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废气处理技术大揭秘!七大技术让VOC无处可逃另附选择技巧

来源:188小金体育    发布时间:2025-11-10 13:08:38

产品详情

  VOC是挥发性有机物(volatile organic compounds)的英文缩写。普通意义上的VOC就是指挥发性有机物;但是环保意义上的定义是指活泼的一类挥发性有机物,即会产生危害的那一类挥发性有机物。本文详细的介绍了七种VOC废弃净化处理的主要技术,以及不同技术的选择要点。

  热破坏法是一种通过直接燃烧或辅助燃烧有机气体(即VOC)来降低其有机物浓度的技术。该技术还利用特定的催化剂来加速VOC的化学反应,以达到无害化处理的目的。在处理低浓度有机废气时,热破坏法表现尤为出色,因此大范围的应用于低浓度废气的处理中。该方法最重要的包含直接火焰燃烧和催化燃烧两种形式。直接火焰燃烧因其高效性,通常能实现99%以上的处理效率。而催化燃烧则通过催化剂的作用,加速化学反应,适用于高浓度、小流量的有机废气处理。

  有机废气中的吸附法一般适用于低浓度、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,还能够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,而且工艺流程很复杂;如果废气中有大量杂质,则轻易造成工作人员中毒。所以,使用此方法处理废气的重点是吸附剂。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安全和有效。

  生物处理法是一种新兴的VOC废气处理技术,具有投资少、运行的成本低、简单易操作等优点。该方法利用微生物的生理过程将废气中的有害于人体健康的物质转化为简单的无机物(如二氧化碳和水)。生物处理法最重要的包含生物洗涤法、生物过滤法和生物滴滤法等多种工艺。不同成分、浓度及气量的气态污染物各有其适用的生物净化系统。生物处理法在处理有机废气过程中,废气中的有机污染物首先与水接触并溶解,然后逐步扩散到生物膜中,被微生物吸收并降解为无害物质。尽管生物处理法具有诸多优点,但由于其影响因素众多且复杂,仍要进一步的研究和探索。

  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。

  变压吸附分离与净化技术(PSA)利用气体组分在固体材料上的吸附特性,通过压力变化实现有机废气的净化。该技术主要使用沸石分子筛作为吸附材料,在吸附选择性和吸附量方面具有非常明显优势。PSA技术通过物理法实现废气的净化,可以有明显效果地回收有价值的气体资源。近年来,PSA技术在工业生产里得到了广泛应用,显示出良好的气体分离效果。该技术的优点是能源消耗少、成本低、操作自动化程度高以及分离净化后混合物纯度高。随着环保意识的提高和能源资源的日益紧张,PSA技术将在未来有机废气处理领域发挥逐渐重要的作用。

  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。氧化法的基础原理:VOC与O2发生氧化反应,生成CO2和H2O。

  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。正常的情况下,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明上进行。所以,有机废弃净化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。贵金属催化剂最重要的包含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,与粘合剂经过特殊的比例混合,然后制成的催化剂。为有很大效果预防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。三种方法的主要不同之处在于热量回收方式。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,正常的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所组成。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——主要根据“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,在一些范围内,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扮装置中,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扮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%,因此大幅度降低了帮助燃料的消耗。一般情况下,间壁式热交换器有三种形式:管式、壳式和板式。由于热氧化温度必需把握在 800 ℃~1000 ℃范围内,因此,间壁式热交换必需由不锈钢或合金材料制造成。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退,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,在热氧扮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达到了95%,且其占用空间比较小,帮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转变气流方向的目的。

  液体吸取法指的是通过吸取剂与有机废气接触,把有机废气中的有害分子转移到吸取剂中,以此来实现分别有机废气的目的。这种处理方法是一种典型的物理化学作用过程。有机废气转移到吸取剂中后,接受解析方法把吸取剂中有害分子去除掉,然后回收,实现吸取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,把水看作吸取剂,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,则只可以通过化学方法清除,也就是通过有机废气与溶剂发生化学反应然后予以去除。

  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,所以要较多费用。

  这种处理方法一般适用于浓度高且温度比较低的有机废气处理。通常适用于VOC含量高(百分之几),气体量较小的有机废气的回收处理,由于大部分VOC是易燃易爆气体,受到爆炸极限的限制,气体中的VOC含量不会太高,所以要达到较高的回收率,需采用很低温度的冷凝介质或高压措施,这势必会增添设备投资和处理成本,因此,该技术一般是作为一级处理技术并与别的技术结合使用。

  废气浓度方面,对于高浓度的VOCs(通常高于1%,即10000ppm), 通常要进行有机物的回收。通常首先采用冷凝技术将废气中大部分的有机物进行回收,降浓后的有机物再采用其他技术做处理。如油气回收过程,自油气收集系统来的油气经油气凝液罐排除冷凝液后(可采用多级冷 凝)进入油气回收装置,经冷凝回收的汽油进入回收汽油收集储罐,尾气通过活性炭吸附后达标排放,活性炭吸附饱和后的脱附油气经真空泵抽吸送入冷凝器入口进行循环冷凝。在有些情况下,虽然废气中VOCs的浓度 很高,但并无回收价值或回收成本过高,直接燃烧法显得更为适用,如炼油厂尾气的处理等。

  对于低浓度的VOCs(通常为小于1000ppm),目前有很多的治理技术能选择,如吸附浓缩后处理技术、吸收技术、生物技术等,在大多数情况下需要采用组合技术进行深度净化。吸附浓缩技术(固定床或沸石转 轮吸附)近年来在低浓度VOCs的治理中得到了广泛应用,视情况既可以对废气中价值较高的有机物进行冷凝回收,也能够使用催化燃烧或高温焚烧工艺进行销毁。在吸收技术中,采用有机溶剂为吸收剂的治理工艺由于存在安全性差和吸收液处理困难等缺点,目前己较少使用。采用水吸收目前大多数都用在废气的前处理,如去除漆雾和大分子高沸点的有机物、去除酸碱气体等。另外,对于水溶性高的VOCs,可采用生物滴滤法和生物洗涤 法,水溶性稍低的可采用生物滤床。

  对于中等浓度的VOCs(数千ppm范围),当无回收价值时,一般都会采用催化燃烧(CO/RCO)和高温燃烧(TO/TNV/RTO)技术进行治理。在该浓度范围内,催化燃烧和高温燃烧技术的安全性和经济性是较为合理的,因此是目前应用最为广泛的治理技术。蓄热式催化燃烧(RCO)和蓄热式高温燃烧技术(RTO)近年来得到了广泛的应用,提高了催化燃烧和高温燃烧技术的经济性,使得催化燃烧和高温燃烧技术能在更低的浓度下使用。当废气中的有机物具有回收价值时,通常选用活性炭 / 活性炭纤 维吸附 + 水蒸气 / 高温氮气再生 + 冷凝工艺对废气中的有机物进行回收, 从技术经济上做综合考虑,如果废气中有机物的价值较高,回收具有效益,吸附回收技术也常被用于废气中较低浓度有机物的回收。对于水溶性高的VOCs(如醇类化合物),也可采用吸收法回收溶剂,具体如上图。


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