揮發(fā)性有機廢氣處理***點分析

 

1VOCs廢氣排放***點及治理難點

 

1.1工業(yè)源VOCs廢氣排放***點

 

(1)排放量***據統(tǒng)計，在2011—2013年期間，我***的VOCs年排放量從1534.3萬噸增長至2935.6萬噸，通過科學研究預測發(fā)現(xiàn)，2020—2050年工業(yè)源VOCs排放將在2013年的基礎上增加13.3%～361.3%。

 

(2)VOCs濃度因地區(qū)、行業(yè)的不同而不同如石油、化工以及專用設備制造業(yè)的總VOCs排放濃度***多超過103mg/m3，而橡膠、塑料以及毛皮等輕工業(yè)的總VOCs濃度一般在500mg/m3以內。

 

(3)同一工業(yè)源VOCs的成分復雜且隨時間變化波動較***。

 

(4)工業(yè)源VOCs相對其他類型VOCs的排放更集中。

 

1.2工業(yè)源VOCs難點

 

(1)單位體積VOCs能量密度低，一般不能維持系統(tǒng)熱平衡。

 

(2)VOCs成分復雜，相比單一組分治理更困難。

 

(3)VOCs熱值波動范圍***，系統(tǒng)運行穩(wěn)定性差。

 

目前工業(yè)中常用的有機廢氣的治理方式有吸收法、燃燒法、冷凝法、吸附法、光催化法、生物降解法、低溫等離子法以及膜分離法等[9]。另外，對有關VOCs的處理技術調查分析發(fā)現(xiàn)，吸附、催化燃燒和熱力燃燒在***內分別占38%、22%和6%，在***外相應為16%、29%和12%。因此，這3類工藝已經發(fā)展成為***內外治理VOCs的主流。

 

2工業(yè)源VOCs熱氧化技術研究進展

 

揮發(fā)性有機廢氣(VOCs)的有效治理主要受現(xiàn)有技術的***點和有機廢氣***性兩方面因素的限制，傳統(tǒng)技術對高濃度VOCs的治理一般都具有較***的效果，然而對工業(yè)有機廢氣的處理便表現(xiàn)出較***的不足。針對有機廢氣治理的難點，本文對***內外應用廣、研究多的吸附濃縮、蓄熱氧化、催化燃燒和以此3類基本工藝組合而成的復合熱氧化技術進行對比分析，為穩(wěn)定、高效地處理工業(yè)有機廢氣工藝的選取和新工藝的開發(fā)提供理論與現(xiàn)實依據。

 

2.1VOCs吸附濃縮-燃燒技術

 

吸附濃縮-燃燒法(concentratedcombustionmethod)是一種由吸附濃縮和直接燃燒相結合的技術。其處理工藝，VOCs廢氣***先經過濾沉降裝置預處理，然后進入吸附濃縮裝置實現(xiàn)VOCs與空氣分離，凈化后的***部分冷空氣直接排***氣，小部分和高溫煙氣混合進入吸附濃縮裝置對VOCs脫附，產生的高濃度有機廢氣進入預熱回收裝置吸熱，后進入燃燒室燃燒，產生的一部分煙氣與冷空氣混合對VOCs進行脫附，另一部分高溫煙氣進入余熱回收裝置中放熱后排放。

 

在生產應用中，針對某橡膠制品硫化工段產生的風速約為1.3m/s、風量為540000m3/h、VOCs濃度為20～30mg/m?、惡臭濃度為3000(量綱為1)、顆粒物濃度約為5mg/m3的有機廢氣，奚海萍設計了一套系統(tǒng)鋼平臺占地415m2、運行總功率約為854kW的蜂窩狀活性炭立式固定床吸附濃縮-熱力燃燒裝置，該系統(tǒng)運行成本9.34元/(W˙m3)，對VOCs和惡臭的去除率均≥90%。

 

吸附濃縮-直接燃燒技術核心在VOCs的吸附。該過程是利用吸附劑對混合物定成分實現(xiàn)分離，吸附濃縮工藝性能主要受兩方面因素影響：吸附材料和吸附方式的選擇。

 

轉輪和固定床是當前有機廢氣濃縮基本的兩種方式。固定床吸附系統(tǒng)采用兩個或多個吸附床交替工作對VOCs實現(xiàn)濃縮;轉輪濃縮系統(tǒng)是將轉輪沿圓周方向依次分為吸附、脫附和冷卻3區(qū)域，通過調整轉輪的轉速實現(xiàn)對有機廢氣的連續(xù)吸附濃縮。相對固定床而言，轉輪吸附濃縮系統(tǒng)具有穩(wěn)定性強、技術適應性廣、運行費用低、去除率高以及二次污染低等***點，但該方法初期投入***。

 

目前，活性炭、炭纖維和分子篩是***內外吸附濃縮低濃度有機廢氣應用研究廣的3種材料。WANG等對揮發(fā)有機混合物在球狀活性炭顆粒上的吸附和脫附進行了研究。為驗證環(huán)境中甲基叔丁醚的來源，GIRONI等采用活性炭對稀釋蒸汽流中的VOCs脫除進行了實驗研究。NAHM等]對活性炭的熱化學再生以及吸附***性進行了相關研究。另外，張吉發(fā)現(xiàn)蜂窩狀活性炭對的工作吸附容量隨活性炭相對濕度的增加而降低，床層厚度對顆?；钚蕴颗c蜂窩活性炭工作吸附容量的影響同相對濕度類似，但顆?；钚蕴繉Φ墓ぷ魑饺萘侩S空塔流速的增加先增***后減小。劉月穎發(fā)現(xiàn)疏水性沸石篩ZSM-5與蜂窩結構陶瓷基結合制作成的吸附轉輪可使C7H8含量400mg/m3的10℃有機廢氣凈化率在90%以上。閆茜等發(fā)現(xiàn)對以MCM-41分子篩作為模板制備的多級孔碳材料在60℃時、質量分數為20%的溶液中改性10h后可使其吸附量增加6倍以上。李梁波研究表明苯、從活性炭纖維上脫附的速率隨溫度和氣流速度的增***而增加，且活性炭纖維多次再生后吸附性能仍在90%以上。趙海洋等還發(fā)現(xiàn)活性炭纖維對的吸附***性受溫度影響較小。另外，周宇在對VOCs的吸附凈化與分離提純LPG的相關應用中表明活性炭在固定床中的無效層厚度隨活性炭纖維裝填量的增***而減小，且對正丁烷、異丁烷和丙烷的吸附選擇性吸附由強到弱?；钚蕴亢头惺肿雍Y來源廣泛、價格低廉，然而活性炭纖維成本相對更貴;活性炭在高溫條件下易燃、抗?jié)裥阅懿?，沸石分子篩抗?jié)裥阅?*****、吸附過程選擇性強、疏水性***寬孔徑的活性炭能較***地適應工業(yè)VOCs的治理，然而分子篩和碳纖維的孔徑分布均勻、范圍較窄。雖然3種材料性質差異較***，但它們對工業(yè)有機廢氣的凈化率均≥95%。

 

針對吸附濃縮技術，吸附過程幾乎都在室溫下進行，然而脫附條件卻因后處理設備的不同而有較***差異。郭昊發(fā)現(xiàn)循環(huán)風量為300m3/h的170℃熱氮氣對活性炭吸附的有機溶劑脫附回收相對更經濟，當廢氣在床層中停留時間在0.4s以上時脫附效率高，顆粒活性炭在195℃氣流中的再生率為88%。沸石分子篩脫附溫度一般較高，脫附溫度區(qū)間較寬，盧晗鋒等采用高溫熱水對NaY分子篩進行改性后的Y分子篩對的脫附溫度可降低140℃左右?；钚蕴坷w維的脫附效率隨著升溫速率的加快而提高，且其重復性較***，對較高濃度的吸附容量為434.8mg/g，但解析脫附過程可產生二次污染。

 

數據分析可知：在有機廢氣的吸附濃縮組合工藝中，脫附氣流溫度的選擇隨燃燒反應溫度水平的提高而增加，一般在100～200℃之間選定。其主要原因為：①高溫煙氣降溫需要補充冷空氣，因此在傳統(tǒng)燃燒組合工藝中選擇較低的脫附床溫，會導致系統(tǒng)效率降低;②脫附主要通過高溫氣流加熱床料，使VOCs掙脫與吸附床之間的范德華力實現(xiàn)分離，脫附效率一般隨著床料溫度的升高而升高，但過高的脫附溫度可能導致的發(fā)生;③脫附溫度一般都>100℃，主要因為溫度過低不能克服分子間的范德華力且VOCs揮發(fā)困難，不利VOCs的濃縮，具體要視吸附材料的不同而定。

 

目前，***內外主要從吸附材料種類、性質、系統(tǒng)設計、結構設計及***化方面對有機廢氣的吸附濃縮燃燒進行了***量研究，力求***限度地提高單位體積吸附材料的吸附容量。吸附濃縮燃燒技術能夠很***地將濃度低、熱值波動***的有機廢氣轉化為可直接進行燃燒的高濃度混合氣流，使得后續(xù)處理連續(xù)、穩(wěn)定，******提高了系統(tǒng)的運行效率。