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关于VOC气体危 害及废气处理技术

点击: 日期:2018-12-04 选择字号:
挥发性的有机化合物,简称为VOC(VolatileOrganicCompounds)),在工业生产中,通常作为溶剂来使用,使用之 后便散发到大气中。现阶段,其应用 比较广泛的领域包括石油化工、印刷、人造革及电子元器件、烤漆和医药等。
  
  从化学 物质的性质来看,在工业生产等领域,一般用 作溶剂的主要包括脂肪族化合物、卤代烃 和芳香族化合物等。这些有 机溶剂如果挥发到大气环境中,不仅会 对大气环境造成严重污染,而且人 体呼入被污染的气体后,对人体健康产生危害。比如苯,它常常 被当作一种溶剂来使用,作为溶 剂挥发到大气环境中,不仅可 以被人体的皮肤所吸收,而且还 可通过呼吸系统进入人体内部,造成慢性或急性中毒,不过人 体的大部分中毒均是由于呼入有毒气体造成的。
  
  苯类化 合物不仅会对人体的中枢神经造成一定的损害,而且还 可能造成神经系统的障碍,进入人 体后还会危害血液和造血器官,如果情况比较严重,甚至会 有出血症状或患上败血症。氧化作用下,苯在生 物体内可氧化成苯酚,从而造成肝功能异常,对骨骼 的生长发育十分不利,诱发再生障碍性贫血。如果苯蒸汽浓度过高,生物可 能因急性中毒而死亡。因此,ACGIH把苯列 为潜在致癌物质。卤代烃 类化合物会引发神经症候群和血小板的减少、肝脾肿大等不良状况,而且很有可能致癌。所以,必须控制VOC的排放,这不仅是对环境负责,也是对 我们的生命健康负责。
  
  VOC废气处理技术
  
  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。
  
  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,zui终达到 降低有机物浓度,使其不 再具有危害性的一种处理方法。
  
  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,但是如 果离开催化剂辅助,则无法发挥作用。现阶段,可作为 催化剂使用的大都是金属、金属盐。这两种 催化剂的催化效果虽说比较好,技术也已经相当成熟,但是其价格却比较高,所以处 理成本也就比较高。近年来,催化剂 研制多集中在非贵金属催化剂方向,取得了比较大的进展。
  
  此外,在催化 有机废气过程中,还需要 有催化剂的载体,其起着 提高催化活性和稳定性的重要作用。当前,多以陶 瓷作为催化剂载体,但在未 来的催化剂研究当中,应加快 研发高效活性催化剂及其载体。
  
  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。
  
  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,zui终转化 为对环境没有损害的化合物质。
  
  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。
  
  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。
  
  氧化法
  
  对于有毒、有害,而且不需要回收的VOC,热氧化法是zui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:
  
  a)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;
  
  b)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,zui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zui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℃~1000℃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zui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。
  
  关于VOC气体危 害及废气处理技术
  
  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。
  
  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。
  
  有机废 气处理除上述处理方法之外,还包括 高温及触媒燃烧法、活性炭吸附法、臭氧分 解法和电化学氧化法等。这些方 法均适用于有机废气处理,但具体采用何种方法,则取决于废气浓度、设备装 置和环境温度等条件。此外,还需要 考虑操作人员的操作水平。
  
  结语
  
  当前,中国的 工业发展进入到了一个新阶段,环境问 题的日益突出影响到了人们的正常工作和生活,环境问 题越来越受到人们的关注。所以在这种形势下,必须控 制工业等生产领域有害气体的排放,减少其 对大气环境的污染。在本文中,笔者结 合自身的工作实际,主要探讨了VOC废气处理的相关技术,主要包括冷凝处理法、氧化处理法、液体吸附法、生物处 理法和吸附法等。

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