有機廢氣處理裝置

　　目前常用的處理方法有吸收法、冷凝法、吸附法、生物法、熱氧化法、等離子體法等，正在開發的有電化學法、膜分離法、光催化法、電子床加熱法等。

　　欲選擇合適的一種處理方法(或幾種方法組合)，最終得到處理方案，必須綜合考慮以下因素：

　　以下簡要介紹目前常用的VOC處理方法和處理裝置：

　　(1)吸收法。吸收法是利用某一VOC易溶于特殊的溶劑(或添加化學藥劑的溶液)的特性進行處理的一種方法。、見的溶劑是水。為了增大VOC與溶劑的吸收率和接觸面積，這個過程通常都在裝有填料的吸收塔中完成。

　　(2)冷凝法。對于高濃度VOC，可以使其通過冷凝器，氣態的VOC降低到沸點以下，凝結成液滴，再靠重力作用落到凝結區下部的貯罐中，從貯罐中抽出液態VOC，就可以回收再利用。這種方法對于高濃度、須回收VOC具有較好的經濟效益。

　　(3)吸附法。吸附法是利用某些具有從氣相混合物中有選擇地吸附某些組分能力的多孔性固體(吸附劑)來去除VOC的一種方法。目前用以處理VOC的吸附劑有活性炭和活性碳纖維，所用的裝置為閥門切換式兩床(或多床)吸附器。這種方法對于各種濃度、須回收的溶劑類VOC具有顯著的經濟效益。

　　(4)生物法。生物法是利用微生物分解VOC的一種方法。所用的裝置為生物過濾器，該法要占用較大的空間。生物法一般用于處理低濃度VOC。

　　(5)等離子體法。其基本原理是：通過陡前沿、窄脈寬(RS級)的高壓脈沖電暈放電，在常溫常壓下獲得非平衡等離子體，即產生大量的高能電子和O·、OH·等活性粒子，對VOCs分子進行氧化、降解反應，使VOCs最終轉化為無害物。

　　3氧化法處理VOC

　　對于有毒、有害、不須回收的VOC，熱氧化法是一種較*的處理方法。它的基本原理是VOC與O2發生氧化反應，生成CO2和H20，化學方程式如下

　　aCHO +bQ——cCO2+dH2O

　　這種氧化反應很像化學上的燃燒過程，只不過由于VOC的濃度太低，所以反應中不會產生可見的火焰。

　　氧化法一般通過以下兩種方法使氧化反應能夠順利進行：一是加熱，使含VOC的廢氣達到氧化反應所需的溫度；二是使用催化劑，氧化反應在較低的溫度下在催化劑表面進行。

　　因此氧化法可分為以下兩種：

　　(1)催化氧化法。目前所用的催化劑主要分為貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑，貴金屬催化劑主要是鉑和鈀，以極細顆粒的形式分布在催化劑載體上，載體一般為金屬或陶瓷的蜂窩和散裝填料。典型的非貴金屬催化劑是過渡元素金屬氧化物(如二氧化錳)與粘合劑混合后制成各種形狀的催化劑。為了防止催化劑中毒后失掉催化活性，必須在處理前清除能使催化劑中毒的物質(如Pb、Zn、As、P、Hg等)。如果舍VOC廢氣中的催化劑毒物和遮蓋催化劑的物質得不到清除，則不能使用催化氧化法。

　　(2)熱氧化法。熱氧化法可分為三種：熱力燃燒式、間壁式和蓄熱式。它們的主要區別在于熱量回收方式的不同。三種方法都可以和催化法結合起來以降低反應溫度。

　　a．熱力燃燒式熱氧化器。熱力燃燒式熱氧化器一般指的是氣體焚燒爐。它由助燃劑、混合區和燃燒室組成。助燃劑(天然氣、石油等)作為輔助燃料，燃燒產生的熱在混合區對VOC廢氣進行預熱，燃燒室為預熱后的廢氣提供足夠大的空間和足夠長的時間以完成最終的氧化反應。

　　在供氧充足的前提條件下，氧化反應的程度(影響最終的VOC去處率)取決于“三T條件”：反應溫度(Temperature)、駐留時間(Time)、湍流混合情況(Turbulence)。這“三T條件”是互相聯系的，在一定范圍內改善一個條件可使另外兩個條件降低。熱力燃燒式熱氧化器的一個缺點是輔助燃料價格太高，致使裝置的操作費用很高。

　　b．間壁式熱氧化器。間壁式熱氧化是指在熱氧化裝置中加入間壁式熱交換器，熱交換器把從燃燒室排出的高溫氣體所帶的熱量傳遞給氧化裝置進口處的低溫氣體，預熱后發生氧化反應。由于目前的間壁式熱交換器可獲得85％的熱回收率，所以極大地降低了輔助燃料的消耗。間壁式熱交換器通常設計成管式、殼式或板式。由于通常的熱氧化溫度要保持在800oC-1000oC，所以間壁式熱交換器必須由耐熱、耐腐蝕的不銹鋼或合金材料制成。這就使得間壁式熱交換器的造價很高，這是問壁式熱氧化器的一個缺點。同時材料的熱應力也不易消除，這是間壁式熱氧化器的另一個缺點。

　　c．蓄熱式熱氧化器。蓄熱式熱氧化器(RegenerativeThermal Oxidizer，以下簡稱RTO焚燒爐)，是在熱氧化裝置中加入蓄熱式熱交換器，預熱VOC廢氣，再進行氧化反應。隨著蓄熱材料的發展，目前蓄熱式熱交換器的熱回收率已能達到95％ 以上，而且占用空間越來越小。這樣輔助燃料的消耗很少(甚至不用輔助燃料，且當VOC的濃度達到一定值以上時，還可從RTO焚燒爐輸出熱量)。同時，由于目前的蓄熱材料都選用陶瓷填料，所以可處理腐蝕性或含有顆粒物的VOC廢氣。

　　4膜分離技術

　　有機氣體膜分離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，是一種非常有前途的技術。

　　膜分離技術的基礎就是使用對有機物具有滲透選擇性的聚合物復合膜。該膜對有機蒸氣較空氣更

　　易于滲透10～100倍。當廢氣與膜材料表面接觸時，有機物可以透過膜，從廢氣中分離出來。為保證過程的進行，在膜的進料捌使用壓縮機或滲透側使用真空泵，使膜的兩側形成壓力差，達到膜滲透所需的推動力。

　　分離膜是由涂層和支撐層組成的復合膜，涂層提供分離性能，而多孔支撐層提供機械強度。

　　涂層材料一般為具有高度選擇性的聚二甲基硅烷，該層決定膜的分離性能，而支撐層也對膜的性能有重要影響。常用的支撐層材料為聚砜、聚醚砜、聚酰亞胺、聚偏氟乙烯。目前提供VOcs分離膜的廠家—— MTR 和Nitto提供卷式膜，GKSS提供板式膜。卷式膜更緊湊和更經濟，可大大地降低設備費用；而板式膜可以提供很好的流動分布和降低滲透側壓力降，MTR的研究開發取得了突破，可以生產大的膜管，直徑203．2 him(8英寸)，單根膜管面積達2Orfl ，使系統處理能力大大地提高，有足夠的能力在大型工業裝置上使用。

　　4．1 膜分離系統

　　的膜分離過程為單級膜分離系統，直接壓縮廢氣并使其通過膜表面，來實現VOCs的分離；但因為分離程度很低，故單級很難達到分離要求。

　　開發了一種新型的集成膜分離系統。該技術結合壓縮冷凝和膜單元兩種技術的特點來實現分離。

　　首先，用壓縮機先將有機廢氣提高到一定壓力。壓縮的有機廢氣進人冷凝器被冷卻，部分VOCs冷

　　凝下來，直接進到儲罐，以進行循環和再用。離開冷凝器的非凝氣體仍具有一定的壓力，用做膜滲透的驅動力，使膜分離不再需要附加的動力；該非凝壓縮氣中，仍含有相當數量的有機物。當壓縮氣通過有機選擇性膜的表面時，膜將氣體分成兩股物流：脫除了VOCs的未滲透側的大部分凈化氣直接排放；滲透物流為富集有機物的蒸汽，該滲透物流循環到壓縮機的進口。由于VOCs的循環，回路中VOCs的濃度迅速上升，直到進人冷凝器的壓縮氣達到VOCs凝結濃度，這樣系統就達到穩態。系統通常可以從進料氣中移出vOcs達到99% 以上，使排放氣中的VOCs達到環保排放標準。

　　該循環系統的特點是未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。

　　4．2 膜分離系統設計和操作參數

　　膜分離系統的設計主要考慮膜材料和操作條件兩方面因素，主要設計參數有膜的選擇性、壓力比、凈化率。主要操作參數有：①有機廢氣進料濃度；②進料側和滲透側的壓力；③溫度和爆炸極限；④操作方式(間歇或連續)；⑤凈化率。

　　4．2．1 膜的選擇性

　　膜的選擇性為待分離兩組分的滲透性之比，它為兩組分的擴散系數之比(稱為移動選擇性)與吸著

　　系數之比(稱為吸著選擇性)的乘積。移動選擇性反映分子在膜材料中的不同平均速度，分子尺寸增大，則速度降低了吸著選擇性反映溶解在膜中的分子數。它正比于兩種氣體的相對凝結性。

　　吸著系數隨滲透物凝結性增加而增加，即隨著分子直徑的增大而增加，這樣易凝結的大分子，其吸著系數大，碳氫化合物較非凝性氣體的吸著系數更大。

　　橡膠態聚合物吸著選擇性占主導，滲透性隨滲透物尺寸增大而增加。硅橡膠對芳烴、酮和鹵化碳氫化合物的滲透選擇性均較高，一般為30—60。

　　4．2．2 壓力比

　　因為壓力是膜分離的動力，故另一個非常重要的參數是壓力比(定義為總的進料壓力／總的滲透側

　　壓力)。壓力比與選擇性共同確定通過膜所得到的富集溶劑的情況。

　　對實際情況，可達到的壓力比有一定的限制，壓縮進料到非常高的壓力，或在滲透側有一個非常高的真空，需要大量的能量和昂貴的泵。故通常的壓力比為10—30。

　　通過調整膜面積、冷凝器的溫度及通過膜的壓力比，MTR的循環膜分離設計可以很容易控制最終排放氣中有機物濃度。

　　排放氣中有機物濃度隨膜面積增大而迅速減少。或隨著膜面積減少而迅速增大；當面積減少到一

　　定程度．則不產生分離，排放氣濃度等于進料氣的濃度。

　　冷凝器的溫度降低，濃縮所需要的露點溫度也降低，更多的VOCs在冷凝器中拎凝，可以顯著地降低進入膜單元的有機物濃度。然而實際上，由于氣體中的水蒸氣會產生結冰問題，低于O C的拎凝溫

　　度很少使用。

　　壓力比對排放氣濃度的影響也與膜面積相似，增大壓力比．排放氣濃度顯著降低，但壓力比不能小于某個值，否則不會產生分離。

　　4.3膜分離技術的使甩范圍

　　現在世界上已有近60套膜分離VO 的裝置。在美國大部分裝置用來回收VOCs、HCFCs、氯乙烯等高價值產品；在歐洲和日本主要從石油運輸操作中回收碳氫化合物。

　　膜技術幾乎可以用來回收各種高沸點的揮發有機物，如三苯、丁烷以上的烷烴、氯化有機物、氟氯碳氫化臺物、酮、酯等 它可用于各種行業．如PVC加工中回收VCM，聚烯烴裝置中回收乙烯、丙烯單體制冷設備、氣霧刺及泡辣生產中產生的CFCs和HCFCs的回收，印刷中產生的甲苯等的回收。

　　工業有機廢氣的治理在環保治理工程領域發展時間不長，目前各種治理技術、工藝仍然不夠成熟，或多或少地存在一些缺陷，如運行不穩定、能耗高、管理維護工作量大等。隨著環保技術的不斷發展，工業有機廢氣治理的新技術新成果將不斷出現，近年來出現了電暈法、臭氧分解法、等離子體法等。今后，工業有機廢氣治理技術將朝著設備制造成本低、能耗低、管理維護簡單等方向發展。

　　廢氣處理設備

　　噴漆廢氣污染主要表現為噴涂過程中產生的噴霧顆粒以及有機廢氣，就目前來講，很多企業對有機廢氣的認識明顯不足，即使想要處理，也被廢氣處理設備較高的技術成本所折倒，大多數企業為了節約噴漆有機廢氣處理成本，采用低效廢氣處理設備，甚至違法排放。

　　噴漆有機廢氣中含有大量的甲苯、苯、二甲苯等有機化合物，不僅會危害人體健康，還會嚴重影響大氣環境。因此，需要加強噴漆有機廢氣處理，減少噴漆過程有機廢氣的排放。

　　當前較為單一的有機廢氣處理技術很難達到噴漆有機廢氣處理的標準，所以需要使用多種技術組合工藝進行有機廢氣處理。其中應用最多的組合工藝就是吸附濃縮和蓄熱燃燒的組合。

　　吸附處理技術是廢氣處理技術的主要方式，廢氣處理工藝中最經常使用的是活性炭與沸石分子篩兩類。

　　活性炭具有比表面積大的優點，適用于大部分VOCs的吸附凈化，但是當廢氣濕度>60%時，其吸附效果會大大降低。相對于活性炭，沸石吸附劑的特性為:不可燃;耐溫1000℃，可用熱空氣高溫再生;有較強的疏水性。

　　沸石轉輪吸附濃縮催化燃燒設備以陶瓷纖維為基材，表面涂覆疏水性沸石做吸附劑，通過沸石轉輪對噴漆有機廢氣進行吸附壓縮，提高濃度，再將高濃度的有機廢氣脫附后送入催化氧化爐進行無焰燃燒，分解成二氧化碳和水，達到噴漆有機廢氣處理的目的。

　　沸石轉輪吸附濃縮催化燃燒設備采用吸附-脫附-濃縮焚化三項連續程序，特別適合于大風量、低濃度有機廢氣處理，過濾效果更好、有機廢氣處理能力更強，對當前環保重點要求的笨、甲苯、二甲苯、非甲烷總烴等有機廢氣處理有顯著效果。