七大VOC廢氣處理技術(shù)工藝詳解
2018-09-25 08:35:47
小沐管家
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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。本文介紹其中七種工藝。
熱破壞法是指直接和輔助燃燒有機氣體，也就是VOC，或利用合適的催化劑加快VOC的化學(xué)反應，最終達到降低有機物濃度，使其不再具有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，因此，在處理低濃度廢氣中得到了廣泛應用。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(xué)反應速度。這種方法比直接燃燒用時(shí)更少，是高濃度、小流量有機廢氣凈化的首選技術(shù)。有機廢氣中的吸附法主要適用于低濃度、高通量有機廢氣?，F階段，這種有機廢氣的處理方法已經(jīng)相當成熟，能量消耗比較小，但是處理效率卻非常高，而且可以徹底凈化有害有機廢氣。實(shí)踐證明，這種處理方法值得推廣應用。但是這種方法也存在一定缺陷，它需要的設備體積比較龐大，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，采用吸附法處理有機廢氣，多使用活性炭，主要是因為活性炭細孔結構比較好，吸附性比較強。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，有機廢氣的處理將會(huì )更加安全和有效。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(guò)程把有機廢氣中的有害物質(zhì)轉化為簡(jiǎn)單的無(wú)機物，比如CO2、H2O和其它簡(jiǎn)單無(wú)機物等。這是一種無(wú)害的有機廢氣處理方式。一般情況下，一個(gè)完整的生物處理有機廢氣過(guò)程包括3個(gè)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(jìn)而被附著(zhù)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(guò)程中，將會(huì )被降解，最終轉化為對環(huán)境沒(méi)有損害的化合物質(zhì)。四、VOC廢氣處理技術(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，在有機廢氣與分離凈化裝置中，氣體的壓力會(huì )出現一定的變化，通過(guò)這種壓力變化來(lái)處理有機廢氣[6]。
PSA 技術(shù)主要應用的是物理法，通過(guò)物理法來(lái)實(shí)現有機廢氣的凈化，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?jì)煞矫嬗幸欢▋?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(gè)環(huán)節中。在吸附有機廢氣后，通過(guò)一定工序將其轉化，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，然后重復上步驟工序，循環(huán)反復，直到有機廢氣得到凈化。近年來(lái)，該技術(shù)開(kāi)始在工業(yè)生產(chǎn)中應用，對于氣體分離有良好效果。該技術(shù)的主要優(yōu)勢有：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)有機廢氣處理技術(shù)的發(fā)展方向。對于有毒、有害，而且不需要回收的VOC，熱氧化法是最適合的處理技術(shù)和方法。氧化法的基本原理：VOC與O2發(fā)生氧化反應，生成CO2和H2O，化學(xué)方程式如下：
從化學(xué)反應方程式上看，該氧化反應和化學(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的順利進(jìn)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(jìn)行[7]。所以，有機廢氣處理的氧化法分為以下兩種方法：現階段，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;熱氧化法當前分為三種：熱力燃燒式、間壁式、蓄熱式。三種方法的主要區別在于熱量回收方式。這三種方法均能催化法結合，降低化學(xué)反應的反應溫度。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，焚燒爐內產(chǎn)生的熱混合區可對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(shí)間，最終實(shí)現有機廢氣的無(wú)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(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，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，導致裝置操作費用比較高。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，預熱完成后便可促成氧化反應?，F階段，間壁式熱交換器的熱回收率最高可達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，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)相當高，而這也是其缺點(diǎn)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(gè)缺點(diǎn)。蓄熱式熱氧化器，簡(jiǎn)稱(chēng)為RTO，在熱氧化裝置中計入蓄熱式熱交換器，在完成VOC預熱后便可進(jìn)行氧化反應?，F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。現階段，RTO裝置分為旋轉式和閥門(mén)切換式兩種，其中，閥門(mén)切換式是最常見(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)達到改變氣流方向的目的。液體吸收法指的是通過(guò)吸收劑與有機廢氣接觸，把有機廢氣中的有害分子轉移到吸收劑中，從而實(shí)現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(xué)作用過(guò)程。有機廢氣轉移到吸收劑中后，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(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(guò)化學(xué)方法清除，也就是通過(guò)有機廢氣與溶劑發(fā)生化學(xué)反應，然后予以去除。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(diǎn)來(lái)發(fā)揮作用，通過(guò)降低或提高系統壓力，把處于蒸汽環(huán)境中的有機物質(zhì)通過(guò)冷凝方式提取出來(lái)。冷凝提取后，有機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。