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目前的揮發性有機污染物的治理包括破壞性,非破壞性方法,及這兩種方法的組合。
破壞性的方法包括燃燒、生物氧化、熱氧化、光催化氧化,低溫等離子體及其集成的技術,主要是由化學或生化反應,用光,熱,微生物和催化劑將VOCs轉化成CO 2和H2O等無毒無機小分子化合物。
非破壞性法,即回收法,主要是碳吸附、吸收、冷凝和膜分離技術,通過物理方法,控制溫度,壓力或用選擇性滲透膜和選擇性吸附劑等來富集和分離揮發性有機化合物。
傳統的揮發性廢氣處理常用吸收、吸附法去除,燃燒去除等,在Z近幾年中,半導體光催化劑的技術體,低溫等離子得到了迅速發展。
處理工藝 1吸附工藝
吸附法主要適用于低濃度氣態污染物的凈化,對于高濃度的有機氣體,通常需要首先經過冷凝等工藝將濃度降低后再進行吸附凈化。吸附技術是Z為經典和常用的氣體凈化技術,也是目前工業VOCs 治理的主流技術之一。吸附法的關鍵技術是吸附劑、吸附設備和工藝、再生介質、后處理工藝等。
活性炭因其具有大比表面積和微孔結構而廣泛應用于吸附回收有機氣體。目前,對活性炭吸附有機氣體的研究主要集中在吸附平衡的預測、活性炭材料的改性及有機物的物化性質對活性炭吸附性能的影響。
活性炭纖維吸附有機廢氣是當今世界上Z為先進的技術之一,活性炭纖維比顆粒狀活性炭具有更大的吸附容量和更快的吸附動力學性能,活性炭吸、脫附工藝流程見圖1。
活性炭凈化空氣的物理吸附,如圖2所示四種情況:
1.分子直徑大于孔的直徑,由于空間位阻,分子不能入孔,因此不吸附;
2.分子直徑等于孔的直徑,吸附劑的捕捉力很強,非常適合低濃度吸附;
3.分子直徑小于孔的直徑,孔內發生毛細管冷凝,吸附容量大;
4.分子直徑遠小于孔的直徑,吸附分子很容易解吸,解吸速率高,低濃度下的吸附量較小。
1.優點:
(1)適用于低濃度的各種污染物;
(2)活性炭價格不高,能源消耗低,應用起來比較經濟;
(3)通過脫附冷凝可回收溶劑有機物;
(4)應用方便,只與同空氣相接觸就可以發揮作用;
(5)活性炭具有良好的耐酸堿和耐熱性,化學穩定性較高。
2.缺點:
(1)吸附量小,物理吸附存在吸附飽和問題,隨著吸附劑的消耗,吸附能力也變弱,使用一段時間后可能會出現吸附量小或失去吸附功能;
(2)吸附時,存在吸附的專一性問題,對混合氣體,可能吸附性會減弱,同時也存在分子直徑與活性炭孔徑不匹配,造成脫附現象;
(3)活性炭吸附只是將有毒害氣體轉移,并沒有達到分解有害氣體的功效,可能會帶來二次污染。不適高濃度廢氣,不適含水或含粒狀物的廢氣。
2吸收工藝
用溶液、溶劑或清水吸收工業廢氣中的揮發性氣體,使其與廢氣分離的方法叫吸收法。溶液、溶劑、清水稱為吸收劑。吸收劑不同可以吸收不同的有害氣體。
吸收法使用的吸收設備叫吸收器、凈化器或洗滌器。吸收法的工藝流程和濕法除塵工藝近似,只是濕法除塵工藝用清水,而吸收法凈化有害氣體要用溶劑或溶液。
以石油和天然氣回收為例,石油和天然氣回收應包括煉油廠,化工廠,石油和天然氣站裝卸、產生的油氣。石油和天然氣出廠到銷售終端是一個完整的系統。
美國和歐洲國家,通常是在加油站采用一階段和兩階段油氣回收措施,即密閉卸油與加油,儲罐內油氣返回油罐車,在加油時使用真空輔助裝置或油箱內壓返回儲罐。在油庫,煉油廠和其他石油制品經銷地設置油氣回收裝置,回收油氣。
吸收法通常用于油氣回收。裝卸油品時產生的油氣進入吸收塔,從出口排出貧油空氣,解吸塔內進行吸收液的真空解吸,解吸的吸收液再循環利用,回收塔用汽油將進入的解吸氣進行回收,尾氣返回吸收塔重復該過程。用溶液吸收法回收揮發性有機物的吸收液通常是特殊的吸收液,吸收液的選擇將影響回收效果。
1.優點:
吸收法工藝比較簡單,設備投資較低,操作和維修費用基本與碳吸附法相當,由于吸收介質是采用煤油和吸收液,因此沒有二次污染問題。
2.缺點:
此工藝方法回收效率低,對于環保要求較高時,很難達到允許的油氣排放標準;設備占地空間大;能耗高;吸收劑消耗較大,需不斷補充。
3冷凝工藝
油品在儲運和銷售過程中部分輕烴組分揮發進入大氣,造成資源浪費和環境危害。同時有機溶劑廣泛應用于工業生產中,每年都有大量的有機溶劑揮發到空氣中,危害人類健康,造成嚴重的環境污染。采取合適的方法回收這些揮發性有機物不但可以降低企業生產成本,而且具有巨大的環保效益。
冷凝法是用來回收VOCs的一種有效方法,其基本原理是利用氣態污染物在不同的溫度和壓力下具有不同飽和蒸汽壓,通過降低溫度和增加壓力,使某些有機物凝結出來,使VOCs得以凈化和回收。
冷凝式油氣回收設備采用多級復疊或自復疊制冷技術,系統流程雖然相對復雜,但其關鍵部件壓縮機和節流機構已全部實現本土化生產,投資和運行成本較低。
根據換熱管工作原理可分為制冷劑回路和氣體回路部分,換熱管連接兩部。在氣體循環部分,低溫冷媒在換熱器中和熱的有機溶劑混合氣體進行熱交換,有機溶劑液化后回收,制冷劑流入儲液罐。
制冷劑回路,壓縮機將制冷劑壓縮成高溫高壓氣態制冷劑,通過風冷冷凝器液化,通過干燥過濾器,在冷媒-制冷劑熱交換器中冷的液態制冷劑與冷媒進行熱交換,低溫冷媒進入儲液罐,制冷劑通過吸入過濾器進入壓縮機入口,完成整個的制冷劑冷媒換熱過程。
冷凝分離法回收輕烴要對原料氣體冷卻降溫。根據原理可分為節流膨脹制冷,膨脹機膨脹制冷。根據工藝可分為制冷劑制冷(如丙烷制冷),節流膨脹制冷,膨脹機膨脹制冷,混合制冷(在膨脹機膨脹制冷或工藝流體自身節流膨脹制冷的基礎上外加冷劑制冷)。
分離方法包括精餾系統精餾分離,分離器相平衡分離。這個過程一般包括脫水、增壓(低壓力氣體)、精餾和制冷。以上冷凝工藝的各個部分的選擇都會影響Z終的冷凝效果。
1.優點:
冷凝法是利用物質沸點的不同回收,適合沸點較高的有機物,該方法具有回收純度高、設備工藝簡單、能耗低的優點;并有設備緊湊、占用空間小、自動化程度高、維護方便、安全性好、輸出為液態油可直接利用等優點;
2.缺點:
單一冷凝法要達標需要降到很低的溫度,耗電量巨大,不是真正意義上的“節能減排”。
4膜分離工藝
在石油開采和儲運過程中,部分油品揮發到大氣中形成的油氣中,除空氣外,主要C4-C5以及少量芳香烴。這些有機蒸氣排放不僅造成嚴重的資源浪費,而且對空氣質量有很大影響,進而影響人類的健康,目前,有機蒸氣的分離回收方法主要是冷凝、活性炭吸附、膜分離法、溶劑吸收法。膜分離技術是一種效率較高的分離方法 。
膜分離有機蒸氣回收系統是通過溶解-擴散機理來實現分離的。氣體分子與膜接觸后,在膜的表面溶解,進而在膜兩側表面就會產生一個濃度梯度,因為不同氣體分子通過致密膜的溶解擴散速度有所不同,使得氣體分子由膜內向膜另一側擴散,Z后從膜的另一側表面解吸,Z終達到分離目的。
膜分離裝置設于高壓冷凝器之后,緩沖罐前,由于排放氣壓縮機能力不足,只有一部分氣體經過膜分離裝置,其他部分直接進入緩沖罐,滲透氣返回至低壓冷卻器前,尾氣進入緩沖罐。
支撐層的材質對滲透速率和烴類VOCs回收率產生重要影響,對于同一種材質的支撐層,滲透速率和烴類VOCs 回收率隨孔徑的減小而增大,但當孔徑減到某一臨界值時,隨孔徑的繼續減小,滲透速率和烴類VOCs 回收率將減小。
1.優點:
膜分離技術是近代石油化工學科中分離科學的前沿技術。它具有投資小、見效快、流程簡單、回收率高、能耗低、無二次污染的特點,具有較高的科技含量;
2.缺點:
投資大;膜國產率低,價格昂貴,而且膜壽命短;膜分離裝置要求穩流、穩壓氣體,操作要求高。
5燃燒工藝
一類VOCs 處理方法是所謂破壞性技術,即通過化學或生物的技術使VOCs 轉化為二氧化碳、水以及氯化氫等無毒或毒性小的無機物。燃燒法即屬此類技術。
燃燒法分直接燃燒法和催化燃燒法。直接燃燒法適合處理高濃度 VOCs 的廢氣,因其運行溫度通常在800-1200℃時,工藝能耗成本較高,且燃燒尾氣中容易出現二惡英、NOx等副產物;由于廢氣中VOCs濃度一般較低,僅僅依靠反應熱,一般難以維持反應所需的溫度。
為了提高熱經濟性,人們開展了大量的研究,一個方向是改進催化劑的性能使反應溫度降低。另一個方向是研究新的工藝技術、新的反應器設計以使反應能在較高的溫度下自熱地實現。
催化燃燒中,預熱式是一種基本的流程形式。有機廢氣在進入反應器之前,要在預熱室中的加熱,因為有機廢氣溫度低于100攝氏度時,濃度低,熱量不能自給。燃燒凈化后,與未處理的廢氣進行熱交換,回收部分的熱量。煤氣或電加熱是該工藝常用的方法,加熱到催化反應所需的點火溫度。