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有機廢氣治理技術匯總（回收法+消除法）

作者： 2015年11月10日來源：互聯網瀏覽量：

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按照處理的方法，有機廢氣處理的方法主要有兩類：　　一類是回收法，另一類是消除法。　　回收法主要有炭吸附、變壓吸附、冷凝法及膜分離技術;回收法是通過物理方法，用溫度、壓力、選擇性吸附劑和選擇性滲透膜

　　按照處理的方法，有機廢氣處理的方法主要有兩類：

　　一類是回收法，另一類是消除法。

　　回收法主要有炭吸附、變壓吸附、冷凝法及膜分離技術;回收法是通過物理方法，用溫度、壓力、選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來分離VOC的。

　　消除法有熱氧化、催化燃燒、生物氧化及集成技術;消除法主要是通過化學或生化反應，用熱、催化劑和微生物將有機物轉變成為CO2和水。

　　回收技術

　　(1)炭吸附法

　　炭吸附是目前最廣泛使用的回收技術，其原理是利用吸附劑(粒狀活性炭和活性炭纖維)的多孔結構，將廢氣中的VOC捕獲。將含VOC的有機廢氣通過活性炭床，其中的VOC被吸附劑吸附，廢氣得到凈化，而排入大氣。

　　當炭吸附達到飽和后，對飽和的炭床進行脫附再生;通入水蒸汽加熱炭層，VOC被吹脫放出，并與水蒸汽形成蒸汽混合物，一起離開炭吸附床，用冷凝器冷卻蒸汽混合物，使蒸汽冷凝為液體。若VOC為水溶性的，則用精餾將液體混合物提純;若為水不溶性，則用沉析器直接回收VOC。因涂料中所用的“三苯”與水互不相溶，故可以直接回收。

　　炭吸附技術主要用于廢氣中組分比較簡單、有機物回收利用價值較高的情況，其廢氣處理設備的尺寸和費用正比于氣體中VOC的數量，卻相對獨立于廢氣流量;因此，炭吸附床更傾向于稀的大氣量物流，一般用于VOC濃度小于5000PPM的情況。適于噴漆、印刷和粘合劑等溫度不高，濕度不大，排氣量較大的場合，尤其對含鹵化物的凈化回收更為有效。

　　(2)冷凝法

　　冷凝法是最簡單的回收技術，將廢氣冷卻使其溫度低于有機物的露點溫度，使有機物冷凝變成液滴，從廢氣中分離出來，直接回收。但這種情況下，離開冷凝器的排放氣中仍含有相當高濃度的VOC，不能滿足環境排放標準。要獲得高的回收率，系統需要很高的壓力和很低的溫度，設備費用顯著地增加。

　　冷凝法主要用于高沸點和高濃度的VOC回收，適用的濃度范圍為>5%(體積)。

　　(3)膜分離技術

　　膜分離系統是一種高效的新型分離技術，其流程簡單、回收率高、能耗低、無二次污染。

　　膜分離技術的基礎就是使用對有機物具有選擇滲透性的聚合物膜，該膜對有機蒸氣較空氣更易于滲透10-100倍，從而實現有機物的分離。

　　最簡單的膜分離為單級膜分離系統，直接使壓縮氣體通過膜表面，實現VOC的分離，但單級膜因分離程度很低，難以達到分離要求，而多級膜分離系統則會大大增加設備投資。

　　MTR開發了一種新型的集成膜系統，僅使用單級膜，就可以大大提高回收率，并降低系統的費用。

　　該技術結合壓縮冷凝和膜分離兩種技術的特點，來集成實現分離。用壓縮機先將進料氣提高到一定壓力，然后將進料氣送到冷卻器冷凝，使部分VOC冷凝下來，冷凝液直接放入儲罐。離開冷凝器的非凝氣體仍含相當數量的有機物，并具有很高的壓力，可以作為膜滲透的驅動力，使膜分離不再需要附加的動力。將非凝氣送到膜系統，有機選擇滲透膜將氣體分成兩股物流，脫除了VOC的未滲透側的凈化氣被排放;滲透物流為富集了有機物的蒸汽，該滲透物流循環到壓縮機的進口。系統通常可以從進料氣中移出VOC達99%以上，并使排放氣中的VOC達到環保排放標準。

　　該系統的特點是末滲透物流的濃度獨立于進料氣的濃度，該濃度由冷凝器的壓力和溫度決定。

　　(4)變壓吸附技術

　　該技術利用吸附劑在一定壓力下，先吸附有機物。當吸附劑吸附飽和后，進行吸附劑的再生。再生不是利用蒸汽，而是通過壓力變換來將有機物脫附。當壓力降低時，有機物從吸附劑表面脫附放出。其特點是無污染物，回收效率高，可以回收反應性有機物。但是該技術操作費用較高，吸附需要加壓，脫附需要減壓，環保中應用較少。

　　回收技術的適用范圍

　　粒狀活性炭主要用于脂肪和芳香族碳氫化合物、大部分含氯溶劑、常用醇類、部分酮類和酯類等的回收。常見的有：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，活性炭纖維吸附則可回收苯乙烯和丙烯晴等反應性單體，但費用較粒狀活性炭吸附要高的多。吸附法已廣泛用在噴漆行業的“三苯”、醋酸乙酯、制鞋行業的“三苯”，印刷行業的甲苯、醋酸乙酯、電子行業的二氯甲烷和三氯乙烷的回收。炭吸附法要求廢氣中的VOC不能超過5000PPM，并且濕度不能>50%;當濃度>5000PPM時，則需在吸附前稀釋，對部分酮、醛、酯等含活性的物質不適用，該類VOC會與活性炭或在活性炭表面發生反應，堵塞炭孔，使活性炭失活。

　　冷凝法對高沸點的有機物效果較好，對中等和高揮發的有機物回收效果不好，該法適合VOC濃度>5%的情況，回收率不高。而大部分廢氣中均存在水分，溫度低于0℃時會結冰，降低系統的可靠性，故很少單獨使用。

　　膜分離方法適合于處理較濃的物流，即0.1%

　　工業上已經從聚烯烴裝置的沖洗氣中回收烯烴單體和氦氣。在環保領域，從加油站回收碳氫化合物;從制冷設備、氣霧劑及泡沫塑料的生產和使用過程中回收CFC，從PVC加工中回收氯乙烯單體。此技術非常有前途，隨著新高效膜的出現和系統造價的降低，它會成為一種重要的回收手段。

　　消除技術

　　(1)熱氧化

　　熱氧化系統就是火焰氧化器，通過燃燒來消除有機物的，其操作溫度高達700℃-1,000℃。這樣不可避免地具有高的燃料費用，為降低燃料費用，需要回收離開氧化器的排放氣中的熱量。回收熱量有兩種方式，傳統的間壁式換熱和新的非穩態蓄熱換熱技術。

　　間壁式熱氧化是用列管或板式間壁換熱器來捕獲凈化排放氣的熱量，它可以回收40%-70%的熱能，并用回收的熱量來預熱進入氧化系統的有機廢氣。預熱后的廢氣再通過火焰來達到氧化溫度，進行凈化，間壁換熱的缺點是熱回收效率不高。

　　蓄熱式熱氧化(簡稱RTO)回收熱量采用一種新的非穩態熱傳遞方式。主要原理是：有機廢氣和凈化后的排放氣交替循環，通過多次不斷地改變流向，來最大限度地捕獲熱量，蓄熱系統提供了極高的熱能回收。

　　在某個循環周期內，含VOC的有機廢氣進入RTO系統，首先進入耐火蓄熱床層1(該床層已被前一個循環的凈化氣加熱)，廢氣從床層1吸收熱能使溫度升高，然后進入氧化室;VOC在氧化室內被氧化成CO2和H2O，廢氣得到凈化;氧化后的高溫凈化氣離開燃燒室，進入另一個冷的蓄熱床層2，該床從凈化排放氣中吸收熱量，并儲存起來(用來預熱下一個循環的進入系統的有機廢氣)，并使凈化排放氣的溫度降低。此過程進行到一定時間，氣體流動方向被逆轉、有機廢氣從床層2進入系統。此循環不斷地吸收和放出熱量，作為熱阱的蓄熱床也不斷地以進口和出口的操作方式改變，產生了高效熱能回收，熱回收率可高達95%，VOC的消除率可達99%。

　　(2)催化燃燒

　　催化燃燒是一種類似熱氧化的方式來處理VOC的，它凈化有機物是用鉑、鈀等貴金屬催化劑及過渡金屬氧化物催化劑來代替火焰，操作溫度較熱氧化低一半，通常為250℃-500℃。由于溫度降低，允許使用標準材料來代替昂貴的特殊材料，大大地降低設備費用和操作費用。與熱氧化相似，系統仍可分為間壁式和蓄熱式兩類熱量回收方式。

　　間壁式催化燃燒是在催化床后設一個換熱器，該換熱器在降低排放氣溫度的同時，也預熱含VOC的有機廢氣，其熱回收達60%—75%。該類氧化器早已用于工業過程。

　　蓄熱催化燃燒(簡稱為RCO)是一種新的催化技術。它具有RTO高效回收能量的特點和催化反應的低溫操作及能量有效性的優點，將催化劑置于蓄熱材料的頂部，來使凈化達到最優，其熱回收率高達95%-98%。

　　RCO系統性能的關鍵是使用專用的催化劑，浸漬在鞍狀或是蜂窩狀陶瓷上的貴金屬或過渡金屬催化劑，允許氧化發生在RTO系統溫度的一半，既降低了燃料消耗，又降低了設備造價。

　　現在，有的國家已經開始使用RCO技術進行有機廢氣的消除處理，很多RTO設備已開始轉變成RCO，這樣可以削減操作費用達33%-75%，并增加排放氣流量達20%-40%。

　　(3)集成技術(炭吸附+催化氧化)

　　對于大流量、低濃度的有機廢氣，單一使用上述方法處理費用太高，不經濟。利用炭吸附具有處理低濃度和大氣量的優勢，先用活性炭捕獲廢氣中的有機物，然后用小得多流量的熱空氣來脫附，這樣可使VOC富集10—15倍，大大地減少了處理廢氣的體積，使后處理設備的規模也大幅度地降低。把濃縮后的氣體送到催化燃燒裝置中，利用催化燃燒適于處理較高濃度的特點來消除VOC。催化燃燒放出的熱量可以通過間壁換熱器，來預熱進入炭吸附床的脫附氣，降低系統的能量需要量。

　　該技術利用炭吸附處理低濃度和大氣量的持點，又利用催化床處理適中流量、高濃度的優勢，形成一種非常有效的集成技術。國內也已開始利用此技術，用于噴漆、印刷和制鞋等排放大流量、低濃度有機廢氣行業的治理。

　　消除技術的使用范圍：

　　(1)熱氧化

　　熱氧化系統在700℃-1000℃下操作，適于流量為2000-50,000m3/h，VOC濃度為100-2000PPM的情況。

　　間壁式較蓄熱式的優點是，用簡單的金屬換熱器來捕獲熱量，僅在幾分鐘即達到所需的操作條件，最適于循環操作。

　　蓄熱熱氧化具有非常高的氧化溫度，可以處理難以熱分解的有機物，該系統98%-99%的VOC消除率是很常見的。熱回收效率為85%-95%。僅需少量或不需燃料即可運行，特別是對具有相對低VOC含量的氣體，它們比間壁熱氧化費用更低。

　　熱氧化的缺點是：

　　①在高溫燃燒中產生了NOx，它也為危險排放物，需要進一步治理;②較慢的熱反應;

　　③不能滿意地處理鹵化物，必需加后處理裝置洗滌塔，來處理酸性氣體;④進氣濃度不能>25%LEL;

　　⑤高的設備投資費用。

　　(2)催化氧化

　　催化氧化是在比熱氧化低的溫度下進行，通常為250℃-500℃，其處理能力為2000-20,000 m3/h，適于VOC濃度為100-2000 PPM，其消除效率高達95%以上。低的操作溫度結合間壁換熱器，可以降低啟動所需的燃料。

　　催化燃燒較熱氧化有幾個優點：

　　①反應溫度較熱氧化低一半，節省了燃料;

　　②停留時間短，降低了設備尺寸;③由于燃料減少，生成的CO也少，CO和VOC一起被轉換;③較熱氧化系統需更少的啟動和冷卻時間;

　　④低的操作溫度，排除了NOx的生成;

　　⑤因溫度降低，允許使用標準材料來代替昂貴的特殊材料，RCO系統的整個機械壽命將增加。

　　催化氧化也有不足：

　　①催化劑易被重金屬或顆粒覆蓋而失活;

　　②處理鹵化物和硫化物時，會產生酸性氣體，需用洗滌塔進一步處理;③廢催化劑如不能循環使用，也要處理;

　　④進氣濃度不能>25%。

　　(3)集成技術(炭吸附+催化燃燒)

　　炭吸附進行VOC回收已廣泛用于噴漆、印刷和電子工業等行業，消除率可達90%-95%，但對低濃度廢氣，從經濟上考慮，回收不經濟，故采用消除技術。

　　集成技術的優點就是用較低的費用來處理低濃度、大氣量的廢氣，通過濃縮廢氣，降低了需處理廢氣的體積，用較小體積的催化燃燒氧化器來處理大流量的廢氣，降低設備費用和操作費用。

　　該法也有不足，此技術均不適合廢氣中含有高活性、易反應的VOC和相對濕度大于50%的情況，對含鹵化合物的廢氣仍需使用后處理設備。

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標簽：有機廢氣治理技術

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