七大VOCs 废气处理技术工艺详解
当前,VOC 废气处理技术主要包括热破坏法、变压吸附分离与净化技术、吸附法和氧化处理方法等.
一、VOC 废气处理技术——热破坏法
热破坏法是指直接和辅助燃烧有机气体,也就是 VOC,或利用合适的催化剂加快VOC 的化学反应,最终达到降低有机物浓度,使其不再具有:π缘囊恢执矸椒。
热破坏法对于浓度较低的有机废气处理效果比较好,因此,在处理低 浓度废气中得到了广泛应用。这种方法主要分为两种,即直接火焰燃 烧和催化燃烧。直接火焰燃烧对有机废气的热处理效率相对较高,一 般情况下可达到 99%.而催化燃烧指的是在催化床层的作用下,加快有机废气的化学反应速度.这种方法比直接燃烧用时更少,是高浓度、小流量有机废气净化的首选技术。
二、VOC 废气处理技术-—吸附法
有机废气中的吸附法主要适用于低浓度、高通量有机废气。现阶段, 这种有机废气的处理方法已经相当成熟,能量消耗比较小,但是处理效 率却非常高,而且可以彻底净化有害有机废气.实践证明,这种处理方法值得推广应用。
但是这种方法也存在一定缺陷,它需要的设备体积比较庞大,而且工艺流程比较复杂;如果废气中有大量杂质,则容易导致工作人员中毒。所 以,使用此方法处理废气的关键在于吸附剂。当前,采用吸附法处理 有机废气,多使用活性炭,主要是因为活性炭细孔结构比较好,吸附性 比较强。
此外,经过氧化铁或臭氧处理,活性炭的吸附性能将会更好,有机废气 的处理将会更加安全和有效。
三、VOC 废气处理技术——生物处理法
从处理的基本原理上讲,采用生物处理方法处理有机废气,是使用微生 物的生理过程把有机废气中的有害物质转化为简单的无机物,比如CO2、H2O 和其它简单无机物等.这是一种无害的有机废气处理方式。一般情况下,一个完整的生物处理有机废气过程包括 3 个基本步骤: a) 有机废气中的有机污染物首先与水接触,在水中可以迅速溶解;b) 在液膜中溶解的有机物,在液态浓度低的情况下,可以逐步扩散到生物 膜中,进而被附着在生物膜上的微生物吸收;c) 被微生物吸收的有机废气,在其自身生理代谢过程中,将会被降解,最终转化为对环境没有损 害的化合物质。
四、VOC 废气处理技术-—变压吸附分离与净化技术
变压吸附分离与净化技术是利用气体组分可吸附在固体材料上的特 性,在有机废气与分离净化装置中,气体的压力会出现一定的变化, 通过这种压力变化来处理有机废气[6]。
PSA 技术主要应用的是物理法,通过物理法来实现有机废气的净化, 使用材料主要是沸石分子筛。沸石分子筛,在吸附选择性和吸附量两 方面有一定优势。在一定温度和压力下,这种沸石分子筛可以吸附有 机废气中的有机成分,然后把剩余气体输送到下个环节中.在吸附有机 废气后,通过一定工序将其转化,保持并提高吸附剂的再生能力,进而可让吸附剂再次投入使用,然后重复上步骤工序,循环反复,直到有机 废气得到净化。
近年来,该技术开始在工业生产中应用,对于气体分离有良好效果。 该技术的主要优势有:能源消耗少、成本比较低、工序操作自动化及 分离净化后混合物纯度比较高、环境污染小等.使用该技术对于回收和 处理有一定价值的气体效果良好,市场发展前景广阔,成为未来有机 废气处理技术的发展方向。
五、VOC 废气处理技术——氧化法
对于有毒、有害,而且不需要回收的VOC,热氧化法是最适合的处理 技术和方法。氧化法的基本原理:VOC 与O2 发生氧化反应,生成CO2 和H2O,化学方程式如下:
从化学反应方程式上看,该氧化反应和化学上的燃烧过程相类似,但其 由于VOC 浓度比较低,在化学反应中不会产生肉眼可见的火焰。一般情况下,氧化法通过两种方法可确保氧化反应的顺利进行:a) 加热。使含有VOC 的有机废气达到反应温度;b) 使用催化剂。如果温度比较低,则氧化反应可在催化剂表面进行[7]. 所以,有机废气处理的氧化法分为以下两种方法:
催化氧化法。现阶段,催化氧化法使用的催化剂有两种,即贵金属 催化剂和非贵金属催化剂。贵金属催化剂主要包括Pt、Pd 等,它们以细颗粒形式依附在催化剂载体上,而催化剂载体通常是金属或陶瓷蜂 窝,或散装填料;非贵金属催化剂主要是由过渡元素金属氧化物,比 如MnO2,与粘合剂经过一定比例混合,然后制成的催化剂.为有效防 止催化剂中毒后丧失催化活性,在处理前必须彻底清除可使催化剂中 毒的物质,比如 Pb、Zn 和 Hg 等。如果有机废气中的催化剂毒物、遮盖质无法清除,则不可使用这种催化氧化法处理VOC;
热氧化法。热氧化法当前分为三种:热力燃烧式、间壁式、蓄热 式。三种方法的主要区别在于热量回收方式.这三种方法均能催化法结 合,降低化学反应的反应温度。
热力燃烧式热氧化器,一般情况下是指气体焚烧炉。这种气体焚烧炉 由助燃剂、混合区和燃烧室三部分组成。其中,助燃剂,比如天然 气、石油等,是辅助燃料,在燃烧过程中,焚烧炉内产生的热混合区 可对VOC 废气预热,预热后便可为有机废气的处理提供足够空间、时间,最终实现有机废气的无害化处理。
在供氧充足条件下,氧化反应的反应程度——VOC 去除率——主要取决于“三 T 条件”:反应温度(Temperat)、时间(Time)、湍流混合情况(Turbulence)。这“三T 条件”是相互联系的,在一定范围内,一个条件的改善可使另外两个条件降低。热力燃烧式热氧化器的缺点在于:辅 助燃料价格高,导致装置操作费用比较高。
间壁式热氧化器指的是在热氧化装置中,加入间壁式热交换器,进而把 燃烧室排出气体的热量传送给氧化装置进口处温度比较低的气体,预 热完成后便可促成氧化反应.现阶段,间壁式热交换器的热回收率最高 可达 85%,因此大幅降低了辅助燃料的消耗。一般情况下,间壁式热交换器有三种形式:管式、壳式和板式。由于热氧化温度必须控制在800 ℃~1 000 ℃范围内,因此,间壁式热交换必须由不锈钢或合金材料制成。所以间壁式热交换器的造价相当高,而这也是其缺点所在。 此外,材料的热应力也很难消除,这是间壁式热交换的另外一个缺点。蓄热式热氧化器,简称为RTO,在热氧化装置中计入蓄热式热交换器, 在完成VOC 预热后便可进行氧化反应。现阶段,蓄热式热氧化器的热回收率已经达到了 95%,且其占用空间比较小,辅助燃料的消耗也比较少。由于当前的蓄热材料可使用陶瓷填料,其可处理腐蚀性或含有颗 粒物的VOC 气体。
现阶段,RTO 装置分为旋转式和阀门切换式两种,其中,阀门切换式是最常见的一种,由 2 个或多个陶瓷填充床组成,通过切换阀门来达到改变气流方向的目的。
六、VOC 废气处理技术-—液体吸收法
液体吸收法指的是通过吸收剂与有机废气接触,把有机废气中的有害 分子转移到吸收剂中,从而实现分离有机废气的目的。这种处理方法 是一种典型的物理化学作用过程。有机废气转移到吸收剂中后,采用 解析方法把吸收剂中有害分子去除掉,然后回收,实现吸收剂的重复使 用和利用。
从作用原理的角度划分,此方法可分为化学方法和物理方法。物理方 法是指利用物质之间相溶的原理,把水看作吸收剂,把有机废气中的有 害分子去除掉,但是对于不溶于水的废气,比如苯,则只能通过化学方 法清除,也就是通过有机废气与溶剂发生化学反应,然后予以去除.
七、VOC 废气处理技术-—冷凝回收法
在不同温度下,有机物质的饱和度不同,冷凝回收法便是利用有机物 这一特点来发挥作用,通过降低或提高系统压力,把处于蒸汽环境中 的有机物质通过冷凝方式提取出来。冷凝提取后,有机废气便可得到 比较高的净化。其缺点是操作难度比较大,在常温下也不容易用冷却 水来完成,需要给冷凝水降温,所以需要较多费用。这种处理方法主 要适用于浓度高且温度比较低的有机废气处理。