各类voc处理方案优缺点

1、各类VOC治理方案及其优缺陷一、国内外研究现状和发展趋势有机废气种类繁多，来源广泛，治理难度大，一次性投资和操作费用高，基本上无回收运用价值。成分复杂的有机废气则更加难以净化、分离和回收。 挥发性有机化合物(VOCs)作为有机化合物重要分支，是指在常温下饱和蒸气压不小于70Pa、常压下沸点在260以内的有机化合物。从环境监测角度来讲， 指以氢焰离子检测器测出的非甲烷烃类检出物的总称，涉及烃类、氧烃类、含卤烃类、氮烃及硫烃类化合物。VOCs种类繁多，分布面广，根据部分国外重要环境 优先污染物名录，VOCs占80以上。日本1974l985年环境普查表白，在检出的化学毒物中，卤代烃类最多共52种，一

2、般烃类次之共43种，含氮 有机物（重要是硝基苯和苯胺类化合物）共40种，以上三类占总检出毒物的70。VOCs污染严重，与NOx、CnHm在阳光作用下发生光化学反映，吸取 地表红外辐射引起温室效应；破坏臭氧层形成臭氧空洞，引起人体致癌和动植物中毒。 随着VOCs污染范畴的不断扩大和人们对其危害的逐渐结识，1979年联合国欧洲经济委员会在日内瓦召开跨国大气污染会议，重点讨论了VOCs控制问 题，1991年11月通过了VOCs跨国大气污染议定书，规定签字国以1988年VOCs排放量为基准，到1999年每年削减30；1990年，美 国修订了清洁空气法（CAA），规定到将VOCs的排放量减少70。为此，

3、开发VOCs替代产品，寻找VOCs控制最优技术已成为解决 VOCs污染的必由之路。 随着世界各国对VOC污染的日益注重和环保法规不断严格VOC的排放原则，其治理技术亦在逐渐改善和完善。（一）有机废气治理技术 早在1925年欧洲就开发出固定床活性碳吸附装置，1958年日本也开始使用该项技术。这是一种非常典型、成熟的措施，可用于治理任何浓度的常温有机废气， 但解决低浓度、大风量有机废气时，设备庞大，不经济。对于排气温度较高的高浓度有机废气的治理，一方面由美国于1950年开发成功以天然气为燃料的直接燃烧 技术。1965年日本与美国合伙，将该项技术引入日本。该法需将有机废气加热到760，方可将有机溶剂

4、氧化分解为无害的CO2和H2O，其缺陷是燃料费 高，故在欧美等天然气便宜的地区应用广泛。后来人们开发出催化燃烧技术，由于催化剂的作用可在300350的低温下将有机溶剂氧化分解，因此大大减少 了燃料费并且产生的NOx量非常少。其缺陷是需对废气中易引起催化剂中毒的物质和粉尘进行前解决，此外，在催化燃烧装置中使用的热互换器换热效率较低，约 在50。为了提高热效率，减少运营成本，美国于1975年开发出换热效率在90以上的蓄热式燃烧装置。由于其运营费用的减少，因此，可用于治理中档浓 度有机废气。随后欧洲也开展了该项技术的开发。日本针对美国蓄热燃烧方式又开发出催化燃烧装置的改良型蓄热催化氧化措施，并于19

5、77年由日铁化工机 一方面售出产品。该产品可较经济地对高、中浓度的、温度较高的有机废气进行治理。 总体而言，按照解决的措施，有机废气解决的措施重要有两类：一类是回收法，另一类是消除法。回收法重要有炭吸附、变压吸附、冷凝法及膜分离技术，回收法是通过物理措施，用温度、压力、选择性吸附剂和选择性渗入膜等措施来分离VOC的。消除法有热氧化、催化燃烧、生物氧化及集成技术；消除法重要是通过化学或生 化反映，用热、催化剂和微生物将有机物转变成为CO2和水。1、回收技术（1）炭吸附法 炭吸附是目前最广泛使用的回收技术，其原理是运用吸附剂（粒状活性炭和活性炭纤维）的多孔构造，将废气中的VOC捕获。将含VOC的有

6、机废气通过活性炭床，其中的VOC被吸附剂吸附，废气得到净化，而排入大气。 当炭吸附达到饱和后，对饱和的炭床进行脱附再生；通入水蒸汽加热炭层，VOC被吹脱放出，并与水蒸汽形成蒸汽混合物，一起离开炭吸附床，用冷凝器冷却蒸汽混 合物，使蒸汽冷凝为液体。若VOC为水溶性的，则用精馏将液体混合物提纯；若为水不溶性，则用沉析器直接回收VOC。因涂料中所用的“三苯”与水互不相 溶，故可以直接回收。 炭 吸附技术重要用于废气中组分比较简朴、有机物回收运用价值较高的状况，其废气解决设备的尺寸和费用正比于气体中VOC的数量，却相对独立于废气流量；因 此，炭吸附床更倾向于稀的大气量物流，一般用于VOC浓度不不小于5

7、000PPM的状况。适于喷漆、印刷和粘合剂等温度不高，湿度不大，排气量较大的场合，尤 其对含卤化物的净化回收更为有效。（2）冷凝法 冷 凝法是最简朴的回收技术，将废气冷却使其温度低于有机物的露点温度，使有机物冷凝变成液滴，从废气中分离出来，直接回收。但这种状况下，离开冷凝器的排放 气中仍具有相称高浓度的VOC，不能满足环境排放原则。要获得高的回收率，系统需要很高的压力和很低的温度，设备费用明显地增长。 冷凝法重要用于高沸点和高浓度的VOC回收，合用的浓度范畴为5(体积)。（3）膜分离技术 膜分离系统是一种高效的新型分离技术，其流程简朴、回收率高、能耗低、无二次污染。 膜分离技术的基本就是使用对

8、有机物具有选择渗入性的聚合物膜，该膜对有机蒸气较空气更易于渗入10100倍，从而实既有机物的分离。 最简朴的膜分离为单级膜分离系统，直接使压缩气体通过膜表面，实现VOC的分离，但单级膜因分离限度很低，难以达到分离规定，而多级膜分离系统则会大大增长设备投资。 MTR开发了一种新型的集成膜系统，仅使用单级膜，就可以大大提高回收率，并减少系统的费用。 该技术结合压缩冷凝和膜分离两种技术的特点，来集成实现分离。用压缩机先将进料气提高到一定压力，然后将进料气送到冷却器冷凝，使部分VOC冷凝下来，冷凝 液直接放入储罐。离开冷凝器的非凝气体仍含相称数量的有机物，并具有很高的压力，可以作为膜渗入的驱动力，使膜

9、分离不再需要附加的动力。将非凝气送到膜系 统，有机选择渗入膜将气体提成两股物流，脱除了VOC的未渗入侧的净化气被排放；渗入物流为富集了有机物的蒸汽，该渗入物流循环到压缩机的进口。系统一般 可以从进料气中移出VOC达99以上，并使排放气中的VOC达到环保排放原则。该系统的特点是末渗入物流的浓度独立于进料气的浓度，该浓度由冷凝器的压力和温度决定。（4）变压吸附技术 该 技术运用吸附剂在一定压力下，先吸附有机物。当吸附剂吸附饱和后，进行吸附剂的再生。再生不是运用蒸汽，而是通过压力变换来将有机物脱附。当压力减少时， 有机物从吸附剂表面脱附放出。其特点是无污染物，回收效率高，可以回收反映性有机物。但是该

10、技术操作费用较高，吸附需要加压，脱附需要减压，环保中应用较少。回收技术的合用范畴：粒状活性炭重要用于脂肪和芳香族碳氢化合物、大部分含氯溶剂、常用醇类、部分酮类和酯类等的回收。常用的有：苯、甲苯、二甲苯、己烷、庚烷、甲基乙基酮、丙酮、四氯化碳、醋酸乙酯等，活性炭纤维吸附则可回收苯乙烯和丙烯晴等反映性单体，但费用较粒状活性炭吸附要高的多。吸附法已广泛用在喷漆行业的“三苯”、 醋酸乙酯、制鞋行业的“三苯”，印刷行业的甲苯、醋酸乙酯、电子行业的二氯甲烷和三氯乙烷的回收。炭吸附法规定废气中的VOC不能超过5000PPM，并 且湿度不能50；当浓度5000PPM时，则需在吸附前稀释，对部分酮、醛、酯等含活

11、性的物质不合用，该类VOC会与活性炭或在活性炭表面发生反 应，堵塞炭孔，使活性炭失活。 冷凝法对高沸点的有机物效果较好，对中档和高挥发的有机物回收效果不好，该法适合VOC浓度5的状况，回收率不高。而大部分废气中均存在水分，温度低于0时会结冰，减少系统的可靠性，故很少单独使用。 膜分离措施适合于解决较浓的物流，即0.1VOC浓度10，膜系统的费用与进口流速成正比，与浓度则关系不大。它适于高浓度、高价值的有机物回收，其设备费用较高。 工业上已经从聚烯烃装置的冲洗气中回收烯烃单体和氦气。在环保领域，从加油站回收碳氢化合物；从制冷设备、气雾剂及泡沫塑料的生产和使用过程中回收CFC， 从PVC加工中回收

12、氯乙烯单体。此技术非常有前程，随着新高效膜的浮现和系统造价的减少，它会成为一种重要的回罢手段。2、消除技术（1）热氧化 热氧化系统就是火焰氧化器，通过燃烧来消除有机物的，其操作温度高达7001,000。这样不可避免地具有高的燃料费用，为减少燃料费用，需要回收离开氧化器的排放气中的热量。回收热量有两种方式，老式的间壁式换热和新的非稳态蓄热换热技术。 间壁式热氧化是用列管或板式间壁换热器来捕获净化排放气的热量，它可以回收4070的热能，并用回收的热量来预热进入氧化系统的有机废气。预热后的废气再通过火焰来达到氧化温度，进行净化，间壁换热的缺陷是热回收效率不高。蓄热式热氧化（简称RTO）回收热量采用一

13、种新的非稳态热传递方式。重要原理是：有机废气和净化后的排放气交替循环，通过多次不断地变化流向，来最大限度地捕获热量，蓄热系统提供了极高的热能回收。 在 某个循环周期内，含VOC的有机废气进入RTO系统，一方面进入耐火蓄热床层1（该床层已被前一种循环的净化气加热），废气从床层1吸取热能使温度升高，然 后进入氧化室；VOC在氧化室内被氧化成CO2和H2O，废气得到净化；氧化后的高温净化气离开燃烧室，进入另一种冷的蓄热床层2，该床从净化排放气中吸 收热量，并储存起来(用来预热下一种循环的进入系统的有机废气)，并使净化排放气的温度减少。此过程进行到一定期间，气体流动方向被逆转、有机废气从床层 2进入系

14、统。此循环不断地吸取和放出热量，作为热阱的蓄热床也不断地以进口和出口的操作方式变化，产生了高效热能回收，热回收率可高达95，VOC的消 除率可达99。（2）催化燃烧 催化燃烧是一种类似热氧化的方式来解决VOC的，它净化有机物是用铂、钯等贵金属催化剂及过渡金属氧化物催化剂来替代火焰，操作温度较热氧化低一半，一般为 250500。由于温度减少，容许使用原则材料来替代昂贵的特殊材料，大大地减少设备费用和操作费用。与热氧化相似，系统仍可分为间壁式和蓄热式两 类热量回收方式。 间壁式催化燃烧是在催化床后设一种换热器，该换热器在减少排放气温度的同步，也预热含VOC的有机废气，其热回收达6075。该类氧化器

15、早已用于工业过程。 蓄热催化燃烧（简称为RCO）是一种新的催化技术。它具有RTO高效回收能量的特点和催化反映的低温操作及能量有效性的长处，将催化剂置于蓄热材料的顶部，来使净化达到最优，其热回收率高达9598。 RCO系统性能的核心是使用专用的催化剂，浸渍在鞍状或是蜂窝状陶瓷上的贵金属或过渡金属催化剂，容许氧化发生在RTO系统温度的一半，既减少了燃料消耗，又减少了设备造价。 目前，有的国家已经开始使用RCO技术进行有机废气的消除解决，诸多RTO设备已开始转变成RCO，这样可以削减操作费用达3375，并增长排放气流量达2040。（3）集成技术（炭吸附催化氧化） 对 于大流量、低浓度的有机废气，单一

16、使用上述措施解决费用太高，不经济。运用炭吸附具有解决低浓度和大气量的优势，先用活性炭捕获废气中的有机物，然后用小 得多流量的热空气来脱附，这样可使VOC富集1015倍，大大地减少理解决废气的体积，使后解决设备的规模也大幅度地减少。把浓缩后的气体送到催化燃烧 装置中，运用催化燃烧适于解决较高浓度的特点来消除VOC。催化燃烧放出的热量可以通过间壁换热器，来预热进入炭吸附床的脱附气，减少系统的能量需要量。 该技术运用炭吸附解决低浓度和大气量的持点，又运用催化床解决适中流量、高浓度的优势，形成一种非常有效的集成技术。国内也已开始运用此技术，用于喷漆、印刷和制鞋等排放大流量、低浓度有机废气行业的治理。消

17、除技术的使用范畴：（1）热氧化热氧化系统在7001000下操作，适于流量为50,000m3/h，VOC浓度为100PPM的状况。 间壁式较蓄热式的长处是，用简朴的金属换热器来捕获热量，仅在几分钟即达到所需的操作条件，最适于循环操作。 蓄热热氧化具有非常高的氧化温度，可以解决难以热分解的有机物，该系统9899的VOC消除率是很常用的。热回收效率为8595。仅需少量或不需燃料即可运营，特别是对具有相对低VOC含量的气体，它们比间壁热氧化费用更低。 热氧化的缺陷是：在高温燃烧中产生了NOx，它也为危险排放物，需要进一步治理；较慢的热反映；不能满意地解决卤化物，必需加后解决装置洗涤塔，来解决酸性气体；

18、进气浓度不能25LEL；高的设备投资费用。（2）催化氧化 催化氧化是在比热氧化低的温度下进行，一般为250500，其解决能力为20,000m3/h，适于VOC浓度为100 PPM，其消除效率高达95以上。低的操作温度结合间壁换热器，可以减少启动所需的燃料。 催 化燃烧较热氧化有几种长处：反映温度较热氧化低一半，节省了燃料；停留时间短，减少了设备尺寸；由于燃料减少，生成的CO也少，CO和VOC一起被 转换；较热氧化系统需更少的启动和冷却时间；低的操作温度，排除了NOx的生成；因温度减少，容许使用原则材料来替代昂贵的特殊材料，RCO系统的 整个机械寿命将增长。 催化氧化也有局限性：催化剂易被重金属

19、或颗粒覆盖而失活；解决卤化物和硫化物时，会产生酸性气体，需用洗涤塔进一步解决；废催化剂如不能循环使用，也要解决；进气浓度不能25。（3）集成技术（炭吸附催化燃烧） 炭吸附进行VOC回收已广泛用于喷漆、印刷和电子工业等行业，消除率可达9095，但对低浓度废气，从经济上考虑，回收不经济，故采用消除技术。 集成技术的长处就是用较低的费用来解决低浓度、大气量的废气，通过浓缩废气，减少了需解决废气的体积，用较小体积的催化燃烧氧化器来解决大流量的废气，减少设备费用和操作费用。 该法也有局限性，此技术均不适合废气中具有高活性、易反映的VOC和相对湿度不小于50的状况，对含卤化合物的废气仍需使用后解决设备。

20、由此可见，上述多种措施各有其优缺陷和合用对象，现对其中几种常用措施的优缺陷汇总比较如下。热力燃烧法TO 1. 净化效率高2. 可净化多种有机废气，不需要预解决，不稳定因素少，可靠性高3. 在废气浓度高、设计合理的条件下，可回用热能1. 解决温度高，能耗大2. 存在二次污染3. 燃烧装置、燃烧室、热回收装置造价高，维修较难4. 解决大流量、低浓度废气能耗过大，运营费用高RTO1. 具有TO的各项长处，但对复杂的有机废气需要预解决2. 能耗远低于TO，可解决大流量低浓度废气 1. 解决温度比TO低，但仍较高，因而仍有少量二次污染2. 造价较高3. 占地面积大催化燃烧法 CO1. 净化效率高，无二次

21、污染2. 能耗较低，在相似条件下约比TO低50%，因而运营费用低 1. 用电能预热时，不能解决低浓度废气2. 催化剂成本高，且有使用寿命限制3. 复杂废气需预解决RCO 1. 净化效率高，无二次污染2. 在多种燃烧法中能耗最低，废气浓度在1-1.5g/m3时即能无耗运营3. 能解决多种有机废气 1. 整体式占地面积小，但维修困难2. 分体式占地面积大3. 整体式不适宜用于高浓度（4g/m3），否则催化床会超温4. 复杂废气需预解决吸附法1. 可净化大流量低浓度废气2. 对单一品种废气可回收溶剂3. 运营费用较低1. 吸附剂需补充和再生2. 对温度较高废气需先行冷却3. 复杂废气需预解决4. 管

22、理不便5. 存在二次污染6. 安全性差吸取法 1. 对亲水性溶剂蒸汽用水作吸附剂时，设备费用低，运营费低，安全2. 可用油、酯等吸取苯类废气，净化率高3. 合用于大流量低浓度废气 1. 用水作吸附剂时，需要对产生的废水进行解决2. 吸取、脱吸控制管理复杂（二）低浓度、大风量有机废气的治理技术在使用有机溶剂的行业中，象汽车涂装、印刷等工业排放的有机废气，其特点是有机溶剂浓度低、风量大，若采用上述措施都将使用庞大的设备，耗用大量经费。目前世界上对此类低浓度、大风量的有机废气，重要采用下面几种措施进行治理。（1）蜂窝轮式浓缩系统这种系统于19771979年由日本开发成功，瑞典的Munter、Zeol

23、公司也于19851986年开发成功并销售。1990年左右随着对有机溶剂 排放实行更严格的总量控制后，欧美地区也从日本引进该技术，其市场急剧扩大。该系统采用蜂窝轮，持续不断地将低浓度、大风量的排气中的有机溶剂吸附、分 离。然后，再用小风量的热风脱附得到高浓度、小风量的具有机溶剂气体。浓缩后的气体再与小型的催化燃烧或活性炭回收装置组合，构成经济的解决系统。该系统 的核心部件是一圆筒形吸附轮，其是由活性炭或疏水性沸石加工成波纹状，再卷制形成蜂窝构造。整个蜂窝轮分为吸附区和再生区，工作中以非常低的速度持续转 动，具有机溶剂的废气通过吸附区时有机溶剂被吸附，净化气体排出。轮子吸附的有机溶剂，随着轮的转动

24、被送到再生区，由120140的热风加热脱附，随 热风排出。由于脱附风量远不不小于吸附风量，因此脱附后气体中的有机溶剂浓度可以增长1020倍。脱附后的排气只要用吸附风量十几分之一的装置就可以进行处 理了。该系统体积小，费用低，在国外已成为治理低浓度、大风量有机废气的首选措施，并得到广泛应用。但其引进价格昂贵，在国内推广经济上难以承受。国内有 的研究单位取其净化工艺的长处，将重要设备进行改造使之合用国内。如研究采用了以数个填充了蜂窝状活性炭的固定吸附浓缩装置，取代蜂窝轮浓缩装置的措施， 通过数个固定床之间的吸附，脱附过程切换，完毕蜂窝轮转动所起的作用。因这种措施没有转动部件，不存在动密封问题，因此

25、设备制造简朴，维修以便，价格便宜 并发挥了原工艺中浓缩作用的长处。在邮电部邮票印制局引进法国六色印刷机废气治理中，采用该工艺设备完毕理解决风量2100030000 m3h规模的微机全自动控制工业实验，通过2年的运营考验，获得满意成果。为国内治理低浓度、大风量有机废气提供了一种合用的措施。（2）液体吸取法该法是通过有机废气与液体吸取剂接触，使其中的有机溶剂被吸取剂所吸取，再经解吸，将有机溶剂除去或回收，井使吸取剂获得再生反复运用。由于工艺中可选用比吸附，催化燃烧装置解决气体能力大数倍的塔式吸取设备，因而设备的体积可做得小诸多，设备费也低。但很难找到抱负吸取剂，因素是有机溶剂一般都属非极性物质，它

26、们与极性的水分子之间将产生互相排斥作用而难以溶解，而对有机溶剂溶解度较大的油类或芳烃萃取剂，一般价格较高，有些尚有异味。国内曾有人研究在水中添加表面活性剂等活性组分的措施，来提高对有机溶剂的溶解度。研究表白，以这种吸取剂来解决含苯喷漆尾气是可行的，但这一实验室研究成果未得到推广应 用，这也许与吸取容量很有限的吸取剂的再生问题尚未解决有关。国内前些年使用以柴油等油类及芳烃萃取剂为吸取液的有机废气吸取装置，曾在工业上有些应用实 例，但都因吸取剂自身损耗大导致运营成本高或饱和后的吸取剂无法解决而下马。液体吸取法在国外使用也很少，报导亦不多。曾见有关日本印刷厂使用液体吸取法 的报导，使用的吸取剂是具有催化剂的液体，使用成果运转费用较低，但有待进一步提高效率。由于液体吸取尚存在诸多问题有待解决，使其应用受到限制。（3）生物解决法生 物脱臭从20世纪4050年代开始就在德国和美国开发成功。在日本也在1970年左右开始进行土壤脱臭法和活性污泥脱臭法的研究，并已开发出多种装置， 得到实际应用。该措施是由微生物将有机溶剂分解。因耗能非常低，运转费也很便宜而受到人们注重，特别是在欧洲，以德国为中心进行技术开发，应用实例逐渐增 多。其缺陷是对多种有机溶剂具有选择