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常熟有机废气处理原理

产品时间:2020-10-15

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简要描述:

常熟有机废气处理原理
有机废气处理是指对工业生产过程中产生的有机废气进行吸附、过滤、净化的处理工作。通常有机废气处理有甲醛有机废气处理、苯甲苯二甲苯等苯系物有机废气处理、丙酮丁酮有机废气处理、乙酸乙酯废气处理、油雾有机废气处理、糠醛有机废气处理、苯乙烯、丙烯酸有机废气处理、树脂有机废气处理、添加剂有机废气处理、漆雾有机废气处理、天那水有机废气处理等含碳氢氧等有机物的空气净化处理方式

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常熟有机废气处理原理

 

一、有机废气吸附-脱附-冷凝回收技术工艺

有机废气净化装置采用的是吸附法和冷凝法组合的方式净化有机废气。充分发挥两者的优点净化效率高,把它们的弊端进行可利用的转化,对吸附物的再生处理利用低温水蒸气脱附,恢复吸附体的活性,对脱附下来的有机物回收利用。对于有机废气的净化这是目前比较先进的治理方法。

1.应用范围

有机废气净化装置适用于净化处理常温、中低风量、中高浓度的有机废气,可处理的有机溶剂包括苯类、酮类、脂类、醇类、醛类、醚类、烷类和其混合类。该装置可应用于家具行业、石油化工、煤化工、人造革、纺织印染、油漆涂料、橡胶、塑料、制鞋、制药、电子、化纤、酿造等行业。

2.工作原理

处理过程可分为三个阶段:

(1)用颗粒状或者纤维状的活性炭来充分吸附废气中有机成分的分子,当吸附到一定的饱和度时即停止吸附;

(2)开始时是利用饱和低压水蒸气去加热吸附饱和的活性炭,将被吸附的有机成分激活气化而从活性炭中脱附逸出。恢复活性的活性炭即可以重新吸附有机成分的气体分子;

(3)最后阶段就是对脱附出来的有机成分的气体进行冷凝,使其液化,与水自动分层后回用。

3.技术特点

(1)操作简便,节能省力;

(2)技术成熟可靠,设备运行稳定;

(3)高性能吸附剂,比表面积大,吸-脱附性能好净化效率高;

(4)设备运行安全,系统出现气流温度超过正常温度达120℃时,系统配备有排空阀门,可以根据系统的自动安全程序进行工作,实现气流的排空,直至切断吸附床连接,终止吸附-脱附流程。

二、吸附浓缩+催化氧化技术工艺流程

采用的处理方法是吸附法和催化法的组合,充分发挥两者的优点净化效率高,把它们的弊端进行可利用的转化,对吸附物的再生处理利用其本身催化燃烧的热量来进行脱附,恢复吸附体的活性,省去了二次能源,从而补偿了催化剂的价格问题。对于有机废气的净化这是目前比较先进的治理方法。

1.应用范围

有机废气净化装置适用于净化处理常温、大风量、中、低浓度的有机废气,可处理的有机溶剂包括苯类、酮类、脂类、醇类、醛类、醚类、烷类和其混合类。该装置可广泛应用于汽车、造船、摩托车、自行车、家用电器、钢琴、集装箱生产厂的喷漆、涂装车间的有机废气净化,也可与制鞋粘胶、印铁制罐、化工塑料、印刷油墨、电缆、漆包线等流水线配套使用。

2.工作原理

处理过程可分为三个阶段:

(1)用特殊成型的活性炭来充分吸附废气中有机成分的分子,当吸附到一定的饱和度时即停止吸附;

(2)第二阶段开始时是用附加的加热器加热一股气流,利用热气流去加热吸附饱和的活性炭,将被吸附的有机成分激活气化而从活性炭中脱附逸出。恢复活性的活性炭即可以重新吸附有机成分的气体分子;

(3)对脱被附出来的有机成分的气体进行加热,使其达到催化燃烧所需要的温度进入催化燃烧床,这里说燃烧,实质是在催化剂的作用下进行快速激烈的氧化,将有机成分的炭氢分子氧化成CO2和H2O,再通过脱附风机,将其送入吸附床,直到脱附出来的有机成分的分子均被氧化为止,脱附过程即将进行完成。由于在其氧化反应同时能释放相当多的热量,就在装置中设置了换热器,利用这个热量来加热被脱附出来的有机成分气体,并最终替代加热器工作。


常熟有机废气处理原理

1、VOC及其危害概述

1.1 VOC概述

挥发性的有机化合物(Volatile Organic Compounds 简称为VOC),在工业生产中,尤其在石油化工、印刷、人造革及电子元器件、烤漆和医药等领域有比较广泛的应用,通常作为溶剂来使用,均有良好的挥发性。

1.2 VOC的危害

这些挥发性有机溶剂如果挥发到大气环境中,不仅会对大气环境造成严重污染,而且被吸入呼入人体后会对人体健康产生危害。比如常见溶剂苯,吸入人体后会造成慢性或急性中毒,其他的苯类化合物不仅对人体的中枢神经造成损害造成神经系统障碍,而且还会危害血液和造血器官,情况严重的,甚至会有出血症状或患上败血症。氧化作用下,苯在生物体内可氧化成苯酚,从而造成肝功能异常,对骨骼的生长发育十分不利,还会诱发再生障碍性贫血。如果苯蒸汽浓度过高,生物可能因急性中毒而死亡。因此,ACGIH把苯列为潜在致癌物质;卤代烃类化合物会引发神经症候群和血小板的减少、肝脾肿大等不良状况,而且很有可能致癌。所以,必须控制VOC的排放,这不仅是对环境负责,也是对我们的生命健康负责。

2、VOC废气处理技术

当前,VOC废气处理技术主要包括热破坏法、变压吸附分离与净化技术、吸附法和氧化处理方法等。

2.1热破坏法

热破坏法是指直接和辅助燃烧有机气体,或利用合适的催化剂加快VOC的化学分解反应,最终达到降低有机物浓度和危害性的一种处理方法。

热破坏法对于浓度较低的有机废气处理效果比较好,主要分为两种,即直接火焰燃烧和催化燃烧。直接火焰燃烧对有机废气的热处理效率相对较高,一般情况下可达到 99%。而催化燃烧指的是在催化床层的作用下,加快有机废气的化学反应速度。这种方法比直接燃烧用时更少,现阶段使用的催化剂大都是金属、金属盐,这两种催化剂的催化效果比较好,技术也已经相当成熟,但是其价格却比较高,催化剂失效后需做回收处理,使用成本比较高。近年来,为了降低成本,科学家们的研制工作更多集中在非贵金属催化剂方向,也取得了比较大的进展。

此外,还需关注催化剂载体的研发,目前的催化剂载体多以陶瓷为主,良好的载体能使催化反应获得更好的效果。

总之,在未来的催化剂研究当中,应加快研发更加高效的活性催化剂及其载体。

2.2吸附法

吸附法主要适用于低浓度、高通量的有机废气。现阶段,这种的处理方法已经相当成熟,能量消耗比较小,但是处理效率却非常高,而且可以彻底净化有害有机废气。

但是这种方法需要的设备体积比较庞大,而且工艺流程比较复杂,如果废气中有大量杂质,则容易导致工作人员中毒。所以,使用此方法处理废气的关键在于吸附剂。当前采用的吸附剂大多为活性炭,主要是因为活性炭细孔结构比较好,吸附性比较强。此外,经过氧化铁或臭氧处理,活性炭的吸附性能将会更好,有机废气的处理将会更加安全和有效。

2.3生物处理法

从处理的基本原理上讲,采用生物处理方法处理有机废气,是使用微生物的生理过程把有机废气中的有害物质转化为简单的无机物,比如CO2、H2O和其它简单无机物等。一般情况下,一个完整的生物处理有机废气过程包括3个基本步骤:

a) 有机废气中的有机污染物首先与水接触,在水中可以迅速溶解。

b) 在液膜中溶解的有机物,在液态浓度低的情况下,可以逐步扩散到生物膜中,进而被附着在生物膜上的微生物吸收。

c) 被微生物吸收的有机废气,在其自身生理代谢过程中,会被降解并最终转化为对环境没有损害的化合物质。

2.4变压吸附分离与净化技术

变压吸附分离与净化技术是利用气体组分在固体吸附材料上吸附特性的差异,通过周期性的压力变化过程实现气体的分离与净化。

PSA 技术主要应用的是物理法,使用材料主要是沸石分子筛。沸石分子筛在吸附选择性和吸附量两方面有一定优势。在一定温度和压力下,这种沸石分子筛可以吸附有机废气中的有机成分,然后把剩余气体输送到下个环节中。吸附有机废气后,再通过一定工序将其转化,使吸附剂的性能得以再生,让吸附剂再次投入使用,循环反复,直到有机废气得到净化。

近年来,该技术开始在工业生产中应用,对于气体分离有良好效果。因为有能源消耗少、成本较低、工序操作自动化及分离净化后混合物纯度比较高、环境污染小等技术优势,在回收和处理有一定价值的气体时效果良好。

2.5氧化法

对于有毒、有害,而且不需要回收的VOC,热氧化法理技术和方法。氧化法的基本原理是让VOC与O2发生氧化反应,生成CO2和H2O,化学方程式如下:

aCxHyOz + bO2 → cCO2 + dH2O

从化学反应方程式上看,该氧化反应和化学上的燃烧过程相类似,但其由于VOC浓度比较低,在化学反应时不会产生肉眼可见的火焰。一般情况下,氧化法通过两种方法可确保氧化反应的顺利进行:

a) 加热。使含有VOC的有机废气达到反应温度。

b) 使用催化剂。如果温度比较低,则氧化反应可在催化剂表面进行。

所以,有机废气处理的氧化法分为以下两种方法:

①催化氧化法。现阶段,使用的催化剂有两种,即贵金属催化剂和非贵金属催化剂。贵金属催化剂主要包括Pt、Pd等,它们以细颗粒形式依附在催化剂载体上,而催化剂载体通常是金属或陶瓷蜂窝,或散装填料;非贵金属催化剂主要是由过渡元素金属氧化物,比如MnO2,与粘合剂经过一定比例混合,然后制成的催化剂。为有效防止催化剂中毒后丧失催化活性,在处理前必须彻底清除可使催化剂中毒的物质,比如Pb、Zn和Hg等。如果有机废气中的催化剂毒物、遮盖质无法清除,则不可使用这种催化氧化法处理VOC。

②热氧化法。目前,热氧化法分为三种:热力燃烧式、间壁式、蓄热式。三种方法的主要区别在于热量回收方式。这三种方法均能与催化法结合,降低化学反应的反应温度。

技术的发展方向。

a. 热力燃烧式热氧化器,一般情况下是指气体焚烧炉。这种气体焚烧炉由助燃剂、混合区和燃烧室三部分组成。其中,助燃剂,比如天然气、石油等,是辅助燃料,在燃烧过程中,焚烧炉内产生的热混合区可对VOC废气预热,预热后便可为有机废气的处理提供足够空间、时间,最终实现有机废气的无害化处理。

在供氧充足条件下,氧化反应的反应程度——VOC去除率——主要取决于“三T条件”:反应温度(Temperature)、时间(Time)、湍流混合情况(Turbulence)。这“三T条件”是相互联系的,在一定范围内,一个条件的改善可使另外两个条件降低。热力燃烧式热氧化器的缺点在于:辅助燃料价格高,导致装置操作费用比较高。

b. 间壁式热氧化器指的是在热氧化装置中,加入间壁式热交换器,进而把燃烧室排出气体的热量传送给氧化装置进口处温度比较低的气体,预热完成后便可促成氧化反应。现阶段,间壁式热交换器的热回收率可达85%,因此大幅降低了辅助燃料的消耗。一般情况下,间壁式热交换器有三种形式:管式、壳式和板式。由于热氧化温度必须控制在800 ℃~1 000 ℃范围内,因此,间壁式热交换必须由不锈钢或合金材料制成。所以间壁式热交换器的造价相当高,而这也是其缺点所在。此外,材料的热应力也很难消除,这是间壁式热交换的另外一个缺点。

c. 蓄热式热氧化器,简称为RTO,在热氧化装置中计入蓄热式热交换器,在完成VOC预热后便可进行氧化反应。现阶段,蓄热式热氧化器的热回收率已经达到了95%,且其占用空间比较小,辅助燃料的消耗也比较少。由于当前的蓄热材料可使用陶瓷填料,其可处理腐蚀性或含有颗粒物的VOC气体。

现阶段,RTO装置分为旋转式和阀门切换式两种,其中,阀的一种,由2个或多个陶瓷填充床组成,通过切换阀门来达到改变气流方向的目的。

2.6液体吸收法

液体吸收法指的是通过吸收剂与有机废气接触,把有机废气中的有害分子转移到吸收剂中,从而实现分离有机废气的目的。这种处理方法是一种典型的物理化学作用过程。有机废气转移到吸收剂中后,采用解析方法把吸收剂中有害分子去除掉,然后回收,实现吸收剂的重复使用和利用。

从作用原理的角度划分,此方法可分为化学方法和物理方法。物理方法是指利用物质之间相溶的原理,把水看作吸收剂,把有机废气中的有害分子去除掉,但是对于不溶于水的废气,比如苯,则只能通过化学方法清除,也就是通过有机废气与溶剂发生化学反应,然后予以去除。

2.7冷凝回收法

在不同温度下,有机物质的饱和度不同,冷凝回收法便是利用有机物这一特点来发挥作用,通过降低或提高系统压力,把处于蒸汽环境中的有机物质通过冷凝方式提取出来。冷凝提取后,有机废气便可得到比较高的净化。其缺点是操作难度比较大,在常温下也不容易用冷却水来完成,需要给冷凝水降温,所以需要较多费用。这种处理方法主要适用于浓度高且温度比较低的有机废气处理。

3结语

有机废气处理除上述处理方法之外,还包括高温及触媒燃烧法、活性炭吸附法、臭氧分解法和电化学氧化法等。这些方法均适用于有机废气处理,但具体采用何种方法,则取决于废气浓度、设备装置和环境温度等条件。此外,还需要考虑操作人员的操作水平。

1有机废气的成分、来源及危害

挥发性有机废气的成分主要包括脂肪烃、芳香烃、卤代烃、醇、醛、酮、酯、醚、酚、胺、腈、羧酸等,主要来源于石化、制药、印刷、涂装、喷漆、皮革加工、化纤生产、塑料加工等涉及使用大量有机溶剂的行业的生产过程排放。

有机废气成分复杂,易燃、易爆并带有一定毒性,不仅会污染大气环境,生成光化学烟雾,破坏臭氧层⋯,还会通过呼吸和皮肤吸收进入人体,刺激人的呼吸系统,影响人的神经系统和造血系统,损害肝、脾等器官,引起中毒、致癌甚至死亡。

2有机废气处理技术

目前针对有机废气治理已发展出多项处理技术,根据处理原理,大体上可将这些技术分为两类:一类是回收法,即通过单纯改变有机物的温度、压力等物理特性或采用选择性吸附剂等对其进行分离回收;另一类是消除法,即利用化学或生物反应,在一定条件下将有机物氧化分解为无毒或低毒产物。

2.1回收法

回收法主要包括吸附法、吸收法、冷凝法和膜分离法。

2.1.1吸附法

吸附法利用具有多孔结构的吸附剂选择性地吸附有机废气中的污染物,多用于低浓度、高通量有机废气的处理。应用吸附法时,吸附剂的选择是关键。

常用的吸附剂包括活性炭、沸石、氧化铝、硅胶和一些高分子材料,其中活性炭由于具有较好的选择性、发达的孔结构、较大的比表面积、良好的机械强度、理想的生物相容性和化学稳定性等特点而成为目前应用最多的有机废气吸附材料。利用活性炭吸附法可有效吸附废气中的芳香烃、脂肪烃、卤代烃、醇、酮、醚、酯等物质,为提高活性炭的吸附性能,可采用酸、碱等对其进行改性。此外,吸附剂的形状、结构对于吸附性能也会产生一定影响。研究发现,纤维状活性炭对于废气中苯的吸附能力要比一般的活性炭高1倍~10倍,吸附效果更好。

吸附法工艺成熟,去除效率高,设备简单且能耗较低,因此,被广泛用于有机废气的处理。但吸附法运行成本较高,吸附材料吸附容量有限且再生困难,重复使用后吸附效果下降明显,易失活且失活后的吸附剂的处理也存在一定问题。

2.1.2吸收法

吸收法主要指的是液体吸收法,采用低挥发或不挥发性的液体吸收剂对有机废气中的有害物质进行吸收,从而对废气进行处理。根据吸收原理的不同,液体吸收法可分为物理吸收法和化学吸收法。前者利用物质的相似相容原理,通过吸收剂选择性地吸收与其性质相似的有害气体从而达到净化目的;后者则是通过吸收剂与有机废气之间发生化学反应,从而实现净化废气、分离污染物的目的。针对不同成分的有机废气,选择合适的吸收剂十分重要。肖潇等J对比研究了几种有机废气吸收液(二乙基羟胺、聚乙二醇400、硅油、食用油、废机油、0柴油对甲苯废气的吸收效果,发现在相同实验条件下,二乙基羟胺对甲苯的吸收效而聚乙二醇和硅油最差。近年来利用环糊精的水溶液作为有机卤化物的吸收剂也取得了理想效果。

液体吸收法具有投资成本少、运行成本低、操作简单等优势,适用于高浓度有机废气的处理,应用时需对吸收剂进行后期处理,过程复杂且成本较高,同时还易产生二次污染,使得该法的应用受到限制。

2.1.3冷凝法

冷凝法通过降低系统温度或提高系统压力使有机污染物冷凝,继而从废气中直接分离出来,适用于高浓度、高沸点有机废气的处理。由于加压设备较多且比较昂贵,因此,一般采用降温方式进行冷凝。该法操作简单、投资成本少、经济效益高,但单采用冷凝法处理后的废气仍含有较高浓度的污染物,因此,在实际应用中常将其与其他方法,如吸附法、催化燃烧法等进行联用,有利于降低有机负荷、运行条件及成本,分离回收有机废气中的部分成分,实现资源利用。

2.1.4膜分离法

膜分离法利用有机物分子与空气通过高分子膜的溶解扩散速度不同而对有机废气中的污染物进行分离,常用的膜分离工艺包括:蒸汽渗透法、气体膜分离法以及膜基吸收法¨。膜分离法适用于低通量、高浓度有机废气的处理,具有操作简单、高效低耗、无二次污染等优点,同时利用膜分离法还可实现对脂肪烃、芳香烃、氯代烃、酮、醛、酚、腈、醇、胺、酸等有机化合物的回收。尽管膜分离法的废气处理效果较好,但膜的通量较小且在使用过程中易被污染,设备投资和运行成本都较高。

2.2消除法

消除法主要包括:燃烧法、脉冲电晕法、低温等离子技术、光催化氧化法、臭氧催化氧化法、微波催化氧化法和生物处理法等。

2.2.1燃烧法

燃烧法是利用有机废气可以燃烧的性质,通过充分燃烧而将挥发性有机物转化为水和二氧化碳,主要包括直接燃烧法、热力燃烧法和催化燃烧法。

直接燃烧法是将废气当作燃料进行直接燃烧,所需温度较高(一般在1100℃左右),适用于高浓度有机废气的处理j。直接火焰燃烧的应用范围比较广,投资成本低,设备简单,处理效果比较彻底,在保证时间和适当温度条件下,处理效率达到99%以上¨,但高温燃烧容易产生二次污染。

热力燃烧法是利用热力交换器对有机废气进行升温加热,使其在700~800以上的高温条件下进行燃烧,废气处理效率可高达95%~99%。相比直接燃烧法,热力燃烧法降低了部分能源消耗。

催化燃烧法是利用催化剂在较低温(200oC~500℃)加热有机废气,使其发生氧化分解反应,从而实现净化。常用的催化剂包括非贵金属类和贵金属类的催化剂、过渡金属氧化物和复氧化物催化剂。催化燃烧法具有安全性好、能耗少、无二次污染、净化效率高等优点,但该法在应用过程中容易出现催化剂中毒现象,因此,对于使用条件和操作工艺要很高,此外,贵金属类催化剂成本较高,经济效益较差。

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