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核心技術-VOCs廢氣處理的9大工藝

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VOCs廢氣處理的9大工藝

 處理原理及分類

目前的揮發性有機汙染物的治理包括破壞性,非破壞性方法,及這兩種方法的組合。

破壞性的方法包括燃燒、生物氧化、熱氧化、光催化氧化,低溫等離子體及其集成的技術,主要是由化學或生化反應,用光,熱,微生物和催化劑將VOCs轉化成CO2和H2O等無毒無機小分子化合物。

非破壞性法,即回收法,主要是碳吸附、吸收、冷凝和膜分離技術,通過物理方法,控製溫度,壓力或用選擇性滲透膜和選擇性吸附劑等來富集和分離揮發性有機化合物。

傳統的揮發性廢氣處理常用吸收、吸附法去除,燃燒去除等,在最近幾年中,半導體光催化劑的技術體,低溫等離子得到了迅速發展。

二 處理工藝解析

1.吸附工藝

吸附法主要適用於低濃度氣態汙染物的淨化,對於高濃度的有機氣體,通常需要首先經過冷凝等工藝將濃度降低後再進行吸附淨化。吸附技術是最為經典和常用的氣體淨化技術,也是目前工業VOCs 治理的主流技術之一。吸附法的關鍵技術是吸附劑、吸附設備和工藝、再生介質、後處理工藝等。

活性炭因其具有大比表麵積和微孔結構而廣泛應用於吸附回收有機氣體。目前,對活性炭吸附有機氣體的研究主要集中在吸附平衡的預測、活性炭材料的改性及有機物的物化性質對活性炭吸附性能的影響。

優點

適用於低濃度的各種汙染物;

活性炭價格不高,能源消耗低,應用起來比較經濟;

通過脫附冷凝可回收溶劑有機物;

應用方便,隻與同空氣相接觸就可以發揮作用;

活性炭具有良好的耐酸堿和耐熱性,化學穩定性較高。

缺點:

吸附量小,物理吸附存在吸附飽和問題,隨著吸附劑的消耗,吸附能力也變弱,使用一段時間後可能會出現吸附量小或失去吸附功能;

吸附時,存在吸附的專一性問題,對混合氣體,可能吸附性會減弱,同時也存在分子直徑與活性炭孔徑不匹配,造成脫附現象;

2.吸收工藝

用溶液、溶劑或清水吸收工業廢氣中的揮發性氣體,使其與廢氣分離的方法叫吸收法。溶液、溶劑、清水稱為吸收劑。吸收劑不同可以吸收不同的有害氣體。

吸收法使用的吸收設備叫吸收器、淨化器或洗滌器。吸收法的工藝流程和濕法除塵工藝近似,隻是濕法除塵工藝用清水,而吸收法淨化有害氣體要用溶劑或溶液。

優點:

吸收法工藝比較簡單,設備投資較低,操作和維修費用基本與碳吸附法相當,由於吸收介質是采用煤油和吸收液,因此沒有二次汙染問題。

缺點:

此工藝方法回收效率低,對於環保要求較高時,很難達到允許的油氣排放標準;設備占地空間大;能耗高;吸收劑消耗較大,需不斷補充。

3.冷凝工藝

油品在儲運和銷售過程中部分輕烴組分揮發進入大氣,造成資源浪費和環境危害。同時有機溶劑廣泛應用於工業生產中,每年都有大量的有機溶劑揮發到空氣中,危害人類健康,造成嚴重的環境汙染。采取合適的方法回收這些揮發性有機物不但可以降低企業生產成本,而且具有巨大的環保效益。

冷凝法是用來回收VOCs的一種有效方法,其基本原理是利用氣態汙染物在不同的溫度和壓力下具有不同飽和蒸汽壓,通過降低溫度和增加壓力,使某些有機物凝結出來,使VOCs得以淨化和回收。

優點:

冷凝法是利用物質沸點的不同回收,適合沸點較高的有機物,該方法具有回收純度高、設備工藝簡單、能耗低的優點;並有設備緊湊、占用空間小、自動化程度高、維護方便、安全性好、輸出為液態油可直接利用等優點;

缺點:

單一冷凝法要達標需要降到很低的溫度,耗電量巨大,不是真正意義上的“節能減排”。

4.膜分離工藝

在石油開采和儲運過程中,部分油品揮發到大氣中形成的油氣中,除空氣外,主要C4-C5以及少量芳香烴。這些有機蒸氣排放不僅造成嚴重的資源浪費,而且對空氣質量有很大影響,進而影響人類的健康,目前,有機蒸氣的分離回收方法主要是冷凝、活性炭吸附、膜分離法、溶劑吸收法。膜分離技術是一種效率較高的分離方法 。

優點: 

膜分離技術是近代石油化工學科中分離科學的前沿技術。它具有投資小、見效快、流程簡單、回收率高、能耗低、無二次汙染的特點,具有較高的科技含量;

缺點:

投資大;膜國產率低,價格昂貴,而且膜壽命短;膜分離裝置要求穩流、穩壓氣體,操作要求高。

5.燃燒工藝

一類VOCs 處理方法是所謂破壞性技術,即通過化學或生物的技術使VOCs 轉化為二氧化碳、水以及氯化氫等無毒或毒性小的無機物。燃燒法即屬此類技術。

燃燒法分直接燃燒法和催化燃燒法。直接燃燒法適合處理高濃度VOCs 的廢氣,因其運行溫度通常在800-1200℃時,工藝能耗成本較高,且燃燒尾氣中容易出現二惡英、NOx等副產物;由於廢氣中VOCs濃度一般較低,僅僅依靠反應熱,一般難以維持反應所需的溫度。

為了提高熱經濟性,人們開展了大量的研究,一個方向是改進催化劑的性能使反應溫度降低。另一個方向是研究新的工藝技術、新的反應器設計以使反應能在較高的溫度下自熱地實現。

優點:

相較與直接燃燒法其輔助燃料費用低,二次汙染物NOx生成量少,燃燒設備的體積較小,VOCs去除率較高;

缺點:

催化劑價格較貴,且要求廢氣中不得含有會導致催化劑失活的成分。

6.生物過濾工藝

利用微生物的新陳代謝過程對多種有機物和某些無機物進行生物降解,可以有效去除工業廢氣中的汙染物質,此即為處理有機廢氣的生物法。

最先提出采用微生物處理廢氣構想的是 Bach,他曾於1923年利用土壤過濾床處理汙水處理廠散發的含 H2S 惡臭氣體。在德國和荷蘭的許多地區,該技術已大規模並成功地應用於控製氣味,揮發性有機化合物和空氣中的有毒排放,許多常見的空氣汙染物的控製效率已經達到90%以上。

優點:

適用範圍廣,處理效率高,工藝簡單,費用低,無二次汙染 。

缺點:

對高濃度、 生物降解性差及難生物降解的VOCs 去除率低 。

7.沸石轉輪+RTO工藝

VOCs廢氣通過沸石濃縮轉輪後,能有效被吸附於沸石中,達到去除的目的。經過沸石吸附的揮發性氣體被潔淨後直接通過煙囪排放到大氣中,轉輪持續以1-6轉/小時的速度旋轉。

同時將吸附的揮發性有機物傳送至脫附區,於脫附區中利用一小股加熱氣體將揮發性有機物進行脫附,脫附後的沸石轉輪旋轉至吸附區,持續吸附揮發性有機氣體。脫附後的濃縮有機廢氣送至焚化爐進行燃燒轉成二氧化碳及水蒸氣排放至大氣中。

  8.光氧催化(UV光解)工藝

一、工藝原理如下:

1、利用高能高臭氧紫外線光束分解空氣中的氧分子產生遊離氧,即活性氧,因遊離氧所攜正負電子不平衡所以需與氧分子結合,進而產生臭氧。UV+O2→O-+O*(活性氧)O+O2→O3(臭氧),眾所周知臭氧對有機物具有極強的氧化作用,對有機氣體及其它刺激性異味有立竿見影的清除效果。有機性氣體利用排風設備輸入到本淨化設備後,運用高能紫外線光束及臭氧對有機(異味)氣體進行協同分解氧化反應,使有機氣體物質其降解轉化成低分子化合物、水和二氧化碳,再通過排風管道排出室外。

2、高能離子空氣淨化係采用正負雙極電離技術。在電場作用下,離子發生器產生大量的 a 粒子, a 粒子與空氣中的氧分子進行碰撞而形成正負氧離子。正氧離子具有很強的氧化性,能在極短的時間內氧化分解甲硫醇、氨、硫化氫等汙染因子,且在與 VOC 分子相接觸後打開有機揮發性氣體的化學鍵,經過一係列的反應後最終生成二氧化碳和水等穩定無害的小分子。同時氧離子能破壞空氣中細菌的生存環境,降低室內細菌濃度。帶電離子可以吸附大於自身重量幾十倍的懸浮顆粒,靠自重沉降下來,從而清除空氣中懸浮膠體達到淨化空氣的目的

3、催化劑(二氧化鈦)在受到紫外線光照射時生成化學活潑性很強的超氧化物陰離子自由基和氫氧自由基,攻擊有機物,達到降解有機物的作用。二氧化鈦屬於非溶出型材料,在徹底分解有機汙染物和殺滅菌的同時,自身不分解、不溶出,光催化作用持久,並具有持久的殺菌、降解汙染物效果。

 

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三、 適用範圍

煉油廠、橡膠廠、化工廠、家具廠、製藥廠、汙水處理廠、垃圾轉運站等惡臭氣體的脫臭淨化處理。

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  9.低溫等離子廢氣處理工藝


     低溫等離子體是繼固態、液態、氣態之後的物質第四態,當外加電壓達到氣體的 放電電壓時,氣體被擊穿,產生包括電子、各種離子、原子和自由基在內的混合體。放電過程中雖然電子溫度很高,但重粒子溫度很低,整個體係呈現低溫狀態,所以稱為低溫等離子體。低溫等離子體降解汙染物是利用這些高能電子、自由基等活性粒子和廢氣中的汙染物作用,使汙染物分子在極短的時間內發生分解,並發生後續的各種反應以達到降解汙染物的目的。等離子體反應區富含極高的物質,如高能電子、離子、自由基和激發態分子等,廢氣中的汙染物質可與這些具有較高能量的物質發生反應,使汙染物質在極短的時間內發生分解,並發生後續的各種反應以達到講解汙染物的目的。與傳統的電暈放電形勢產生的低溫等離子技術相比較, 等離子體技術放電量是電暈放電的50倍,放電密度是電暈放電的130倍。所以,傳統低溫等離子體技術隻能用於室內空氣異味治理,與其他低溫等離子體技術相比較, 等離子體技術是唯一用於工業化工藝廢氣治理的技術。

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       圖1   等離子體雙介質阻擋放電示意圖等離子體去除汙染物的基本過程過程一:高能電子的直接轟擊過程二:O原子或臭氧的氧化O2+e→2O過程三:OH自由基的氧化

H2O+e→OH+HH2O+O→2OHH+O2→OH+O過程四:分子碎片+氧氣的反應

低溫等離子技術特點

1、技術高端,工藝簡潔:開機後,即自行運轉,受工況限製非常少,無需專人操作,除臭率最高可達99%。

2、節能: 無機械設備,空氣阻力小,耗電量約為0.003kw/m3廢氣。

3、適應工況範圍寬: 設備啟動、停止十分迅速,隨用隨開,不受氣溫的影響。在250℃以下和在霧態工況環境中均可正常運轉。-50℃至 +50℃的環境溫度仍可正常運轉。

4、設備使用壽命長:本設備由不鏽鋼材,銅材、鉬材、環氧 樹脂等材料組成,抗氧化,采用防腐蝕材料,電極與廢氣不直接接觸,根本上解決了設備腐蝕問題。

5、結構簡單:隻需用電,操作極為簡單,無需派專職人員看守,基本不占用人工費。

6、無機械設備:故障率低,維修容易。

7、應用範圍廣:介質阻擋放電產生的低溫等離子體中,電子能 量高,幾乎可以將所有的異味氣體分子降解。



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