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有機(jī)廢氣中VOCs的收回與處理辦法
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2022-06-30 16:08
有機(jī)廢氣中VOCs的收回與處理辦法
中心提示：曩昔三十年，伴隨著我***經(jīng)濟(jì)高速開展和城市化進(jìn)程的不斷加速，咱們的空氣質(zhì)量遭到了嚴(yán)峻的損壞，舊日的藍(lán)天白云在不少當(dāng)?shù)爻蔀榱嗣?**的回憶，有些當(dāng)?shù)兀?0后甚至連天上有沒有星星都不知道。蒸發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的污染問題日趨嚴(yán)峻，已嚴(yán)峻影響我***可持續(xù)開展和老百姓的日子質(zhì)量。
曩昔三十年，伴隨著我***經(jīng)濟(jì)高速開展和城市化進(jìn)程的不斷加速，咱們的空氣質(zhì)量遭到了嚴(yán)峻的損壞，舊日的藍(lán)天白云在不少當(dāng)?shù)爻蔀榱嗣?**的回憶，有些當(dāng)?shù)兀?0后甚至連天上有沒有星星都不知道。蒸發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的污染問題日趨嚴(yán)峻，已嚴(yán)峻影響我***可持續(xù)開展和老百姓的日子質(zhì)量。
有機(jī)廢氣中VOCs的收回與處理辦法
蒸發(fā)性有機(jī)物(VolatileOrganicCompound)簡稱VOCs***要來自石油化工職業(yè)的排放氣、洗刷用含氯體系有機(jī)物及涂料體系的有機(jī)溶劑。VOCs排放到***氣中會引起健康,環(huán)境、安全等一系列問題。有機(jī)溶劑當(dāng)蒸發(fā)至***氣中時，無法被環(huán)境所分解，故其對環(huán)境的損害不只止于寓居于運(yùn)用涂料的人們。以涂料為例,有機(jī)蒸發(fā)化合物（VOCs）在涂裝剛完工時能夠蒸發(fā)約百分之95-97%，但后邊的2-5%要在后續(xù)幾年才會釋出，讓日子期間的民眾長期曝露在有毒環(huán)境中，這不是一般放個鳳梨、木炭就能消除氣味所能處理的。這些蒸發(fā)性有機(jī)物質(zhì)含有芳烴(甲苯、二甲苯、三甲苯等)、乙酸乙酯、丙酮......等化學(xué)物質(zhì)，會損害中樞神經(jīng)體系、肝、腎、眼、鼻、喉等呼吸體系。
鑒于其損害性,西方發(fā)達(dá)***家均頒布法令對其排放進(jìn)行操控。在我***《***氣污染防治法》***三十六條中規(guī)則:嚴(yán)厲約束向***氣中排放含有毒物質(zhì)的廢氣和粉塵;確需排放的,應(yīng)當(dāng)經(jīng)過凈化處理,不超越規(guī)則的排放規(guī)范。***三十七條規(guī)則:工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的可燃性氣體應(yīng)當(dāng)收回運(yùn)用,不具備收回運(yùn)用條件而向***氣排放的,應(yīng)當(dāng)進(jìn)行防治污染處理。這些均促進(jìn)了VOCs處理技能的開展。
1.VOCs污染物的品種
依據(jù)蒸發(fā)性有機(jī)物的結(jié)構(gòu)可分成8類,如表1所示。
表1常見可收回的VOCs
表1常見可收回的VOCs
2.有機(jī)溶劑收回與處理辦法
現(xiàn)在,處理VOCs的辦法***要分為損壞法和非損壞法。損壞法包含焚燒法和催化氧化,將VOCs轉(zhuǎn)化為CO2和H2O;非損壞法***要有冷凝、吸收、吸贊同膜別離。
碳吸贊同冷凝法早已工業(yè)化。碳吸附法運(yùn)用范圍***廣,對苯、醋酸乙酯、氯仿等VOCs的收回十分有用;冷凝法***要用于收回高沸點(diǎn)和高濃度的VOCs;膜別離技能以其高效、節(jié)能、環(huán)保和分子級過濾等***性,已廣泛地運(yùn)用于水處理化工、電子、醫(yī)藥、食物加工等***域,成為本世紀(jì)別離技能中***重要技能之一。
2.1焚燒法
焚燒法是指VOCs氣體在高溫文足夠空氣下進(jìn)行完全焚燒，分解成CO2和H2O。在處理石化、印刷、油漆生產(chǎn)和制藥等生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的高濃度VOCs氣體時具有很高的功率。但假如廢氣中還有氯、硫和氮等元素，焚燒后會產(chǎn)生有害氣體，形成二次污染。焚燒法包含直接焚燒法、催化焚燒法、熱力焚燒法。熱力焚燒法指在處理低濃度廢氣時，還需參加助燃?xì)怏w來提升溫度，抵達(dá)去除意圖。催化焚燒法是運(yùn)用催化劑來下降VOCs氣體焚燒所需求的溫度，且能重復(fù)運(yùn)用焚燒產(chǎn)生的熱量，如Yang等研發(fā)的CuO/CeO2-ZrO2/TiO2催化劑，溫度抵達(dá)270℃時可完全去除乙酸乙酯。催化焚燒法廣泛運(yùn)用于煉焦、化工和金屬印刷等職業(yè)，具有較高的積極效益。近年來，***內(nèi)外研究者不斷開發(fā)新的催化劑，以抵達(dá)節(jié)能和經(jīng)濟(jì)的雙重效益。
2.2吸收法
吸收法是運(yùn)用液體溶劑吸收廢氣中的VOCs，以抵達(dá)凈化廢氣的意圖?，F(xiàn)在多以水、輕柴油作為吸收溶劑，該辦法設(shè)備簡略，對低濃度VOCs廢氣的處理具有很***的效果。但要做***對吸收劑的處理，防止形成二次污染。岑超相等以檸檬酸鈉溶液為吸收液進(jìn)行脫除甲苯廢氣的實(shí)驗(yàn)研究，去除率達(dá)93%，并從飽滿的檸檬酸鈉溶液中蒸餾收回甲苯，蒸餾后的吸收液還可重復(fù)運(yùn)用，仍保持較高的吸收功率。
2.3冷凝法
冷凝法是***簡略的收回辦法,該法的原理:經(jīng)過將操作溫度操控在VOC的沸點(diǎn)以下而將VOC冷凝下來,然后抵達(dá)收回VOC的意圖。一般運(yùn)用的冷卻介質(zhì)***要有冷水、冷凍鹽水和液氨。一般該技能僅用于VOC含量高(百分之幾)、氣體量較小的有機(jī)廢氣的收回處理。其收回率與有機(jī)物的沸點(diǎn)有關(guān),沸點(diǎn)較高時,收回率高;沸點(diǎn)較低時,收回效果欠***。
因?yàn)?**部分VOCs系易燃、易爆氣體,遭到爆破極限的約束,氣體中的VOC含量不會太高,所以,要抵達(dá)較高的收回率,需選用較很低溫度的冷凝介質(zhì)或選用高壓辦法,這些都勢必會添加設(shè)備出資和提高處理成本,而且在一般的操作條件下,因?yàn)橄嗥胶獾闹萍s,有機(jī)物蒸汽壓較高,故脫離冷凝器的排氣中的VOC含量仍不能抵達(dá)排放規(guī)范,該法一般不單***運(yùn)用,常與其它辦法(如吸附、吸收、膜別離法等)聯(lián)合運(yùn)用,這兒不作具體介紹。
2.4吸附法
吸附法早已用于VOCs的收回處理。尤其是活性炭吸附法已經(jīng)廣泛運(yùn)用于苯系物、鹵代烴的吸附處理。商業(yè)化的吸附劑有粒狀活性炭和活性炭纖維兩種,它們的吸附原理和工藝流程完全相同。其它的吸附劑,如沸石、分子篩等,也已在工業(yè)上得到運(yùn)用,但因費(fèi)用較高而約束了它們的廣泛運(yùn)用。吸附法又分為固定床吸附法、活動床吸附法和濃縮輪吸附法。
2.4.1固定床吸附法
固定床吸附法的***點(diǎn)是吸附與脫附在同一個床層上完成,為了保證吸附進(jìn)程的連續(xù)性,需求2臺或2臺以上的吸附器一起工作,其中一些吸附器進(jìn)行吸附時,另一些進(jìn)行再生?；钚蕴渴沁\(yùn)用***為廣泛的固定床吸附劑,因?yàn)槠淙菀孜剿?所以不適用于溫度高于40℃、氣體相對濕度超越50%的氣體的吸附處理;此外也不適用于易發(fā)生反響、活性***的溶劑的吸附,該類有機(jī)物會與活性炭或在活性炭外表進(jìn)行反響而阻塞碳孔,這種狀況可選用炭纖維或沸石作為吸附劑。
活性炭纖維是以有機(jī)化合物纖維(如聚丙烯、酚醛樹脂、聚乙烯醇等)為基本質(zhì)料經(jīng)***殊加工制成的。它是一種很細(xì)的纖維狀物質(zhì),具有巨***的比外表積、外表面積和十分發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu),纖維上有很多微孔能夠直接與有機(jī)物接觸而不是象顆?；钚蕴磕菢右冉?jīng)過***孔、過渡孔,才干抵達(dá)微孔,因此,活性炭纖維更易于吸附低濃度的VOC。與顆?；钚蕴勘容^,其吸附有機(jī)物的能力高出1.5～2.0倍,吸附速度也快3倍左右。因?yàn)榛钚蕴坷w維的吸附能力強(qiáng),故吸附裝置能夠小型化,吸附劑的用量也能夠少些,下降處理費(fèi)用。
2.4.2活動床吸附法
活動床吸附體系由吸附單元和脫附單元組成。廢氣由吸附床底部進(jìn)入,自下而上地活動,使吸附劑流態(tài)化,VOCs與吸附劑接觸后被吸附,凈化后的廢氣由***部排出,吸附了VOCs的吸附劑由底部排出,進(jìn)入脫附單元。在脫附單元內(nèi),加熱吸附劑,使有機(jī)物脫附出來,將氣體引入冷凝單元去收回有機(jī)溶劑。再生后的吸附劑送回吸附單元***部繼續(xù)進(jìn)行吸附操作。
2.4.3濃縮輪法
濃縮輪是一個裝滿吸附劑的旋轉(zhuǎn)輪。廢氣由旋轉(zhuǎn)輪的上游側(cè)進(jìn)入濃縮輪的吸附區(qū),其中被吸附凈化后的廢氣由旋轉(zhuǎn)輪的下游排出;一起另一股流量較小的、溫度較高的脫附氣朝廢氣氣流相反的方向進(jìn)入濃縮輪的脫附區(qū),將已吸附的VOC脫附出來。濃縮輪以必定速度緩慢旋轉(zhuǎn),這樣在一個體系內(nèi)就能夠完結(jié)吸贊同脫附操作,使VOC得到濃縮,******下降了設(shè)備出資。
2.5膜別離法
2.5.1氣體膜別離原理
膜法氣體別離的基本原理是依據(jù)混合氣體中各組分在壓力的推動下透過膜的傳遞速率不同,然后抵達(dá)別離意圖。對不同結(jié)構(gòu)的膜,氣體經(jīng)過膜的傳遞擴(kuò)散方式不同,因此別離機(jī)理也各異?，F(xiàn)在常見的氣體經(jīng)過膜的別離機(jī)理有兩種:其一,氣體經(jīng)過多孔膜的微孔擴(kuò)散機(jī)理;其二,氣體經(jīng)過非多孔膜的溶解—擴(kuò)散機(jī)理。膜別離廣泛運(yùn)用于工業(yè)污水處理、氣體別離、食物加工進(jìn)程和石油化工制品等。因?yàn)槟e離操作溫度為室溫,且物質(zhì)不發(fā)生相改變,具有節(jié)能、高效的***點(diǎn)。
2.5.2膜法處理VOCs的進(jìn)程
在VOCs的別離進(jìn)程中一般選用橡膠態(tài)高分子膜,如硅橡膠膜,其別離進(jìn)程如圖1所示:
有機(jī)蒸汽別離膜的示意圖
含有VOCs的氣流,在必定的壓差效果下,VOCs***先透過膜,在膜的浸透側(cè)形成富VOCs氣流,而在膜的截留側(cè)形成貧VOCs氣流,***要含有氮?dú)狻⒀鯕?、甲烷等不易浸透的氣體。
2.5.3膜法處理VOCs的工藝
1)緊縮一冷凝一膜別離
關(guān)于高濃度的VOCs，在2%?40%(V%)的氣流，***要選用緊縮冷凝和膜體系相結(jié)合的工藝。流程圖如2所示。這樣的集成技能能夠使VOCs的收回率抵達(dá)95%?99%，而非深冷的緊縮冷凝工藝只能收回60%左右的VOCs。一起選用本工藝流程能夠?qū)⒃瓉淼牡蜏乩淠栈馗臑槌乩淠栈兀缭赑VC工業(yè)中氯乙烯VCM)單體的收回?，F(xiàn)在的工藝是選用-20°C下來深冷收回，并保證冷凝器出口排放物抵達(dá)規(guī)范，假如選用圖2的流程，則冷凝能夠選用常溫冷凝，未冷凝的VCM經(jīng)過膜體系的提濃后，進(jìn)一步緊縮冷凝，經(jīng)過調(diào)整膜面積和操作參數(shù)能夠使膜截留側(cè)VCM的濃度抵達(dá)排放的要求。這樣能夠防止周期地凍結(jié)冷凝器和維持低冷凝溫度的高操作費(fèi)用。
緊縮冷凝和膜體系
2)膜別離—真空—冷凝
有一些廢氣,如含有苯、甲苯、二甲苯的空氣中,VOCs的含量可達(dá)幾千到幾萬ppm,直接緊縮冷凝,往往得不到液體的VOCs,這時選用圖3所示的工藝。鼓風(fēng)機(jī)將含VOCs的空氣送到膜外表,用真空泵在膜的浸透側(cè)形成必定的真空,供給氣體浸透的推動力,使得VOCs在浸透側(cè)得到富集,然后用冷凝的辦法將富集的VOCs以液態(tài)的形式加以收回。在膜的截留側(cè)VOCs的含量很低,一般能夠直接排放。
膜別離-真空-冷凝體系
3結(jié)語
依據(jù)廢氣的物理和化學(xué)性質(zhì),選擇不同的收回辦法或幾種辦法的組合來收回VOCs廢氣中的有機(jī)溶劑,不只能夠減輕環(huán)境污染,還會獲得必定的經(jīng)濟(jì)效益。
現(xiàn)在,在我***,粒狀活性炭法和活性炭纖維法已經(jīng)完成了工業(yè)化;膜別離法收回VOCs剛剛開始研究,完成工業(yè)化還有一段距離。膜別離法在物流流量和VOCs濃度方面習(xí)慣范圍較寬,彌補(bǔ)了炭吸附法和冷凝法的缺乏,擴(kuò)展了VOCs收回的品種,為各職業(yè)有機(jī)廢氣中VOCs的收回供給了一種切實(shí)有用的辦法。
