挥发性有机物污染控制

1、第十四讲第十四讲 挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制 v教学内容教学内容 v1蒸汽压与蒸发蒸汽压与蒸发 v2VOCs污染预防污染预防 v3燃烧法控制燃烧法控制VOCs污染污染 v4洗涤法控制洗涤法控制VOCs污染污染 v5冷凝法控制冷凝法控制VOCs污染污染 v6吸附法控制吸附法控制VOCs污染污染 v7生物法控制生物法控制VOCs污染污染 v1、教学要求、教学要求 v要求了解要求了解VOCs性质和来源，理解和掌握性质和来源，理解和掌握VOCs污染的污染的 控制措施，包括燃烧法控制控制措施，包括燃烧法控制VOCs、洗涤法控制、洗涤法控制VOCs、 冷凝法控制冷凝法控制VOCs、吸附法控制

2、、吸附法控制VOCs、生物法控制、生物法控制 VOCs污染。污染。 v2、教学重点、教学重点 v本章重点介绍各种本章重点介绍各种VOCs污染控制。污染控制。 v3、教学难点、教学难点 v冷凝法控制冷凝法控制VOCs污染，生物法控制污染，生物法控制VOCs污染污染 1蒸气压与蒸发蒸气压与蒸发 v一、蒸气压一、蒸气压 v蒸气压是判断有机物是否属于挥发性有机物的主要依据蒸气压是判断有机物是否属于挥发性有机物的主要依据 v温度越高，蒸气压越大温度越高，蒸气压越大 一、蒸气压一、蒸气压 v空气中空气中VOCs的含量低，可视为理想气体，拉乌尔定律的含量低，可视为理想气体，拉乌尔定律 i ii p yx P

3、 i y 气气相相中中组组分分i的的摩摩尔尔分分数数 液液相相中中组组分分i的的摩摩尔尔分分数数 纯纯组组分分i的的蒸蒸气气压压 总总压压 i x i p P i y 气气相相中中组组分分i的的摩摩尔尔分分数数 液液相相中中组组分分i的的摩摩尔尔分分数数 纯纯组组分分i的的蒸蒸气气压压 总总压压 i x i p P 一、蒸气压一、蒸气压 v气液平衡：克劳休斯克拉佩龙（气液平衡：克劳休斯克拉佩龙（ClausiusClapyron） 方程方程 lg B pA T 平平衡衡蒸蒸气气压压，mmHg 系系统统温温度度，K 经经验验常常数数 p T AB、 平平衡衡蒸蒸气气压压，mmHg 系系统统温温度度

4、，K 经经验验常常数数 p T AB、 lg B pA tC 温温度度，oC 经经验验常常数数，参参见见表表10-2ABC、 、 t v安安托托万万（Antoine）方方程程 lg B pA tC 温温度度，oC 经经验验常常数数，参参见见表表10-2ABC、 、 t温温度度，oC 经经验验常常数数，参参见见表表10-2ABC、 、 t v安安托托万万（Antoine）方方程程 二、挥发与溶解二、挥发与溶解 2 VOCs污染预防污染预防 VOCs排放排放 2 VOCs污染预防污染预防 vVOCs控制技术可分为两类控制技术可分为两类 防止泄漏为主的预防性措施 替换原材料替换原材料 改变运行条件改

5、变运行条件 更换设备等更换设备等 末端治理为主的控制性措施 VOCs控制技术控制技术 一、一、VOCs替代替代 二、工艺改革二、工艺改革 非挥发性溶剂工艺取代挥发性溶剂工艺，如流 化床粉剂涂料和紫外平版印刷术 石油及石化生产过程：回收利用放空气体 三、泄漏损耗及控制三、泄漏损耗及控制 v充入、呼吸和排空损耗充入、呼吸和排空损耗 充入、呼吸和排空损耗充入、呼吸和排空损耗 v充入、呼吸和排空导致的充入、呼吸和排空导致的VOCs排放排放 ii mV m,g ii i y M V iiiiiii mx p Mx p MP VPRTRT 组组分分i的的排排放放量量 排排出出空空气气-VOCs混混合合物物

6、中中组组分分i的的浓浓度度 i m i 组组分分i的的排排放放量量 排排出出空空气气-VOCs混混合合物物中中组组分分i的的浓浓度度 i m i 组组分分i的的摩摩尔尔质质量量 排排出出空空气气中中VOCs的的摩摩尔尔分分率率 混混合合气气体体的的摩摩尔尔体体积积 i M i y m,g V 组组分分i的的摩摩尔尔质质量量 排排出出空空气气中中VOCs的的摩摩尔尔分分率率 混混合合气气体体的的摩摩尔尔体体积积 i M i y m,g V 充入、呼吸和排空损耗充入、呼吸和排空损耗 v呼吸损耗呼吸损耗 呼吸损耗温度变化使容器产生“吸进和呼出”而 导致的有机物损耗 白天呼出，夜晚吸进 可通过在容器出

7、口附加的蒸气保护阀来控制 汽油的转移和呼吸损耗汽油的转移和呼吸损耗 v汽油汽油 50余种碳氢化物和其他痕量物质，C8H17 汽油已挥发部分所占的百分比汽油已挥发部分所占的百分比/% 转移损耗控制方法转移损耗控制方法 浮顶罐，用于储存大量的高挥发性的液体。用于密封的浮顶盖浮在浮顶罐，用于储存大量的高挥发性的液体。用于密封的浮顶盖浮在 液面上，液面以上没有空隙。液体注入或流出时顶盖随之上下浮动，液面上，液面以上没有空隙。液体注入或流出时顶盖随之上下浮动， 避免上面所讲述的呼吸损耗。但是这种密封方式（一般采用有弹性避免上面所讲述的呼吸损耗。但是这种密封方式（一般采用有弹性 的橡胶薄盖，类似于汽车上的

8、雨刷）并不是完美的，仍然会有密封的橡胶薄盖，类似于汽车上的雨刷）并不是完美的，仍然会有密封 损失。这张草图没有给出防雨雪装置和其他的细节。损失。这张草图没有给出防雨雪装置和其他的细节。 3 VOCs控制方法和工艺控制方法和工艺 v燃烧法燃烧法 v吸收（洗涤）法吸收（洗涤）法 v冷凝法冷凝法 v吸附法吸附法 v生物法生物法 燃烧法（燃烧法（Combustion） v适用于可燃或高温分解的物质适用于可燃或高温分解的物质 v不能回收有用物质，但可回收热量不能回收有用物质，但可回收热量 v燃烧反应，如燃烧反应，如 817222 66222 2222 C H12.25O8CO8.5H O C H7.5O

9、6CO3H O H S 1.5OSOH O Q Q Q 燃烧时放出的热量燃烧时放出的热量Q燃烧时放出的热量燃烧时放出的热量Q 一、一、VOCs燃烧原理及动力学燃烧原理及动力学 v燃烧动力学燃烧动力学 单位时间VOCs减少量 2 VOCs VOCsO d d nm c vk cc t VOCs VOCs d d n c vkc t 氧气浓度远高于VOCs浓度 (10-8) VOCs VOCs d d n c vkc t 氧气浓度远高于VOCs浓度 VOCs VOCs d d n c vkc t 氧气浓度远高于VOCs浓度 (10-8) exp() E kA RT 多数化学反应，遵循阿累尼乌斯方程

10、 exp() E kA RT 多数化学反应，遵循阿累尼乌斯方程 VOCs燃烧原理及动力学燃烧原理及动力学 v燃烧与爆炸燃烧与爆炸 燃烧极限浓度范围爆炸极限浓度范围 多种可燃气体与空气混合，爆炸极限范围 12 100 m i c abm ccc 混合气体的爆炸极限混合气体的爆炸极限 i组分的爆炸极限组分的爆炸极限 各组分的百分含量各组分的百分含量 m c i c , ,a b m 混合气体的爆炸极限混合气体的爆炸极限 i组分的爆炸极限组分的爆炸极限 各组分的百分含量各组分的百分含量 m c i c , ,a b m 二、燃烧工艺二、燃烧工艺 v直接燃烧直接燃烧 适用于可燃有害组分浓度较高或热值较

11、高的废气 设备：燃烧炉、窑、锅炉 温度1100oC左右 火炬燃烧：产生大量有害气体、烟尘和热辐射，应 尽量避免 二、燃烧工艺二、燃烧工艺 v热力燃烧（热力燃烧（Thermal Combustion) 适于低浓度废气的净化 温度低，540820oC 必要条件：温度、停留时间、湍流混合 二、燃烧工艺二、燃烧工艺 v热力燃烧热力燃烧 二、燃烧工艺二、燃烧工艺 v催化燃烧（催化燃烧（Catalytic Combustion） 二、燃烧工艺二、燃烧工艺 具有热回收装置的催化燃烧器具有热回收装置的催化燃烧器 v催化燃烧装置催化燃烧装置 二、燃烧工艺二、燃烧工艺 v催化燃烧催化燃烧 优点： 无火焰燃烧，安全

12、性好无火焰燃烧，安全性好 温度低：温度低：300450oC，辅助燃料消耗少，辅助燃料消耗少 对可燃组分浓度和热值限制少对可燃组分浓度和热值限制少 二、燃烧工艺二、燃烧工艺 4吸收（洗涤）法控制吸收（洗涤）法控制VOCS污染污染 v一、吸收工艺及吸收剂一、吸收工艺及吸收剂 一、吸收工艺及吸收剂一、吸收工艺及吸收剂 v吸收剂的要求吸收剂的要求 对被去除的VOCs有较大的溶解性 蒸气压低 易解吸 化学稳定性和无毒无害性 分子量低 5冷凝法控制冷凝法控制VOCS污染污染 v适于废气体积分数适于废气体积分数10-2以上的有机蒸气以上的有机蒸气 v常作为其它方法的前处理常作为其它方法的前处理 一、冷凝原理

13、一、冷凝原理 v冷凝温度处于露点和泡点温度之间冷凝温度处于露点和泡点温度之间 v越接近泡点，净化程度越高越接近泡点，净化程度越高 00 lll 00 ggg iii iii ff m ff v相平衡常数相平衡常数 00 lll 00 ggg iii iii ff m ff v相平衡常数相平衡常数 12 12 1 n n yyy KKK 时，对应的温度为露点 Ki相平衡常数 v露点温度露点温度 12 12 1 n n yyy KKK 时，对应的温度为露点 Ki相平衡常数 v露点温度露点温度 时，对应温度为泡点1 122 1 nn K xK xK x v泡泡点点温温度度 时，对应温度为泡点1 12

14、2 1 nn K xK xK x v泡泡点点温温度度 一定组成的液体，在恒压下加热的过程中，出现第一个气泡时的温度，也就是一定组一定组成的液体，在恒压下加热的过程中，出现第一个气泡时的温度，也就是一定组 成的液体在一定压力下与蒸气达到成的液体在一定压力下与蒸气达到汽液平衡汽液平衡时的温度。时的温度。 指空气在水汽指空气在水汽 含量和气压都含量和气压都 不改变的条件不改变的条件 下，冷却到饱下，冷却到饱 和时的温度。和时的温度。 形象地说，就形象地说，就 是空气中的水是空气中的水 蒸气变为露珠蒸气变为露珠 时候的温度叫时候的温度叫 露点温度。露点温度。 冷凝计算冷凝计算 v压力压力P，温度，温度

15、t，进料中，进料中i组分的摩尔分率组分的摩尔分率zi， ，计算液化率 计算液化率f、 冷凝后气液组成冷凝后气液组成xi、yi (1) iii F zf F yf F xi组分的物料平衡(1) iii F zf F yf F xi组分的物料平衡 FBD 物料平衡 FBD 物料平衡 /fB F液化率/fB F液化率 iii ym x (1)(1) (1)/(1) ii i iii iii i ii zz x f mfmmf zz m y ffmmff 气液平衡关系代入上式得iii ym x (1)(1) (1)/(1) ii i iii iii i ii zz x f mfmmf zz m y f

16、fmmff 气液平衡关系代入上式得 11 1 nn ii ii xy 由和上式可得f、xi、yi 11 1 nn ii ii xy 由和上式可得f、xi、yi 111 nnn ciiiiii iii QFH zDH yBh x 冷凝热 111 nnn ciiiiii iii QFH zDH yBh x 冷凝热 二、冷凝类型和设备二、冷凝类型和设备 v接触冷凝接触冷凝 被冷凝气体与冷却介质直接接触 喷射塔、喷淋塔、填料塔、筛板塔 m QKA t v表表面面冷冷凝凝（间间接接冷冷却却） 冷凝气体与冷却壁接触 列管式、翅管空冷、淋洒式、螺旋板 传热方程 m QKA t v表表面面冷冷凝凝（间间接接冷

17、冷却却） 冷凝气体与冷却壁接触 列管式、翅管空冷、淋洒式、螺旋板 传热方程 6吸附法控制吸附法控制VOCS污染污染 v一一、吸附工艺吸附工艺 一、吸附工艺一、吸附工艺 v活性炭吸附活性炭吸附VOCs的性能最佳的性能最佳 v亦有部分亦有部分VOCs不易解吸，不宜用活性炭吸附不易解吸，不宜用活性炭吸附 v二、吸附容量二、吸附容量 利用波拉尼曲线估算 v三、多组分吸附三、多组分吸附 过程 各组分均等吸附于各组分均等吸附于 活性炭上活性炭上 挥发性强的物质被挥发性强的物质被 弱的物质取代弱的物质取代 7生物法控制生物法控制VOCS污染污染 v一、生物法控制一、生物法控制VOCS污染原理污染原理 微生物将有机成分作为碳源和能源，并将其分解为 CO2和H2O 二、生物法处理VOCS工艺 v 工艺工艺 生物洗涤塔（悬浮生长系统）生物洗涤塔（悬浮生长系统） 生物滴滤塔生物