八***廢氣處理工藝的適用范圍和成本控制

 

目前，揮發(fā)性有機(jī)污染物的處理包括破壞性和非破壞性方法，以及這兩種方法的結(jié)合。

破壞性方法包括燃燒、生物氧化、熱氧化、光催化氧化、低溫等離子體及其集成技術(shù)，主要通過化學(xué)或生物化學(xué)反應(yīng)，利用光、熱、微生物和催化劑將VOCs轉(zhuǎn)化為CO2和H2O等無毒無機(jī)小分子化合物。

無損法，即回收法，主要是碳吸附、吸收、冷凝和膜分離技術(shù)。揮發(fā)性有機(jī)化合物通過物理方法富集和分離，如控制溫度和壓力或使用選擇性滲透膜和選擇性吸附劑。

傳統(tǒng)上，揮發(fā)性廢氣通過吸收、吸附和燃燒來處理。近年來，半導(dǎo)體光催化劑的技術(shù)主體低溫等離子體發(fā)展迅速。

處理過程分析

1.吸附過程

(1)吸附過程簡介

吸附法主要適用于低濃度氣態(tài)污染物的凈化。對于高濃度的有機(jī)氣體，通常需要在吸附凈化前通過冷凝等工藝降低濃度。吸附技術(shù)是***經(jīng)典、***常用的氣體凈化技術(shù)，也是目前工業(yè)VOCs處理的主流技術(shù)之一。吸附法的關(guān)鍵技術(shù)是吸附劑、吸附設(shè)備和工藝、再生介質(zhì)、后處理工藝等。

活性炭因其***的比表面積和微孔結(jié)構(gòu)而被廣泛用于吸附和回收有機(jī)氣體。目前，活性炭吸附有機(jī)氣體的研究主要集中在吸附平衡的預(yù)測、活性炭材料的改性以及有機(jī)物的理化性質(zhì)對活性炭吸附性能的影響。

(2)活性炭吸附過程的原理和過程

活性炭纖維吸附有機(jī)廢氣是世界上***的技術(shù)之一。活性炭纖維比顆?；钚蕴烤哂懈?**的吸附容量和更快的吸附動力學(xué)。

(3)活性炭吸附過程的影響因素

(4)活性炭凈化空氣的物理吸附:

分子的直徑***于孔的直徑，分子由于空間位阻無法進(jìn)入孔內(nèi)，所以不被吸附。

分子直徑等于孔徑，吸附劑捕集能力強(qiáng)，非常適合低濃度吸附；

分子直徑小于孔徑，孔內(nèi)發(fā)生毛細(xì)凝聚，吸附容量***；

分子直徑比孔徑小得多，所以吸附的分子容易脫附，脫附率高，低濃度時(shí)吸附容量小。

(5)活性炭吸附工藝的***缺點(diǎn)

***點(diǎn):

適用于各種低濃度污染物；

活性炭價(jià)格低廉，能耗低，應(yīng)用經(jīng)濟(jì)。

溶劑有機(jī)物可以通過脫附和冷凝回收；

應(yīng)用方便，只需接觸空氣就能發(fā)揮作用；

活性炭具有******的耐酸堿性、耐熱性和較高的化學(xué)穩(wěn)定性。

缺點(diǎn):

吸附容量小，物理吸附存在吸附飽和的問題。隨著吸附劑的消耗，吸附能力變?nèi)酰褂靡欢螘r(shí)間后吸附能力可能變小或失去吸附功能；

吸附過程中存在吸附***異性的問題，可能會削弱混合氣體的吸附作用，而且分子直徑與活性炭孔徑也有錯配，導(dǎo)致脫附現(xiàn)象；

2.吸收過程

(1)吸收過程簡介

用溶液、溶劑或清水吸收工業(yè)廢氣中的揮發(fā)性氣體并將其與廢氣分離的方法稱為吸收法。溶液、溶劑和清水稱為吸收劑。不同的吸收劑可以吸收不同的有害氣體。

吸收法中使用的吸收設(shè)備稱為吸收器、凈化器或洗滌器。吸收法的工藝流程與濕式除塵工藝流程相似，只是濕式除塵工藝采用清水，吸收法凈化有害氣體采用溶劑或溶液。

(2)吸收過程原理和過程

以油氣回收為例，油氣回收應(yīng)包括煉油廠、化工廠和油氣站生產(chǎn)的油氣。從工廠到銷售終端是一個完整的石油和天然氣系統(tǒng)。

在美***和歐洲***家，加油站通常采用一級和二級油氣回收措施，即密閉卸載加油，將儲罐內(nèi)的油氣返回槽車，加油時(shí)利用真空輔助裝置或油罐內(nèi)壓返回儲罐。在油庫、煉油廠等石油產(chǎn)品集散地設(shè)置油氣回收裝置，回收油氣。

油氣回收通常采用吸收法。油品裝卸時(shí)產(chǎn)生的油氣進(jìn)入吸收塔，貧油空氣從出口排出。吸收液在脫附塔中進(jìn)行真空脫附，脫附后的吸收液循環(huán)使用?；厥账闷突厥彰摳綒怏w，尾氣返回吸收塔重復(fù)該過程。溶液吸收法回收揮發(fā)性有機(jī)化合物的吸收液通常是一種***殊的吸收液，吸收液的選擇會影響回收效果。

(3)吸收法的***缺點(diǎn)

***點(diǎn):

吸收工藝簡單，設(shè)備投資低，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用與碳吸附工藝基本相當(dāng)。因?yàn)槲战橘|(zhì)是煤油和吸收液，不存在二次污染問題。

缺點(diǎn):

該工藝回收效率低，環(huán)保要求高時(shí)難以達(dá)到允許的油氣排放標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)備占用空間***；能耗高；吸收劑消耗很***，需要不斷補(bǔ)充。

3.冷凝過程

(1)冷凝過程簡介

一些輕烴組分在油品儲存、運(yùn)輸和銷售過程中揮發(fā)到***氣中，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境危害。同時(shí)，有機(jī)溶劑在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。每年都有***量有機(jī)溶劑揮發(fā)到空氣中，危害人體健康，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。采用合適的方法回收這些揮發(fā)性有機(jī)化合物，不僅可以降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，而且具有很***的環(huán)境***處。

冷凝法是回收揮發(fā)性有機(jī)化合物的有效方法。它的基本原理是利用不同溫度和壓力下不同飽和蒸氣壓的氣態(tài)污染物，通過降溫升壓的方式濃縮一些有機(jī)物，使VOCs得到凈化和回收。

(2)冷凝過程的原理和流程

冷凝油氣回收設(shè)備采用多級復(fù)疊或自復(fù)疊制冷技術(shù)。雖然系統(tǒng)流程相對復(fù)雜，但其關(guān)鍵部件壓縮機(jī)和節(jié)流機(jī)構(gòu)都實(shí)現(xiàn)了***產(chǎn)化，投資和運(yùn)行成本低。

根據(jù)換熱管的工作原理，它可以分為制冷劑回路和氣體回路，換熱管將這兩部分連接起來。在氣體循環(huán)部分，低溫制冷劑與熱的有機(jī)溶劑混合氣體在熱交換器中進(jìn)行熱交換，有機(jī)溶劑被液化和回收，制冷劑流入液體儲存罐。

在制冷劑回路中，壓縮機(jī)將制冷劑壓縮成高溫高壓的氣態(tài)制冷劑，由風(fēng)冷冷凝器液化，在制冷劑-制冷劑換熱器中冷卻的液態(tài)制冷劑通過干燥過濾器與制冷劑進(jìn)行熱交換，而低溫制冷劑進(jìn)入儲液罐，制冷劑通過吸入過濾器進(jìn)入壓縮機(jī)入口，從而完成整個制冷劑制冷劑的熱交換過程。

(3)冷凝過程的影響因素

用冷凝分離法回收輕烴時(shí)，應(yīng)冷卻原料氣。按原理可分為節(jié)流膨脹制冷和膨脹機(jī)膨脹制冷。按工藝可分為制冷劑制冷(如丙烷制冷)、節(jié)流膨脹制冷、膨脹機(jī)膨脹制冷、混合制冷(在膨脹機(jī)膨脹制冷或工藝流體節(jié)流膨脹制冷的基礎(chǔ)上增加制冷劑制冷)。

分離方法包括精餾系統(tǒng)精餾分離和分離器相平衡分離。這個過程一般包括脫水、加壓(低壓氣體)、精餾和制冷。上述冷凝過程各部分的選擇會影響***終的冷凝效果。

(4)冷凝過程的***缺點(diǎn)

***點(diǎn):

冷凝法用于回收不同沸點(diǎn)的物質(zhì)，適用于沸點(diǎn)較高的有機(jī)物。該方法具有回收純度高、設(shè)備流程簡單、能耗低的***點(diǎn)；設(shè)備緊湊，占地面積小，自動化程度高，維護(hù)方便，安全性***，輸出的液體油可直接使用；

缺點(diǎn):

單次冷凝法需要降低到很低的溫度才能達(dá)標(biāo)，消耗的功率巨***，并不是真正的“節(jié)能減排”。

4.薄膜分離法

(1)膜分離工藝簡介

在石油開采、儲存和運(yùn)輸過程中，部分油品揮發(fā)到***氣中形成的油氣中，空氣除外，主要是C4-C5和少量芳烴。這些有機(jī)蒸汽排放不僅造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，而且對空氣質(zhì)量也有很***影響，從而影響人類健康。目前，有機(jī)蒸汽的分離回收方法主要有冷凝法、活性炭吸附法、膜分離法和溶劑吸收法。膜分離技術(shù)是一種高效的分離方法。

(2)膜分離的原理和過程

膜分離的有機(jī)蒸汽回收系統(tǒng)通過溶解-擴(kuò)散機(jī)制實(shí)現(xiàn)分離。氣體分子與膜接觸后，溶解在膜的表面，然后在膜的兩側(cè)產(chǎn)生濃度梯度。由于不同的氣體分子通過致密膜的溶解和擴(kuò)散速率不同，氣體分子從膜內(nèi)擴(kuò)散到膜的另一側(cè)，***后從膜的另一側(cè)脫附，從而達(dá)到分離的目的。

膜分離裝置位于高壓冷凝器的后面和緩沖罐的前面。由于廢氣壓縮機(jī)容量不足，只有一部分氣體通過膜分離裝置，而另一部分直接進(jìn)入緩沖罐。在滲透氣體返回低壓冷卻器之前，尾氣進(jìn)入緩沖罐。

(3)膜分離過程的影響因素

支撐層的材料對碳?xì)浠衔飺]發(fā)性有機(jī)化合物的滲透率和回收率有重要影響。對于相同材料的支撐層，烴類VOCs的滲透率和回收率隨著孔徑的減小而增***，但當(dāng)孔徑減小到一定臨界值時(shí)，烴類VOCs的滲透率和回收率會隨著孔徑的不斷減小而減小。

(4)膜分離工藝的***缺點(diǎn)

***點(diǎn):

膜分離技術(shù)是現(xiàn)代石油化工分離科學(xué)的前沿技術(shù)。具有投資少、見效快、工藝簡單、回收率高、能耗低、無二次污染的***點(diǎn)，科技含量高；

缺點(diǎn):

投資***；該膜***產(chǎn)率低，價(jià)格高，使用壽命短；膜分離裝置要求流量穩(wěn)定，氣體穩(wěn)定，對操作要求高。

5.燃燒過程

(1)燃燒過程簡介

揮發(fā)性有機(jī)化合物的一種處理方法是所謂的破壞性技術(shù)，它通過化學(xué)或生物技術(shù)將揮發(fā)性有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化為無毒或毒性較低的無機(jī)物，如二氧化碳、水和氯化氫。燃燒法屬于這種技術(shù)。

燃燒法分為直接燃燒法和催化燃燒法。直接燃燒法適用于處理高濃度VOCs廢氣，因?yàn)槠洳僮鳒囟韧ǔ?00-1200℃，工藝能耗高，燃燒尾氣中容易出現(xiàn)二惡英、NOx等副產(chǎn)物；由于廢氣中的VOCs濃度普遍較低，僅靠反應(yīng)熱一般難以維持反應(yīng)所需的溫度。

為了提高熱經(jīng)濟(jì)性，人們進(jìn)行了***量的研究，一個方向是提高催化劑的性能，降低反應(yīng)溫度。另一個方向是研究新技術(shù)和新反應(yīng)器設(shè)計(jì)，使反應(yīng)能夠在更高的溫度下自加熱。

(2)燃燒技術(shù)的原理和流程

在催化燃燒中，預(yù)熱是一種基本的流動形式。進(jìn)入反應(yīng)器前，有機(jī)廢氣應(yīng)在預(yù)熱室加熱，因?yàn)楫?dāng)有機(jī)廢氣溫度低于100攝氏度時(shí)，濃度低，熱量不能自給。燃燒凈化后，與未經(jīng)處理的廢氣進(jìn)行熱交換，回收部分熱量。氣體或電加熱是這一過程中常用的方法，加熱到催化反應(yīng)所需的點(diǎn)火溫度。

(3)燃燒過程的影響因素

催化燃燒催化劑的選擇是關(guān)鍵，其性能對消除效率和能耗起著決定性的作用。用于氧化揮發(fā)性有機(jī)化合物的催化劑通?？煞譃閮深?貴金屬催化劑(鉑、鈀等)。)和金屬氧化物催化劑(銅、鉻、錳等。).貴金屬催化劑因其******的起燃活性而被廣泛用于揮發(fā)性有機(jī)化合物的催化燃燒。在用于催化氧化揮發(fā)性有機(jī)化合物的貴金屬催化劑中，鉑比鈀更具活性。

(4)燃燒過程的***缺點(diǎn)

***點(diǎn):

與直接燃燒法相比，輔助燃料成本更低，二次污染物NOx更少，燃燒設(shè)備更小，VOCs去除率更高；

缺點(diǎn):

催化劑價(jià)格昂貴，并且要求廢氣中不含會導(dǎo)致催化劑失活的成分。

6.生物過濾過程

(1)生物過濾工藝簡介

微生物代謝降解各種有機(jī)物和部分無機(jī)物，可以有效去除工業(yè)廢氣中的污染物，是一種處理有機(jī)廢氣的生物方法。

巴赫***提出了用微生物處理廢氣的想法。1923年，巴赫用土壤濾床處理污水處理廠排放的含H2S的惡臭氣體。在德***和荷蘭的許多地區(qū)，該技術(shù)已成功應(yīng)用于***規(guī)?？刂瓶諝庵械臍馕丁]發(fā)性有機(jī)化合物和有毒物質(zhì)的排放，許多常見空氣污染物的控制效率已達(dá)到90%以上。

(2)生物過濾的原理和過程

生物過濾工藝系統(tǒng)由氣體輸送裝置、噴淋裝置和過濾塔體三部分組成。揮發(fā)性有機(jī)化合物通過壓力預(yù)潤濕，并與過濾塔中填料層表面的生物膜接觸。揮發(fā)性有機(jī)化合物從氣相轉(zhuǎn)移到生物膜，然后被微生物分解利用，轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和其他分子物質(zhì)，然后排出凈化后的氣體。噴灑裝置定期向包裝層噴灑噴灑液，以調(diào)節(jié)包裝層的含水量、酸堿度和營養(yǎng)鹽含量。

(3)生物過濾過程的影響因素

填料:在生物滴濾塔中，生物膜生長在填料表面，氣態(tài)有機(jī)物在填料之間的空隙中流動。填料的比表面積在一定程度上反映了微生物的數(shù)量，而孔隙率影響氣體和液體的流速。填料層的高度對有機(jī)物的處理具有重要意義。

營養(yǎng)液:生物滴濾塔中的營養(yǎng)物質(zhì)、微量元素和緩沖液均勻噴灑在填料上，為生物膜中生物菌群的生長和繁殖提供所需的營養(yǎng)物質(zhì)。揮發(fā)性有機(jī)物的去除率在一定程度上受營養(yǎng)液流速和氮磷含量的影響。

進(jìn)氣:在生物滴濾塔運(yùn)行過程中，氣體流速和進(jìn)氣濃度對氣體去除效率有顯著影響。

(4)生物過濾工藝的***缺點(diǎn)

***點(diǎn):

適用范圍廣，處理效率高，工藝簡單，成本低，無二次污染。

缺點(diǎn):

高濃度、生物降解性差、難生物降解的VOCs去除率低。

7.等離子技術(shù)

(1)等離子體工藝簡介

等離子體污染物控制技術(shù)利用氣體放電產(chǎn)生的高活性粒子與各種有機(jī)和無機(jī)污染物發(fā)生反應(yīng)，使污染物分子分解成小分子化合物或氧化成易于處理的化合物而被去除。

該技術(shù)***的***點(diǎn)是能高效、方便地破壞和分解各種污染物，設(shè)備簡單，空間小，適用于各種工作環(huán)境。

(2)等離子體技術(shù)的原理和過程

電暈放電主要用于處理揮發(fā)性有機(jī)化合物，主要降解機(jī)理如下:在外加電場作用下，電極空間的電子獲得能量，開始加速。在運(yùn)動過程中，電子與氣體分子碰撞，使氣體分子被激發(fā)、電離或吸附電子成負(fù)離子。

(3)等離子體工藝的影響因素

在降解過程中，電極電壓的選擇和控制是其主要內(nèi)容，會影響放電介質(zhì)的放電、電子的載能和一系列后續(xù)反應(yīng)，進(jìn)而影響降解效率；同時(shí)，電極電壓也是該方法商業(yè)應(yīng)用的重要參數(shù)，因此電極電壓的選擇尤為關(guān)鍵。

低溫等離子體降解VOCs不僅與電極電壓密切相關(guān)，還受反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、反應(yīng)背景氣氛、VOCs廢氣中的含水量、放電頻率、放電電壓、VOCs化學(xué)結(jié)構(gòu)、催化劑類型、低溫等離子體放電形式、反應(yīng)溫度和VOCs初始濃度等因素影響，其中氣體濃度和氣體流速是主要因素。

(4)等離子體工藝的***缺點(diǎn)

***點(diǎn):

處理效率高，運(yùn)行成本低，尤其是芳烴的去除效率高。

缺點(diǎn):

高濃度VOCs處理效率一般，主要在實(shí)驗(yàn)室階段，缺乏實(shí)際應(yīng)用。

8光催化氧化過程

(1)光催化氧化工藝簡介

光化學(xué)光催化氧化是目前研究較多的一種高級氧化技術(shù)。光催化反應(yīng)是光作用下的化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)一個分子吸收***定波長的電磁輻射后，達(dá)到激發(fā)態(tài)，然后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生新的物質(zhì)，或者成為熱反應(yīng)的引發(fā)劑。

(2)光催化氧化工藝的原理和流程

Ti02作為半導(dǎo)體材料，由于其光電***性，可以用作光催化劑。半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)通常是電子填充的低能價(jià)帶(VB)和空的高能導(dǎo)帶(CB)。導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的區(qū)域稱為禁帶。

當(dāng)照射在半導(dǎo)體上的光能等于或***于禁帶寬度時(shí)，價(jià)帶電子被激發(fā)，越過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶，在價(jià)帶中產(chǎn)生相應(yīng)的空穴。電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，一些分離的電子和空穴在激發(fā)后進(jìn)一步反應(yīng)。

(3)光催化氧化過程的影響因素

結(jié)果表明，反應(yīng)物的初始濃度對光催化效率或降解速率有明顯的影響。光催化效率隨初始濃度的增加而波動，存在明顯的濃度轉(zhuǎn)變點(diǎn)，低濃度目標(biāo)的光催化降解效率***于高濃度目標(biāo)。

濕度對光催化反應(yīng)的影響沒有一致的結(jié)論。不同化合物或不同濃度等實(shí)驗(yàn)條件差異很***。

(4)光催化氧化工藝的***缺點(diǎn)

***點(diǎn):

處理效率高，運(yùn)行成本低，適用于低濃度、寬范圍的VOCs，***別是高效脫除芳烴；

缺點(diǎn):

高濃度揮發(fā)性有機(jī)物處理效率一般；目前還處于實(shí)驗(yàn)室階段，缺乏實(shí)際應(yīng)用。