含有机化合物废气的净化方法

1、8、 含有机化合物废气的净化 涉及VOCs排放的工业行业包括： 石油化工、精细化工、喷涂、包装印刷、医药与农药制造、半导体及电子产品制造、人造板与木制家具制造、皮革、漆包线、制鞋、涂料、油墨粘合剂生产、金属铸造等，行业众多。挥发性有机物VOCs: 世界卫生组织的定义:沸点在50-250的化合物,室温下饱和蒸汽压超过133.32Pa，在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物。一、VOCs的来源及类别 各行业中所产生的VOCs种类繁多，组成复杂，常见的组分有碳氢化合物、苯系物、醇类、酮类、酚类、醛类、酯类、胺类、腈（氰）类等。碳氢化合物(如烷、烯、炔烃、芳香烃、多环烃)；含氧有机物(醛、酚、酮、

2、有机酸)；含氯有机物(氯乙烯、氯甲烷、二氯乙烷、氯醇)；含硫有机物(硫醇、噻吩、二硫化碳)。 危害： 挥发性有机污染物（VOCs）大多数有毒、有害，具有一定的致癌性；参与光化学反应，形成光化学烟雾；部分可破坏臭氧层。 现状： 我国一些城市空气中VOCs的浓度是美国城市空气浓度515倍，工业排放有机废气已经成为城市主要污染源之一。 目前，在我国VOCs污染源主要分布在全国各地城市与城市群，分布面广，其中90%以上尚未治理，对大气环境影响严重，应依据相关污染治理法规的要求进行治理。 根据行业内的推算，目前全国总的工业VOCs年排放量应该在2000万吨以上，达到甚至超过了全国NOx的排放水平，而且随

3、着国民经济的发展呈现出不断增长的趋势。二、VOCs的危害及治理现状 目前的VOCs的治理技术主要有两类：一类是回收技术，一类是销毁技术。 回收技术是通过物理的方法，改变温度、压力或采用选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来富集分离有机气相污染物的方法，主要有吸附技术、吸收技术、冷凝技术及膜分离技术。 销毁技术主要是通过化学或生化反应，用热、光、催化剂和微生物将有机化合物转变成为二氧化碳和水等无毒害或低毒害的无机小分子化合物，主要有直接燃烧、催化燃烧、生物氧化、光催化氧化、等离子体破坏等。 目前使用较多的VOCs的治理技术主要有活性炭和活性炭纤维吸附、溶剂吸收、降温冷凝等回收技术和直接燃烧、催化燃烧

4、等销毁技术，其中又以吸附技术和催化燃烧技术的应用居多。三、VOCs的治理技术 工业固定源VOCs的排放主要是低浓度、大风量的排放污染问题。工业生产过程中通生产场所的强排风，使得所排出的废气中有机物的浓度很低（通常小于1500mg/m3）风量很大（通常超过1万m3/h，甚至达十几万m3/h、几十万m3/h），治理难度大，是目前城市中有机化合物污染的重要来源。经济高效的排放控制技术是解决大面积VOCs污染问题的关键。 吸附法适用于处理低浓度、大风量的气态污染物的治理，操作方便，易于实现自动化，并且对于有再利用价值的有机溶剂，能通过脱附进行回收，实现废物资源化。三、VOCs的吸附处理u吸附法回顾：

5、1、吸附法是利用各种固体吸附剂（如活性炭、活性炭纤维、分子筛等）对排放废气中的污染物进行吸附净化的方法。 2、吸附净化工艺：吸附回收工艺（回收有机溶剂）和吸附氧化工艺（回收热量）两种； 3、吸附设备：固定床、移动床和流化床吸附器三种。 4、吸附材料主要包括活性炭、活性炭纤维和分子筛 5、吸附剂的再生通常采用水蒸气再生和热空气流再生两种，在油气回收中则通常采用真空脱附再生。u吸附剂技术应用 目前在我国应用范围最广吸附净化技术： 1）固定床吸附/水蒸气脱附/冷凝回收工艺 2）固定床吸附/热空气脱附/催化燃烧工艺 国内目前主要是采用固定床吸附回收技术，吸附剂通常为颗粒活性炭和活性炭纤维。 国外和我国

6、台湾地区近年来较多地采用了移动床和流化床吸附回收设备，如日本多采用分子筛转轮吸附浓缩设备，利用高温空气脱附后冷凝回收。在我国有机废气净化的分子筛吸附剂 的生产技术还没有突破，目前分子筛转轮吸附技术尚处于开发阶段。当使用水蒸气置换再生时，一般采用低压水蒸气，水蒸汽温度高，对设备耐压要求高。根据经验一般考虑水蒸气的温度应低于140。对于活性炭和活性炭纤维吸附剂和一般的有机化合物，再生热气流温度应低于120，否则着火的危险性非常大。分子筛的安全性要高于活性炭材料，再生热气流温度可以提高，日本的一些企业使用温度可以达到200。 该工艺目前在国内外应用最多，主要由于低浓度、大风量、无回收价值的有机废气的

7、治理。 蜂窝状活性炭 吸附浓缩-催化燃烧技术是将吸附技术和催化燃烧相结合的一种集成技术，将大风量、低浓度的有机废气经过吸附/脱附过程转换成小风量、高浓度的有机废气，然后经过催化燃烧净化，可以有效的利用有机物的燃烧热。该方法适合于大风量、低浓度或浓度不稳定的废气治理，通常用于低于1500 mg/m3的有机废气的治理。 喷漆废气处理： 在喷涂、烘干、补漆等过程产生大量有组织排放的VOCs污染，污染物中含有二甲苯、甲苯、苯、乙苯、苯乙烯等污染物。 漆雾预处理装置采用空气净化过滤专用无纺布作为过滤材料，催化剂采用杭州凯明催化剂有限公司生产的KMF系列铂钯催化剂，吸附剂使用景德镇特种陶瓷研究所生产的高性

8、能TF型蜂窝状活性炭。 注意： 预处理:因喷漆废气中夹带大量的漆雾及少量的其它尘杂，若不予以有效去除，将堵塞蜂窝状活性炭微孔，影响吸附效果并给设备造成安全隐患，因此在治理流程中设置预处理设施，以去除废气中夹带的漆雾及少量的其它尘杂，确保设施的安全及稳定。 废气预处理工艺主要有干法机械过滤和湿法喷淋吸收两种工艺，也可以采用干法和湿法结合的组合工艺。 注意： 目前常用的吸附剂，如活性炭、活性炭纤维和分子筛等一般在40以下对有机物具有良好的吸附效果。在某些生产工艺中，如烘烤漆工艺和干燥工艺，所产生的废气温度较高，在进入吸附器之前应先进行降温处理。但对于一些沸点较高的化合物，如三甲苯（沸点164.7）

9、等，由于其易于吸附，在较高的温度下也可以进行吸附净化，因此其吸附温度可以适当地提高一些。燃烧法（Combustion） 适用于可燃或高温分解的物质 不能回收有用物质，但可回收热量气体燃烧净化多用于治理有机废气的场合，广泛应用于石油炼制、石油化工、食品、喷漆、绝缘材料等主要含有碳氢化合物废气的净化。燃烧法还可用于CO、沥青烟、黑烟、恶臭等可燃有害组分的净化。四、VOCs的催化燃烧处理燃烧法分类燃烧法分类根据燃烧控制条件的不同，可以把燃烧分为三种类型：直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧。 直接燃烧特点： （1）直接燃烧不需要预热，燃烧温度在1100左右，可烧掉废气中的碳粒，燃烧完全的最终产物是CO2、H

10、2O和N2等； （2）燃烧状态是在高温下滞留短时间的有火焰燃烧，能回收热能； （3）适用于净化可燃性的、有害组分浓度高或燃烧值较高、气体量不大的气体。 一、直接燃烧 直接燃烧也称为直接火焰燃烧，是把废气中可燃的有害组分当作燃料直接燃烧，从而达到净化的目的。 直接燃烧常用一般窑炉或火炬燃烧器。 在石油和化学工业中，主要靠火炬来完成尾气的净化。将废气直接通入烟囱，在烟囱末端进行燃烧。 火炬燃烧的优点是安全简单、成本低。其主要缺点是燃烧后产生大量的烟尘对环境造成二次污染，且不能回收热能而造成热辐射。在实际操作中应尽量减少火炬燃烧。 二、热力燃烧 当废气中可燃烧的有害组分浓度低、热值低时，不能靠自身维

11、持燃烧，必须采用辅助燃烧来提供热量，使废气中可燃物达到着火温度而销毁。 热力燃烧就是利用辅助燃料燃烧放出的热量将混合气体加热到要求的温度，使可燃有害组分在高温下分解成为无害物质，以达到净目的。 热力燃烧所使用的燃料一般为天然气、煤气、油等 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 热力燃烧过程包括三个步骤： （1）燃料辅助燃烧提供预热能量； （2）高温燃气与废气混和以达到反应温度； （3）废气中可燃组分被氧化分解，在反应温度下充分燃烧。热力燃烧流程 热力燃烧可用专用设备，也可以用普通的燃烧炉。进行热力燃烧的专用装置称为热力燃烧炉。 热力燃烧炉的主体结构

12、包括： 燃烧器和燃烧室两部分。 燃烧器的作用是使辅助燃料燃烧产生高温燃气； 燃烧室的作用是使高温燃气与废气湍流混合达到反应所需的温度，并使废气在其中的停留时间达到要求，使废气燃烧分解。 普通采用的热力燃烧装置有配焰燃烧炉和离焰燃烧炉两种。配焰燃烧炉是将燃烧分配成许多小火焰，布点成线。废气被分成许多小股，并与火焰充分接触，这样可以使废气与高温燃气迅速达到完全的湍流混合。配焰方式最大的缺点是容易造成火焰熄灭。当废气中缺氧或废气中含有焦油及颗粒物时不宜使用配焰燃烧炉。离焰燃烧炉是将燃烧与混合两个过程分开进行，辅助燃料在燃烧器中进行火焰燃烧，燃烧后产生的高温燃气在炉内与废气混合并达到反应温度而燃烧转化

13、。离焰燃烧器的特点是可用废气助燃，也可用空气助燃，对于氧含量低于16%16%的废气依然适用；对燃料种类的适应性强，既可用气体做燃料，也可用油做燃料；火焰不易熄灭，且能调节其大小。带能量(热量)回收装置的热燃烧炉 热力燃烧的条件和影响因素 在废气充分湍流流动下，供给充分的氧气，在反应温度下接触一定的时间，才能得到充分的燃烧。 热力燃烧的三个条件是：温度、停留时间和湍流。可燃污染物可燃污染物停留时间（停留时间（s）反应温度（反应温度（）净化效率（净化效率（%）碳氢化合物碳氢化合物0.30.30.56806808209090碳氢化合物碳氢化合物+ CO0.30.30.56806808209090甲烷

14、、苯、二甲甲烷、苯、二甲苯苯0.30.30.57607608209090恶臭物质恶臭物质0.30.30.5540540650505090黑烟黑烟0.70.71.076076011009090 热力燃烧的特点 （1）与直接燃烧相比，热力燃烧需要加入辅助燃料供热，所需要的温度一般较低。通常温度控制在540820，可以烧掉废气中的碳粒，气态污染物最终被氧化分解为CO2、H2O和N2等。 （2）燃烧状态是在较高温度下停留一定时间的有焰燃烧。 （3）可适用于各种气体的燃烧，能除去有机物及超细颗粒物。 （4）热力燃烧设备结构简单，占用空间小，维修费用低。 热力燃烧的主要缺点是操作费用高，易发生回火，燃烧不

15、完全时产生恶臭。三、催化燃烧 催化法是一种传统的有机废气治理技术，国外早在上世纪四十年代就已经应用于有机废气的治理，国内从上世纪七十年代也开始应用，是目前我国有机废气治理的主要技术之一。在目前我国有机废气治理设备中，催化燃烧净化设备约占总数的30%左右。 催化燃烧主要用来治理工业有机废气和消除恶臭。在催化剂的作用下，有机废气中的碳氢化合物，可以在较低的温度下（200400C）迅速氧化，生成CO2和H2O，使气体得到净化。 催化燃烧法可用于金属印刷、绝缘材料、漆包线、炼焦、化工等行业中有机废气的净化。放线退火涂漆烘焙冷却收线 早期的催化燃烧技术主要用于高浓度或者高温排放的有机污染物的治理，由于对

16、空气的加热升温需要耗费大量的热能（电加热或者燃料加热），在大风量、低浓度的VOCs治理中运行成本过高，因此近年来发展了针对低浓度有机废气净化的蓄热式催化燃烧技术（RCO)。 蓄热式催化燃烧技术是在催化燃烧技术的基础上增加了一套热能储存与再利用装置。通常利用蜂窝状的陶瓷体作为蓄热体，将催化反应过程所产生的热能通过蓄热体储存并用以加热待处理废气，充分利用有机物燃烧所产生的热能，从而达到节能的目的。和常规催化燃烧技术相比，蓄热式催化燃烧技术可以大大降低设备运行功率，主要应用于较低浓度的有机废气的净化（一般在5003000mg/m3之间）。国内外的研究与实践已经证明，对于有机废气的治理，蓄热式催化燃烧

17、技术是比较经济有效、应用前景广阔的净化技术之一。蜂窝陶瓷蓄热体可以根据蓄热室的外型尺寸选择150mm或100mm宽度、100mm高度的蓄热体，分多层布置，一般需要大于等于3层。 高性能的氧化催化剂是催化燃烧技术的关键。一般来说，催化剂活性成分、载体类型、负载方法等国内外基本相同。 催化剂活性成份主要包括贵金属（Pd、Pt为主）、过渡金属（Cu、Mn、Cd、Ni、Co、Cr等）和稀土金属（Ce、La等）氧化物，以及复合氧化物（钙钛矿、尖晶石以及Cu-Mn-O等）。 载体主要有氧化物（Al2O3、TiO2、SiO2、CeO2、ZrO2、Fe2O3等）、沸石、蜂窝陶瓷、金属载体等。 负载方法有浸渍法

18、、电沉积法，溶胶凝胶法、反相微乳法和沉淀法等。在催化剂活性组分含量、催化剂的活性数据和催化剂的寿命等方面，由于用途不同，所处理污染物的性质差别很大，因此并没有明确的界定。总体上，我国在氧化催化剂的制造方面已经接近或达到了国外先进水平。 目前我们所使用的氧化催化剂，包括贵金属和非贵金属催化剂，一般在250350之间即可以达到有机污染物的完全转化。预热温度过高只会增加运行成本，而对转化率的提高贡献不大。当预热温度超过400时，由于反应速度过快，反应温度不易控制，而且床层温度过高还可能造成催化剂烧结而失活。因此一般催化燃烧装置的废气预热温度不应高于400。 大量的工程实践表明，废气中粉尘的含量低于1

19、0mg/m3时不会对催化剂造成明显的影响。因此一般规定进入催化燃烧装置的废气中粉尘的含量低于10mg/m3燃烧工艺 催化燃烧 催化燃烧是借助催化剂在低温下(200400)下，实现对有机物的完全氧化 。 在有机物废气的催化燃烧中，所要处理的有机物废气在高温下与空气混合易引起爆炸，安全问题十分重要。因而，一方面必须控制有机物与空气的混合比，使之在爆炸下限；另一方面，催化燃烧系统应设监测报警装置和有防爆措施。 催化燃烧的工艺设计 对于处理气量较大的场合：设计成分建式分建式流程，即预热器、反应器独立装设，其间用管道连接。 对于处理气量小的场合：可采用组合式流程，如催化焚烧炉，把预热与反应组合在同一设备

20、中，但要注意预热段与反应段间的距离。 燃烧工艺 催化燃烧工艺流程如图所示，主要由预热器、热交换器、反应器及预处理设备组成。 首先废气经过预处理，除去粉尘、液滴及有害组分，避免催化床层的堵塞和催化剂的中毒； 经主进阀、旁通阀的同步反向切换调节进入热交换器，先通过热交换器的换热升高一定温度后进入预热室，经过预热室的加热，使废气升温到催化起燃温度（250）； 然后进入催化反应床，在催化剂的活性作用下，有机废气进行氧化反应生成无害的水和二氧化碳，并放出一定的热量；反应后的高温气体再次进入热交换器，经换热后，最后以较低的温度经引风机引出排入大气。 催化燃烧设备型号很多，可分为卧式催化燃烧器和立式催化燃烧

21、器两大类。卧式催化燃烧器立式催化燃烧器燃烧工艺 催化燃烧 优点： 温度低：300450oC，辅助燃料消耗少 对可燃组分浓度和热值限制少 催化燃烧的主要缺点是催化剂的费用高。燃烧工艺 吸收设备主要设计指标 液气比 塔径 塔高吸收（洗涤）法4 冷凝法（Condensation） 适用范围 适于处理高浓度废气 适于处理含有大量水蒸气的高温废气 优缺点 所需设备和操作条件比较简单，回收物质纯度高。 受冷凝温度的限制。冷凝法 适于回收有价值的有机污染物。 常作为其它方法的前处理冷凝类型和设备 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v 表面冷凝（间接冷却） 冷凝气体与冷却壁

22、接触 列管式、翅管空冷、喷洒式、螺旋板生物法 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 优点 生物法被证明具有简化工艺流程和利用简单的工艺设备，投资少，运行资用低，处理效果好等优点，因而已在美国、西欧、日本等国得到广泛应用。 缺点 占地面积大、受微生物品种限制、对大多数难以降解的有机物无用。 利用微生物净化废气的方法有两种：生物吸收法和生物过滤法。 常用的设备有生物吸收设备和生物过滤设备。 将吸收剂（水和微生物的混合液）和废气在吸收塔内混合，溶解于水的有机物被微生物吸附，排入活性污泥反应器后进一步被降解，吸收剂得到净化再生和重复使用。在臭气的生物吸收法净化系统中，适宜的

23、活性污泥浓度为500010000mgL、通过吸收塔的气速20m3h。生物过滤装置常有堆肥滤池、土壤滤池和微生物过滤箱等形式。微生物过滤箱为封闭式装置，由箱体、生物活性床层、喷水器组成。床层由多种有机物混合制成的颗粒状载体构成。一部分微生物附着在载体表面，一部分悬浮于床层水体中。废气从过滤装置下部进入，通过附着在固体颗粒表面的微生物，废气中的有机污染物被分解成CO2、H2O等，从而达到净化的目的。 特别适用于有臭味的废气的降解。如：肉类加工厂的废气。脉冲电晕法 原理 工业固定源VOCs的排放主要是低浓度、大风量的排放污染问题。工业生产过程中通生产场所的强排风，使得所排出的废气中有机物的浓度很低（通常小于1500mg/m3）风