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2019年最新10大VOC廢氣處理技術(shù)工藝詳解
目前我國的環(huán)境污染問題中大氣污染是最為嚴(yán)重的，霧霾、PM2.5等問題一直困擾著人們的生活。在大氣污染重，VOC廢氣是主要的污染物之一。VOC是揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatile organic compounds）的英文縮寫。普通意義上的VOC就是指揮發(fā)性有機(jī)物；但是環(huán)保意義上的定義是指活潑的一類揮發(fā)性有機(jī)物，即會產(chǎn)生危害的那一類揮發(fā)性有機(jī)物。本文詳細(xì)介紹了七種VOC廢氣處理的主要技術(shù)。
一、VOC廢氣處理技術(shù)——熱破壞法
熱破壞法是指直接和輔助燃燒有機(jī)氣體，也就是VOC，或利用合適的催化劑加快VOC的化學(xué)反應(yīng)，最終達(dá)到降低有機(jī)物濃度，使其不再具有危害性的一種處理方法。
熱破壞法對于濃度較低的有機(jī)廢氣處理效果比較好，因此，在處理低濃度廢氣中得到了廣泛應(yīng)用。這種方法主要分為兩種，即直接火焰燃燒和催化燃燒。直接火焰燃燒對有機(jī)廢氣的熱處理效率相對較高，一般情況下可達(dá)到 99%。而催化燃燒指的是在催化床層的作用下，加快有機(jī)廢氣的化學(xué)反應(yīng)速度。這種方法比直接燃燒用時更少，是高濃度、小流量有機(jī)廢氣凈化的首選技術(shù)。
二、VOC廢氣處理技術(shù)——吸附法
有機(jī)廢氣中的吸附法主要適用于低濃度、高通量有機(jī)廢氣。現(xiàn)階段，這種有機(jī)廢氣的處理方法已經(jīng)相當(dāng)成熟，能量消耗比較小，但是處理效率卻非常高，而且可以徹底凈化有害有機(jī)廢氣。實(shí)踐證明，這種處理方法值得推廣應(yīng)用。但是這種方法也存在一定缺陷，它需要的設(shè)備體積比較龐大，而且工藝流程比較復(fù)雜;如果廢氣中有大量雜質(zhì)，則容易導(dǎo)致工作人員中毒。所以，使用此方法處理廢氣的關(guān)鍵在于吸附劑。當(dāng)前，采用吸附法處理有機(jī)廢氣，多使用活性炭，主要是因?yàn)榛钚蕴考?xì)孔結(jié)構(gòu)比較好，吸附性比較強(qiáng)。
此外，經(jīng)過氧化鐵或臭氧處理，活性炭的吸附性能將會更好，有機(jī)廢氣的處理將會更加安全和有效。
三、VOC廢氣處理技術(shù)——生物處理法
生物法凈化voc廢氣是近年發(fā)展起來的空氣污染控制技術(shù)，它比傳統(tǒng)工藝投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，操作簡單，應(yīng)用范圍廣，是最有望替代燃燒法和吸附凈化法的新技術(shù)。從處理的基本原理上講，采用生物處理方法處理有機(jī)廢氣，是使用微生物的生理過程把有機(jī)廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡單的無機(jī)物，比如CO2、H2O和其它簡單無機(jī)物等。這是一種無害的有機(jī)廢氣處理方式。
生物凈化法實(shí)際上是利用微生物的生命活動將廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變成簡單的無機(jī)物（如二氧化碳和水）以及細(xì)胞物質(zhì)等，主要工藝有生物洗滌法，生物過濾法和生物滴濾法。
不同成分、濃度及氣量的氣態(tài)污染物各有其有效的生物凈化系統(tǒng)。生物洗滌塔適宜于處理凈化氣量較小、濃度大、易溶且生物代謝速率較低的廢氣；對于氣量大、濃度低的廢氣可采用生物過濾床；而對于負(fù)荷較高以及污染物降解后會生成酸性物質(zhì)的則以生物滴濾床為好。
生物法處理有機(jī)廢氣是一項(xiàng)新的技術(shù)，由于反應(yīng)器涉及到氣，液，固相傳質(zhì)，以及生化降解過程，影響因素多而復(fù)雜，有關(guān)的理論研究及實(shí)際應(yīng)用還不夠深入廣泛，許多問題需要進(jìn)一步探討和研究。
一般情況下，一個完整的生物處理有機(jī)廢氣過程包括3個基本步驟：a) 有機(jī)廢氣中的有機(jī)污染物首先與水接觸，在水中可以迅速溶解;b) 在液膜中溶解的有機(jī)物，在液態(tài)濃度低的情況下，可以逐步擴(kuò)散到生物膜中，進(jìn)而被附著在生物膜上的微生物吸收;c) 被微生物吸收的有機(jī)廢氣，在其自身生理代謝過程中，將會被降解，最終轉(zhuǎn)化為對環(huán)境沒有損害的化合物質(zhì)。
四、VOC廢氣處理技術(shù)——變壓吸附分離與凈化技術(shù)
變壓吸附分離與凈化技術(shù)是利用氣體組分可吸附在固體材料上的特性，在有機(jī)廢氣與分離凈化裝置中，氣體的壓力會出現(xiàn)一定的變化，通過這種壓力變化來處理有機(jī)廢氣。
PSA 技術(shù)主要應(yīng)用的是物理法，通過物理法來實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的凈化，使用材料主要是沸石分子篩。沸石分子篩，在吸附選擇性和吸附量兩方面有一定優(yōu)勢。在一定溫度和壓力下，這種沸石分子篩可以吸附有機(jī)廢氣中的有機(jī)成分，然后把剩余氣體輸送到下個環(huán)節(jié)中。在吸附有機(jī)廢氣后，通過一定工序?qū)⑵滢D(zhuǎn)化，保持并提高吸附劑的再生能力，進(jìn)而可讓吸附劑再次投入使用，然后重復(fù)上步驟工序，循環(huán)反復(fù)，直到有機(jī)廢氣得到凈化。
近年來，該技術(shù)開始在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，對于氣體分離有良好效果。該技術(shù)的主要優(yōu)勢有：能源消耗少、成本比較低、工序操作自動化及分離凈化后混合物純度比較高、環(huán)境污染小等。使用該技術(shù)對于回收和處理有一定價值的氣體效果良好，市場發(fā)展前景廣闊，成為未來有機(jī)廢氣處理技術(shù)的發(fā)展方向。
五、VOC廢氣處理技術(shù)——氧化法
對于有毒、有害，而且不需要回收的VOC，熱氧化法是最適合的處理技術(shù)和方法。氧化法的基本原理：VOC與O2發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO2和H2O。
從化學(xué)反應(yīng)方程式上看，該氧化反應(yīng)和化學(xué)上的燃燒過程相類似，但其由于VOC濃度比較低，在化學(xué)反應(yīng)中不會產(chǎn)生肉眼可見的火焰。一般情況下，氧化法通過兩種方法可確保氧化反應(yīng)的順利進(jìn)行：a) 加熱。使含有VOC的有機(jī)廢氣達(dá)到反應(yīng)溫度;b) 使用催化劑。如果溫度比較低，則氧化反應(yīng)可在催化劑表面進(jìn)行。所以，有機(jī)廢氣處理的氧化法分為以下兩種方法：
a) 催化氧化法?，F(xiàn)階段，催化氧化法使用的催化劑有兩種，即貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑。貴金屬催化劑主要包括Pt、Pd等，它們以細(xì)顆粒形式依附在催化劑載體上，而催化劑載體通常是金屬或陶瓷蜂窩，或散裝填料;非貴金屬催化劑主要是由過渡元素金屬氧化物，比如MnO2，與粘合劑經(jīng)過一定比例混合，然后制成的催化劑。為有效防止催化劑中毒后喪失催化活性，在處理前必須徹底清除可使催化劑中毒的物質(zhì)，比如Pb、Zn和Hg等。如果有機(jī)廢氣中的催化劑毒物、遮蓋質(zhì)無法清除，則不可使用這種催化氧化法處理VOC;
b) 熱氧化法。熱氧化法當(dāng)前分為三種：熱力燃燒式、間壁式、蓄熱式。三種方法的主要區(qū)別在于熱量回收方式。這三種方法均能催化法結(jié)合，降低化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)溫度。
熱力燃燒式熱氧化器，一般情況下是指氣體焚燒爐。這種氣體焚燒爐由助燃劑、混合區(qū)和燃燒室三部分組成。其中，助燃劑，比如天然氣、石油等，是輔助燃料，在燃燒過程中，焚燒爐內(nèi)產(chǎn)生的熱混合區(qū)可對VOC廢氣預(yù)熱，預(yù)熱后便可為有機(jī)廢氣的處理提供足夠空間、時間，最終實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的無害化處理。
在供氧充足條件下，氧化反應(yīng)的反應(yīng)程度——VOC去除率——主要取決于“三T條件”：反應(yīng)溫度(Temperat)、時間(Time)、湍流混合情況(Turbulence)。這“三T條件”是相互聯(lián)系的，在一定范圍內(nèi)，一個條件的改善可使另外兩個條件降低。熱力燃燒式熱氧化器的缺點(diǎn)在于：輔助燃料價格高，導(dǎo)致裝置操作費(fèi)用比較高。
直燃式廢氣處理爐
?所需溫度：攝氏700-800度
?對應(yīng)廢氣種類：所有
?廢氣凈化效率在99.8%以上
?搭配廢氣機(jī)熱回收系統(tǒng)可有效降低工廠營運(yùn)成本
催化式廢氣處理爐（RCO）
?所需溫度：攝氏300-400度
?根據(jù)廢氣濃度而啟動的自燃性
?系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用前處理劑和觸媒清潔可延長設(shè)備使用年限
?可在前端配置各種吸附材
RCO處理技術(shù)特別適用于熱回收率需求高的場合，也適用于同一生產(chǎn)線上，因產(chǎn)品不同，廢氣成分經(jīng)常發(fā)生變化或廢氣濃度波動較大的場合。尤其適用于需要熱能回收的企業(yè)或烘干線廢氣處理，可將能源回收用于烘干線，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。
優(yōu)點(diǎn)：工藝流程簡單、設(shè)備緊湊、運(yùn)行可靠；凈化效率高，一般均可達(dá)98%以上；與RTO相比燃燒溫度低；一次性投資低，運(yùn)行費(fèi)用低，其熱回收效率一般均可達(dá)85%以上；整個過程無廢水產(chǎn)生，凈化過程不產(chǎn)生NOX等二次污染；RCO凈化設(shè)備可與烘房配套使用，凈化后的氣體可直接回用到烘房利用，達(dá)到節(jié)能減排的目的；
缺點(diǎn)：催化燃燒裝置僅適用含低沸點(diǎn)有機(jī)成分、灰分含量低的有機(jī)廢氣的處理，對含油煙等粘性物質(zhì)的廢氣處理則不宜采用，催化劑宜中毒；處理有機(jī)廢氣濃度在20％以下。
蓄熱式廢氣處理爐（RTO）
?所需溫度：攝氏800-900度
?低于500ppm的甲苯濃度也可以啟動自燃性系統(tǒng)設(shè)計(jì)
?可實(shí)現(xiàn)與RCO配合使用
適用于大風(fēng)量、低濃度，適用于有機(jī)廢氣濃度在100PPM—20000PPM之間。其操作費(fèi)用低,有機(jī)廢氣濃度在450PPM以上時，RTO裝置不需添加輔助燃料；凈化率高，兩床式RTO凈化率能達(dá)到98%以上，三床式RTO凈化率能達(dá)到99%以上，并且不產(chǎn)生NOX等二次污染；全自動控制、操作簡單；安全性高。
優(yōu)點(diǎn)：在處理大流量低濃度的有機(jī)廢氣時，運(yùn)行成本非常低。
缺點(diǎn)：較高的一次性投資，燃燒溫度較高，不適合處理高濃度的有機(jī)廢氣，有很多運(yùn)動部件，需要較多的維護(hù)工作。
圖為RTO(蓄熱式熱力焚燒技術(shù))濃縮及廢熱回收系統(tǒng)，可將低濃度、大風(fēng)量的VOCs廢氣濃縮為高濃度、小風(fēng)量的廢氣，然后高溫燃燒，并將儲熱體的熱量重新回收，利用在廢氣預(yù)熱和熱轉(zhuǎn)換設(shè)備上。
回收式熱力焚燒系統(tǒng)
回收式熱力焚燒系統(tǒng)（簡稱TNV）是利用燃?xì)饣蛉加椭苯尤紵訜岷袡C(jī)溶劑的廢氣，在高溫作用下，有機(jī)溶劑分子被氧化分解為CO2和水，產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^配套的多級換熱裝置加熱生產(chǎn)過程需要的空氣或熱水，充分回收利用氧化分解有機(jī)廢氣時產(chǎn)生的熱能，降低整個系統(tǒng)的能耗。因此，TNV系統(tǒng)是生產(chǎn)過程需要大量熱量時，處理含有機(jī)溶劑廢氣高效、理想的處理方式，對于新建涂裝生產(chǎn)線，一般采用TNV回收式熱力焚燒系統(tǒng)。
TNV系統(tǒng)由三大部分組成：廢氣預(yù)熱及焚燒系統(tǒng)、循環(huán)風(fēng)供熱系統(tǒng)、新風(fēng)換熱系統(tǒng)
廢氣焚燒集中供熱裝置的特點(diǎn)包括：有機(jī)廢氣在燃燒室的逗留時間為1～2s；有機(jī)廢氣分解率大于99％；熱回收率可達(dá)76％；燃燒器輸出的調(diào)節(jié)比可達(dá)26∶1，最高可達(dá)40∶1。
缺點(diǎn)：在處理低濃度有機(jī)廢氣時，運(yùn)行成本較高；管式熱交換器只是在連續(xù)運(yùn)行時，才有較長的壽命。
七、VOC廢氣處理技術(shù)——冷凝回收法
在不同溫度下，有機(jī)物質(zhì)的飽和度不同，冷凝回收法便是利用有機(jī)物這一特點(diǎn)來發(fā)揮作用，通過降低或提高系統(tǒng)壓力，把處于蒸汽環(huán)境中的有機(jī)物質(zhì)通過冷凝方式提取出來。冷凝提取后，有機(jī)廢氣便可得到比較高的凈化。其缺點(diǎn)是操作難度比較大，在常溫下也不容易用冷卻水來完成，需要給冷凝水降溫，所以需要較多費(fèi)用。
這種處理方法主要適用于濃度高且溫度比較低的有機(jī)廢氣處理。通常適用于VOC含量高（百分之幾），氣體量較小的有機(jī)廢氣的回收處理，由于大部分VOC是易燃易爆氣體，受到爆炸極限的限制，氣體中的VOC含量不會太高，所以要達(dá)到較高的回收率，需采用很低溫度的冷凝介質(zhì)或高壓措施，這勢必會增加設(shè)備投資和處理成本，因此，該技術(shù)一般是作為一級處理技術(shù)并與其它技術(shù)結(jié)合使用。
下面介紹焚燒工藝工業(yè)廢氣治理匯總，涵蓋VOCs處理內(nèi)容如下：
RTO蓄熱式焚燒爐
排放自工藝含VOCs的廢氣進(jìn)入雙槽RTO，三向切換風(fēng)閥(POPPETVALVE)將此廢氣導(dǎo)入RTO的蓄熱槽(EnergyRecoveryChamber)而預(yù)熱此廢氣，含污染的廢氣被蓄熱陶塊漸漸地加熱后進(jìn)入燃燒室(CombustionChamber)，VOCs在燃燒室被氧化而放出熱能于第二蓄熱槽中之陶塊，用以減少輔助燃料的消耗。陶塊被加熱，燃燒氧化后的干凈氣體逐漸降低溫度，因此出口溫度略高于RTO入口溫度。三向切換風(fēng)閥切換改變RTO出口/入口溫度。如果VOCs濃度夠高，所放出的熱能足夠時，RTO即不需燃料。例如RTO熱回收效率為95%時，RTO出口僅較入口溫度高25℃而已。
蓄熱式催化劑焚燒爐(RCO)
排放自工藝含VOCs的廢氣進(jìn)入雙槽RCO，三向切換風(fēng)閥(POPPETVALVE)將此廢氣導(dǎo)入RCO的蓄熱槽(EnergyRecoveryChamber)而預(yù)熱此廢氣，含污染的廢氣被蓄熱陶塊漸漸地加熱后進(jìn)入催化床(CatalystBed)，VOCs在經(jīng)催化劑分解被氧化而放出熱能于第二蓄熱槽中之陶塊，用以減少輔助燃料的消耗。陶塊被加熱，燃燒氧化后的干凈氣體逐漸降低溫度，因此出口溫度略高于RCO入口溫度。三向切換風(fēng)閥切換改變RCO出口/入口溫度。如果VOCs濃度夠高，所放出的熱能足夠時，RCO即不需燃料。例如RCO熱回收效率為95%時，RCO出口僅較入口溫度高25℃而已。
催化劑焚燒爐CatalyticOxidizer
催化劑焚燒爐的設(shè)計(jì)是依廢氣風(fēng)量，VOCs濃度及所需知破壞去除效率而定。操作時含VOCs的廢氣用系統(tǒng)風(fēng)機(jī)導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)的換熱器，廢氣經(jīng)由換熱器管側(cè)(Tubeside)而被加熱后，再通過燃燒器，這時廢氣已被加熱至催化分解溫度，再通過催化劑床，催化分解會釋放熱能，而VOCs被分解為二氧化碳及水氣。之后此一熱且經(jīng)凈化氣體進(jìn)入換熱器之殼側(cè)(shellside)將管側(cè)(tubeside)未經(jīng)處理的VOC廢氣加熱，此換熱器會減少能源的消耗，最后，凈化后的氣體從煙囪排到大氣中。
直燃式焚燒爐的設(shè)計(jì)是依廢氣風(fēng)量，VOCs濃度及所需知破壞去除效率而定。操作時含VOCs的廢氣用系統(tǒng)風(fēng)機(jī)導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)的換熱器，廢氣經(jīng)由換熱器管側(cè)(Tubeside)而被加熱后，再通過燃燒器，這時廢氣已被加熱至催化分解溫度(650~1000℃)，并且有足夠的留置時間(0.5~2.0秒)。這時會發(fā)生熱反應(yīng)，而VOCs被分解為二氧化碳及水氣。之后此一熱且經(jīng)凈化氣體進(jìn)入換熱器之殼側(cè)(shellside)將管側(cè)(tubeside)未經(jīng)處理的VOC廢氣加熱，此換熱器會減少能源的消耗(甚至于某適當(dāng)?shù)腣OCs濃度以上時便不需額外的燃料)，最后，凈化后的氣體從煙囪排到大氣中。
直接燃燒焚燒爐DirectFiredThermalOxidizer-DFTO
有時直接燃燒焚燒爐源于后燃燒器(After-Burner)，直接燃燒焚燒爐使用經(jīng)特別設(shè)計(jì)的燃燒器以加熱高濃度的廢氣到ㄧ預(yù)先設(shè)的溫度，于運(yùn)轉(zhuǎn)時廢氣被導(dǎo)入燃燒室(BurnerChamber)。燃燒器將VOCs及有毒空氣污染物分解為無毒的物質(zhì)(二氧化碳及水)并放出熱，凈化后的氣體可再由一熱回收系統(tǒng)以達(dá)節(jié)能的需求。
濃縮轉(zhuǎn)輪/焚燒爐RotorConcentrator/Oxidizer
濃縮轉(zhuǎn)輪/焚燒爐系統(tǒng)吸附大風(fēng)量低濃度揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)。再把脫附后小風(fēng)量高濃度廢氣導(dǎo)入焚燒爐予以分解凈化。大風(fēng)量低濃度的VOCs廢氣，通過一個由沸石為吸附材料的轉(zhuǎn)輪，VOCs經(jīng)被轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)的沸石所吸附后凈化的氣體經(jīng)煙囪排到大氣，再于脫附區(qū)中用180℃~200℃的小量熱空氣，將VOCs予以脫附。如此一高濃度小風(fēng)量的脫附廢氣在導(dǎo)入焚燒爐中予以分解為二氧化碳及水氣，凈化的氣體經(jīng)煙囪排到大氣。這一濃縮的工藝大大地降低燃料費(fèi)用。
氯化有機(jī)物催化劑焚燒爐
氯化有機(jī)物催化劑焚燒爐(ChlorinatedCatalyticOxidizer)系統(tǒng)依風(fēng)量，污染物種類及所需去除效率而設(shè)計(jì)。
在運(yùn)行操作時，含VOCs的廢氣經(jīng)氯化有機(jī)物催化劑焚燒爐風(fēng)機(jī)抽到系統(tǒng)換熱器中。廢氣通過換熱器的管側(cè)，再到燃燒機(jī)，此處將廢氣加熱到催化劑反應(yīng)溫度。含VOCs廢氣通過特制的抗鹵化物毒化的催化劑，轉(zhuǎn)化成二氧化碳，水氣并放出熱。這熱凈化的氣體通過換熱器的殼側(cè)，將熱能加熱浸入系統(tǒng)的廢氣，如此可以將燃料費(fèi)用降到最小，在許多時候，如VOCs濃度夠高，可以不需額外燃料系統(tǒng)即可自行運(yùn)轉(zhuǎn)。最后如有需要，可裝設(shè)恩國洗滌塔以去除無機(jī)酸(如HCL，CL2，HBr，Br2等)。 氯化氫套裝洗滌塔(HCLScrubberModule)，氯化氫套裝洗滌塔出口含HCL或CL2的氣體導(dǎo)入氯化氫套裝洗滌塔中的驟冷塔，循環(huán)汞噴注大量的水進(jìn)入用超合金(Hastelloy)材質(zhì)的驟冷塔(quenches)。這時水會把熱廢氣降溫并將部分的氯化氫予以吸收，之后經(jīng)一氣道進(jìn)入逆流式的吸收塔。循環(huán)吸收溶液從吸收塔頂部的噴嘴噴灑而下，將剩余的氯化氫充份吸收，然后通過一除水層把水滴去除，再排到大氣。
自動清理陶瓷過濾系統(tǒng)
自動清理陶瓷過濾系統(tǒng)(Self-cleaningCeramicFilter)系依排風(fēng)量，污染物種類和所需補(bǔ)及過濾效率有關(guān)。系統(tǒng)操作運(yùn)行時，排自工藝廢氣(含有冷或熱有機(jī)粒狀物/有機(jī)凝結(jié)物質(zhì)或VOCs)。被抽引至陶瓷過濾器中。廢氣通過依粒狀物之例徑大小及捕集效率大小而設(shè)計(jì)選用的陶瓷板，一組燃燒器，間歇或連續(xù)加熱此一陶瓷板，使被捕集于此一陶瓷板的有機(jī)粒狀物揮發(fā)而進(jìn)到焚燒爐中，任何無機(jī)物被燒成無機(jī)灰并掉至腔體底部而予以收集。經(jīng)揮發(fā)的有機(jī)物導(dǎo)至焚燒爐中(如催化劑式焚燒爐，直燃式焚燒爐)經(jīng)焚燒轉(zhuǎn)化為二氧化碳，水氣和熱氣。
張經(jīng)理 15009671668