氧化器是指在熱氧化器中加入分區(qū)換熱器，然后將燃燒室排出的廢氣熱量傳遞給氧化裝置入口處溫度較低的氣體，預(yù)熱后可促進(jìn)氧化反應(yīng)。目前，分區(qū)換熱器的熱回收率可達(dá)85%，******降低了輔助燃料的消耗。一般來說，有三種類型的分區(qū)換熱器:管，殼和板。因?yàn)闊嵫趸瘻囟缺仨毧刂圃?00℃ ~ 1 000℃范圍內(nèi)，所以壁之間的熱交換必須由不銹鋼或合金材料制成。因此，隔板換熱器的成本相當(dāng)高，這也是它的缺點(diǎn)。此外，很難消除材料的熱應(yīng)力，這是壁之間熱交換的另一個缺點(diǎn)。

 

蓄熱式熱氧化器，簡稱RTO，包括熱氧化器中的蓄熱式換熱器，氧化反應(yīng)可在VOC預(yù)熱后進(jìn)行。目前蓄熱式熱氧化器的熱回收率已達(dá)到95%，且占用空間小，消耗的輔助燃料少。由于目前的蓄熱材料可以使用陶瓷填料，它們可以處理腐蝕性或含有顆粒物的VOC氣體。

 

目前RTO裝置分為旋轉(zhuǎn)型和閥切換型，其中***常見的是閥切換型，由兩個或兩個以上的陶瓷填充床組成，通過切換閥可以改變氣流方向。詳見圖1。

 

六、VOC廢氣處理技術(shù)——液體吸收法

 

液體吸收是指有機(jī)廢氣中的有***分子通過與有機(jī)廢氣接觸轉(zhuǎn)移到吸收劑中，從而實(shí)現(xiàn)分離有機(jī)廢氣的目的。這種處理方法是典型的物理和化學(xué)過程。有機(jī)廢氣轉(zhuǎn)移到吸附劑后，通過分析方法去除吸附劑中的有***分子，然后回收，實(shí)現(xiàn)吸附劑的再利用和利用。

 

根據(jù)作用原理，這種方法可分為化學(xué)方法和物理方法。物理法是指利用物質(zhì)之間的溶解度原理，以水為吸收劑，去除有機(jī)廢氣中的有***分子，但不溶于水的廢氣，如苯，只能通過化學(xué)方法去除，即有機(jī)廢氣與溶劑反應(yīng)后被去除。

 

七、VOC廢氣處理技術(shù)——冷凝回收法

 

在不同的溫度下，有機(jī)物的飽和度是不同的。冷凝回收法利用有機(jī)物的***性，通過降低或增加系統(tǒng)壓力，通過冷凝提取蒸汽環(huán)境中的有機(jī)物。經(jīng)過冷凝和萃取，有機(jī)廢氣可以得到高度凈化。它的缺點(diǎn)是操作困難，而且在常溫下不容易使用冷卻水，所以需要冷卻冷凝水，所以需要更多的費(fèi)用。該處理方法主要適用于高濃度低溫有機(jī)廢氣的處理。

 

總結(jié):除了上述處理方法外，有機(jī)廢氣的處理還包括高溫和催化劑燃燒法、活性炭吸附法、臭氧分解法和電化學(xué)氧化法。這些方法都適用于有機(jī)廢氣處理，但具體方法取決于廢氣濃度、設(shè)備和環(huán)境溫度。此外，還要考慮操作人員的操作水平。