有機廢氣處理裝置

　　處理方法

　　VOC有機廢氣的危害及各國對VOC操縱的法規繼SO 、NO 和氟里昂后，揮發性有機化合物(Volatile Or—ganic Compounds，以下簡稱VOC)廢氣的污染成為世界各國關注的又一焦點。

　　VOC工業有機廢氣的處理方法和處理裝置

　　日前常用的處理方法有汲取法、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。

　　欲挑選合適的一種處理方法(或幾種方法組合)，最后得到處理方法，需要綜合考慮以下原因：

　　以下簡要推薦日前常用的VOC處理方法和處理裝置：

　　(1)汲取法。汲取法是利用某一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。、最經常見到的溶劑是水。為了增大VOC與溶劑的汲取率和接觸面積，這個過程平常都在裝有填料的汲取塔中完成。

　　(2)冷凝法。對于高濃度VOC，能夠使其通過冷凝器，氣態的VOC減少到沸點以下，凝聚成液滴，再靠重力效果落到凝聚區下部的貯罐中，從貯罐中抽出液態VOC，就能夠回收再利用。這種方法對于高濃度、須回收VOC起到較好的經濟效益。

　　(3)吸附法。吸附法是利用某些起到從氣相混合物中有挑選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。日前用以處理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。這種方法對于多種濃度、須回收的溶劑類VOC起到明顯的經濟效益。

　　(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。生物法通常用于處理低濃度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最后轉化為無害物。

　　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，只不過因為VOC的濃度太低，所以反應中不會產生可見的火焰。

　　氧化法通常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。

　　所以氧化法可分為以下兩種：

　　(1)催化氧化法。日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，載體通常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多種形狀的催化劑。為了預防催化劑中毒后失掉催化活性，需要在處理前清除能使催化劑中毒的物質(如Pb、Zn、As、P、Hg等)。假如舍VOC廢氣中的催化劑毒物和遮蓋催化劑的物質得不到清除，則不可以使用催化氧化法。

　　(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。它們的主要分別在于熱量回收方法的不同。三種方法都能夠和催化法結合起來以減少反應溫度。

　　a．熱力燃燒式熱氧化器。熱力燃燒式熱氧化器通常指的是氣體焚燒爐。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后的氧化反應。

　　在供氧充足的前提條件下，氧化反應的程度(影響最后的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還有兩個條件減少。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炎熱的天氣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。因為日前的間壁式熱交換器可獲得85％的熱回收率，所以極大地減少了輔助燃料的耗費。間壁式熱交換器平常設計成管式、殼式或板式。因為平常的熱氧化溫度要保持在800oC-1000oC，所以間壁式熱交換器需要由耐熱、耐腐蝕的不銹鋼或合金用料制成。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。同時用料的熱應力也不易清除，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。跟隨蓄熱用料的發展，日前蓄熱式熱交換器的熱回收率已能達到95％ 以上，并且占用空間越來越小。這樣輔助燃料的耗費很少(甚至不必輔助燃料，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，因為日前的蓄熱用料都選用陶瓷填料，所以可處理腐蝕性或附有顆粒物的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，是一種非常有前景的技術。

　　膜分離技術的基礎就是使用對有機物起到滲透挑選性的聚合物復合膜。該膜對有機蒸氣較空氣更

　　易于滲透10～100倍。當廢氣與膜用料表面接觸時，有機物能夠透過膜，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，使膜的兩側構成壓力差，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。

　　涂層用料通常為起到高度挑選性的聚二甲基硅烷，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。常用的支撐層用料為聚砜、聚醚砜、聚酰亞胺、聚偏氟乙烯。日前提供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，可大大地減少設備費用；而板式膜能夠提供很好的流動分布和減少滲透側壓力降，MTR的研究開發取得了突破，能夠生產大的膜管，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；但由于分離程度很低，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起到一定的壓力，用做膜滲透的驅使力，使膜分離不再需要附加的動力；該非凝壓縮氣中，仍附有相當數量的有機物。當壓縮氣通過有機挑選性膜的表面時，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。因為VOCs的循環，回路中VOCs的濃度快速上升，直到進人冷凝器的壓縮氣達到VOCs凝聚濃度，這樣系統就達到穩態。系統平常能夠從進料氣中移出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用料和操作條件兩方面原因，主要設計參數有膜的挑選性、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操作方法(間歇或持續)；⑤凈化率。

　　4．2．1 膜的挑選性

　　膜的挑選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(稱為移動挑選性)與吸著

　　系數之比(稱為吸著挑選性)的乘積。移動挑選性反映分子在膜用料中的不同平均速度，分子尺寸增大，則速度減少了吸著挑選性反映溶解在膜中的分子數。它正比于兩種氣體的相對凝聚性。

　　吸著系數隨滲透物凝聚性增加而增加，即跟隨分子直徑的增大而增加，這樣易凝聚的大分子，其吸著系數大，碳氫化合物較非凝性氣體的吸著系數更大。

　　橡膠態聚合物吸著挑選性占主導，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挑選性均較高，通常為30—60。

　　4．2．2 壓力比

　　由于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)。壓力比與挑選性一起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。故平常的壓力比為10—30。

　　通過調整膜面積、冷凝器的溫度及通過膜的壓力比，MTR的循環膜分離設計能夠很容易操縱最后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快速降低?；蚋S膜面積降低而快速增大；當面積降低到一

　　定程度．則不產生分離，排放氣濃度等于進料氣的濃度。

　　冷凝器的溫度減少，濃縮所需要的露點溫度也減少，更多的VOCs在冷凝器中拎凝，能夠明顯地減少進入膜單元的有機物濃度。然而其實，因為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．排放氣濃度明顯減少，但壓力比不可以小于某個值，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。

　　膜技術差不多能夠用來回收多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 它可用于多種行業．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。

　　工業有機廢氣的管理在環保管理工程領域發展時間不長，日前多種管理技術、工藝仍然不夠成熟，或多或少地存在一些缺陷，如運動不穩定、能耗高、治理維護工作量大等。跟隨環保技術的接連不斷發展，工業有機廢氣管理的新技術新成果將接連不斷出現，近些年以來出現了電暈法、臭氧分解法、等離子體法等。今后，工業有機廢氣管理技術將朝著設備創造成本低、能耗低、治理維護簡單等方向發展。
 

　　廢氣治理設備
 

　　一、 催化燃燒設備在VOCs廢氣管理中的重要地位

　　VOCs 廢氣管理有較多措施， 其管理方法包括源頭減量、中間操縱和末端處理等。日前，中國以末端管理為主。末端管理技術通常分為破壞性處理和回收性處理。破壞性處理主要包括催化燃燒設備和蓄熱燃燒設備?；厥招蕴幚戆橙》?、冷凝法、吸附法和膜分離法等?；厥招蕴幚硪蚱浼夹g手段還不成熟，成本較高，日前沒有大規模應用。

　　催化燃燒設備是在廢氣燃燒的時候借助催化劑，減少反應所需的活化能，VOCs 富集在催化劑表面，在較低起燃溫度下發生無焰燃燒，最后分解成二氧化碳和水，實現VOCs廢氣管理的目的，去除率高達97%以上。當前常用催化劑種類有 Cu、Fe、Ti 等非貴金屬與 Pd、Au、Pt等貴金屬兩大類。

　　催化燃燒設備在 VOCs 管理中占領核心地位，因其廢氣管理效率高、安全性高、能耗低、運動可靠穩定、無二次污染等明顯優點而得到廣泛應用。

　　二、催化燃燒設備的經常見到安全問題及防范措施

　　催化燃燒設備管理 VOCs 的過程中， 存在如下幾種安全隱患：活性炭起火的現象、催化氧化爐爆炸問題、整個催化燃燒設備火爆炸問題。

　　1、活性炭起火現象及防范措施在前期的 VOCs 富集過程中，因為活性炭著火點較低而脫附溫度過高，當對吸附飽和的活性炭進行脫附處理時，會因為脫附箱體內溫度過高造成活性炭著火。

　　解決該問題能夠從兩個方面著手：一是 采納著火點高的活性炭;二是嚴格操縱脫附溫度，使其遠低于活性炭著火點。

　　所以可采取如下措施：嚴格操縱脫附溫度，挑選質量好的脫附溫度傳感器，盡量在活性炭吸附箱合適位置安裝兩個溫度傳感器;在 PLC 編程中加入脫附溫度超溫時停止脫附程序;同時要防患于未然，在活性炭吸附箱上方增加消防水管并連結煙氣報警及自動噴淋裝置，以防意外失火。

　　2、催化氧化爐爆炸問題及防范措施在處理高濃度 VOCs 時，因為爐內附有大量氧氣，當廢氣濃度達到廢氣組份中大部分有機廢氣的爆炸極*，就會有爆炸的驚險。

　　所以，要時刻監測爐內 VOCs濃度，在進入催化氧化爐的廢氣管道上安裝濃度稀釋裝置，將高濃度廢氣稀釋到爆炸極限下;同時在催化氧化爐上增加壓力排氣閥，在壓力過高時自動打開閥門進行減壓排氣，以防爐內溫度壓力過高導致爆炸。

　　3、整個催化燃燒設備起火爆炸多發生在僅僅有一套吸附裝置的系統中，因管道壁及設備內聚集大量高濃度有機廢氣顆粒物，管道風閥閉會間隙過大，在脫附催化燃燒過程中沒有停止生產， 車間進氣閥不可以關閉，整個管路是全通的，此時脫附催化燃燒非?？赡茉谘谉岬奶鞖庑Ч聦е抡麄€系統起火爆炸。

　　針對以上情況應當采取如下措施：安裝高質量風閥，常常檢查漏氣情況，單套吸附的裝置系統中在脫附催化燃燒過程中應停產處理等。

　　三、催化燃燒設備的整體安全措施

　　使用催化燃燒設備應嚴格按工程技術規范進行消防措施處理，工程裝置應盡量地放置在室外，而且按安全生產規范要求留足安全距離及設置安全防護欄和相關顏色，氣流走向，閥門開關方向，電源標識，操作規范等安全警示措施。