各類voc處理方案優(yōu)缺點

1、各類VOC治理方案及其優(yōu)缺點一、國內外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢有機廢氣種類繁多，來源廣泛，治理難度大，一次性投資和操作費用高，基本上無回收利用價值。成分復雜的有機廢氣則更加難以凈化、分離和回收。 揮發(fā)性有機化合物(VOCs)作為有機化合物主要分支，是指在常溫下飽和蒸氣壓大于70Pa、常壓下沸點在260以內的有機化合物。從環(huán)境監(jiān)測角度來講， 指以氫焰離子檢測器測出的非甲烷烴類檢出物的總稱，包括烴類、氧烴類、含鹵烴類、氮烴及硫烴類化合物。VOCs種類繁多，分布面廣，根據部分國外主要環(huán)境 優(yōu)先污染物名錄，VOCs占80以上。日本1974l985年環(huán)境普查表明，在檢出的化學毒物中，鹵代烴類最多共52種，一般

2、烴類次之共43種，含氮 有機物（主要是硝基苯和苯胺類化合物）共40種，以上三類占總檢出毒物的70。VOCs污染嚴重，與NOx、CnHm在陽光作用下發(fā)生光化學反應，吸收 地表紅外輻射引起溫室效應；破壞臭氧層形成臭氧空洞，引起人體致癌和動植物中毒。 隨著VOCs污染范圍的不斷擴大和人們對其危害的逐步認識，1979年聯(lián)合國歐洲經濟委員會在日內瓦召開跨國大氣污染會議，重點討論了VOCs控制問 題，1991年11月通過了VOCs跨國大氣污染議定書，要求簽字國以1988年VOCs排放量為基準，到1999年每年削減30；1990年，美 國修訂了清潔空氣法（CAA），要求到2000年將VOCs的排放量減少70

3、。為此，開發(fā)VOCs替代產品，尋找VOCs控制最優(yōu)技術已成為解決 VOCs污染的必由之路。 隨著世界各國對VOC污染的日益重視和環(huán)保法規(guī)不斷嚴格VOC的排放標準，其治理技術亦在逐漸改進和完善。（一）有機廢氣治理技術 早在1925年歐洲就開發(fā)出固定床活性碳吸附裝置，1958年日本也開始使用該項技術。這是一種非常經典、成熟的方法，可用于治理任何濃度的常溫有機廢氣， 但處理低濃度、大風量有機廢氣時，設備龐大，不經濟。對于排氣溫度較高的高濃度有機廢氣的治理，首先由美國于1950年開發(fā)成功以天然氣為燃料的直接燃燒 技術。1965年日本與美國合作，將該項技術引入日本。該法需將有機廢氣加熱到760，方可將有

4、機溶劑氧化分解為無害的CO2和H2O，其缺點是燃料費 高，故在歐美等天然氣便宜的地區(qū)應用廣泛。后來人們開發(fā)出催化燃燒技術，由于催化劑的作用可在300350的低溫下將有機溶劑氧化分解，因此大大降低 了燃料費并且產生的NOx量非常少。其缺點是需對廢氣中易引起催化劑中毒的物質和粉塵進行前處理，另外，在催化燃燒裝置中使用的熱交換器換熱效率較低，約 在50。為了提高熱效率，降低運行成本，美國于1975年開發(fā)出換熱效率在90以上的蓄熱式燃燒裝置。由于其運行費用的降低，因此，可用于治理中等濃 度有機廢氣。隨后歐洲也開展了該項技術的開發(fā)。日本針對美國蓄熱燃燒方式又開發(fā)出催化燃燒裝置的改良型蓄熱催化氧化方法，并

5、于1977年由日鐵化工機 首先售出產品。該產品可較經濟地對高、中濃度的、溫度較高的有機廢氣進行治理。 總體而言，按照處理的方法，有機廢氣處理的方法主要有兩類：一類是回收法，另一類是消除法?；厥辗ㄖ饕刑课?、變壓吸附、冷凝法及膜分離技術，回收法是通過物理方法，用溫度、壓力、選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來分離VOC的。消除法有熱氧化、催化燃燒、生物氧化及集成技術；消除法主要是通過化學或生 化反應，用熱、催化劑和微生物將有機物轉變成為CO2和水。1、回收技術（1）炭吸附法 炭吸附是目前最廣泛使用的回收技術，其原理是利用吸附劑（粒狀活性炭和活性炭纖維）的多孔結構，將廢氣中的VOC捕獲。將含VOC

6、的有機廢氣通過活性炭床，其中的VOC被吸附劑吸附，廢氣得到凈化，而排入大氣。 當炭吸附達到飽和后，對飽和的炭床進行脫附再生；通入水蒸汽加熱炭層，VOC被吹脫放出，并與水蒸汽形成蒸汽混合物，一起離開炭吸附床，用冷凝器冷卻蒸汽混 合物，使蒸汽冷凝為液體。若VOC為水溶性的，則用精餾將液體混合物提純；若為水不溶性，則用沉析器直接回收VOC。因涂料中所用的“三苯”與水互不相 溶，故可以直接回收。 炭 吸附技術主要用于廢氣中組分比較簡單、有機物回收利用價值較高的情況，其廢氣處理設備的尺寸和費用正比于氣體中VOC的數(shù)量，卻相對獨立于廢氣流量；因 此，炭吸附床更傾向于稀的大氣量物流，一般用于VOC濃度小于5

7、000PPM的情況。適于噴漆、印刷和粘合劑等溫度不高，濕度不大，排氣量較大的場合，尤 其對含鹵化物的凈化回收更為有效。（2）冷凝法 冷 凝法是最簡單的回收技術，將廢氣冷卻使其溫度低于有機物的露點溫度，使有機物冷凝變成液滴，從廢氣中分離出來，直接回收。但這種情況下，離開冷凝器的排放 氣中仍含有相當高濃度的VOC，不能滿足環(huán)境排放標準。要獲得高的回收率，系統(tǒng)需要很高的壓力和很低的溫度，設備費用顯著地增加。 冷凝法主要用于高沸點和高濃度的VOC回收，適用的濃度范圍為5(體積)。（3）膜分離技術 膜分離系統(tǒng)是一種高效的新型分離技術，其流程簡單、回收率高、能耗低、無二次污染。 膜分離技術的基礎就是使用對

8、有機物具有選擇滲透性的聚合物膜，該膜對有機蒸氣較空氣更易于滲透10100倍，從而實現(xiàn)有機物的分離。 最簡單的膜分離為單級膜分離系統(tǒng)，直接使壓縮氣體通過膜表面，實現(xiàn)VOC的分離，但單級膜因分離程度很低，難以達到分離要求，而多級膜分離系統(tǒng)則會大大增加設備投資。 MTR開發(fā)了一種新型的集成膜系統(tǒng)，僅使用單級膜，就可以大大提高回收率，并降低系統(tǒng)的費用。 該技術結合壓縮冷凝和膜分離兩種技術的特點，來集成實現(xiàn)分離。用壓縮機先將進料氣提高到一定壓力，然后將進料氣送到冷卻器冷凝，使部分VOC冷凝下來，冷凝 液直接放入儲罐。離開冷凝器的非凝氣體仍含相當數(shù)量的有機物，并具有很高的壓力，可以作為膜滲透的驅動力，使膜

9、分離不再需要附加的動力。將非凝氣送到膜系 統(tǒng)，有機選擇滲透膜將氣體分成兩股物流，脫除了VOC的未滲透側的凈化氣被排放；滲透物流為富集了有機物的蒸汽，該滲透物流循環(huán)到壓縮機的進口。系統(tǒng)通常 可以從進料氣中移出VOC達99以上，并使排放氣中的VOC達到環(huán)保排放標準。該系統(tǒng)的特點是末滲透物流的濃度獨立于進料氣的濃度，該濃度由冷凝器的壓力和溫度決定。（4）變壓吸附技術 該 技術利用吸附劑在一定壓力下，先吸附有機物。當吸附劑吸附飽和后，進行吸附劑的再生。再生不是利用蒸汽，而是通過壓力變換來將有機物脫附。當壓力降低時， 有機物從吸附劑表面脫附放出。其特點是無污染物，回收效率高，可以回收反應性有機物。但是該

10、技術操作費用較高，吸附需要加壓，脫附需要減壓，環(huán)保中應用較少。回收技術的適用范圍：粒狀活性炭主要用于脂肪和芳香族碳氫化合物、大部分含氯溶劑、常用醇類、部分酮類和酯類等的回收。常見的有：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，活性炭纖維吸附則可回收苯乙烯和丙烯晴等反應性單體，但費用較粒狀活性炭吸附要高的多。吸附法已廣泛用在噴漆行業(yè)的“三苯”、 醋酸乙酯、制鞋行業(yè)的“三苯”，印刷行業(yè)的甲苯、醋酸乙酯、電子行業(yè)的二氯甲烷和三氯乙烷的回收。炭吸附法要求廢氣中的VOC不能超過5000PPM，并 且濕度不能50；當濃度5000PPM時，則需在吸附前稀釋，對部分酮、醛、酯等含活

11、性的物質不適用，該類VOC會與活性炭或在活性炭表面發(fā)生反 應，堵塞炭孔，使活性炭失活。 冷凝法對高沸點的有機物效果較好，對中等和高揮發(fā)的有機物回收效果不好，該法適合VOC濃度5的情況，回收率不高。而大部分廢氣中均存在水分，溫度低于0時會結冰，降低系統(tǒng)的可靠性，故很少單獨使用。 膜分離方法適合于處理較濃的物流，即0.1VOC濃度10，膜系統(tǒng)的費用與進口流速成正比，與濃度則關系不大。它適于高濃度、高價值的有機物回收，其設備費用較高。 工業(yè)上已經從聚烯烴裝置的沖洗氣中回收烯烴單體和氦氣。在環(huán)保領域，從加油站回收碳氫化合物；從制冷設備、氣霧劑及泡沫塑料的生產和使用過程中回收CFC， 從PVC加工中回收

12、氯乙烯單體。此技術非常有前途，隨著新高效膜的出現(xiàn)和系統(tǒng)造價的降低，它會成為一種重要的回收手段。2、消除技術（1）熱氧化 熱氧化系統(tǒng)就是火焰氧化器，通過燃燒來消除有機物的，其操作溫度高達7001,000。這樣不可避免地具有高的燃料費用，為降低燃料費用，需要回收離開氧化器的排放氣中的熱量。回收熱量有兩種方式，傳統(tǒng)的間壁式換熱和新的非穩(wěn)態(tài)蓄熱換熱技術。 間壁式熱氧化是用列管或板式間壁換熱器來捕獲凈化排放氣的熱量，它可以回收4070的熱能，并用回收的熱量來預熱進入氧化系統(tǒng)的有機廢氣。預熱后的廢氣再通過火焰來達到氧化溫度，進行凈化，間壁換熱的缺點是熱回收效率不高。蓄熱式熱氧化（簡稱RTO）回收熱量采用一

13、種新的非穩(wěn)態(tài)熱傳遞方式。主要原理是：有機廢氣和凈化后的排放氣交替循環(huán)，通過多次不斷地改變流向，來最大限度地捕獲熱量，蓄熱系統(tǒng)提供了極高的熱能回收。 在 某個循環(huán)周期內，含VOC的有機廢氣進入RTO系統(tǒng)，首先進入耐火蓄熱床層1（該床層已被前一個循環(huán)的凈化氣加熱），廢氣從床層1吸收熱能使溫度升高，然 后進入氧化室；VOC在氧化室內被氧化成CO2和H2O，廢氣得到凈化；氧化后的高溫凈化氣離開燃燒室，進入另一個冷的蓄熱床層2，該床從凈化排放氣中吸 收熱量，并儲存起來(用來預熱下一個循環(huán)的進入系統(tǒng)的有機廢氣)，并使凈化排放氣的溫度降低。此過程進行到一定時間，氣體流動方向被逆轉、有機廢氣從床層 2進入系統(tǒng)

14、。此循環(huán)不斷地吸收和放出熱量，作為熱阱的蓄熱床也不斷地以進口和出口的操作方式改變，產生了高效熱能回收，熱回收率可高達95，VOC的消 除率可達99。（2）催化燃燒 催化燃燒是一種類似熱氧化的方式來處理VOC的，它凈化有機物是用鉑、鈀等貴金屬催化劑及過渡金屬氧化物催化劑來代替火焰，操作溫度較熱氧化低一半，通常為 250500。由于溫度降低，允許使用標準材料來代替昂貴的特殊材料，大大地降低設備費用和操作費用。與熱氧化相似，系統(tǒng)仍可分為間壁式和蓄熱式兩 類熱量回收方式。 間壁式催化燃燒是在催化床后設一個換熱器，該換熱器在降低排放氣溫度的同時，也預熱含VOC的有機廢氣，其熱回收達6075。該類氧化器早

15、已用于工業(yè)過程。 蓄熱催化燃燒（簡稱為RCO）是一種新的催化技術。它具有RTO高效回收能量的特點和催化反應的低溫操作及能量有效性的優(yōu)點，將催化劑置于蓄熱材料的頂部，來使凈化達到最優(yōu)，其熱回收率高達9598。 RCO系統(tǒng)性能的關鍵是使用專用的催化劑，浸漬在鞍狀或是蜂窩狀陶瓷上的貴金屬或過渡金屬催化劑，允許氧化發(fā)生在RTO系統(tǒng)溫度的一半，既降低了燃料消耗，又降低了設備造價。 現(xiàn)在，有的國家已經開始使用RCO技術進行有機廢氣的消除處理，很多RTO設備已開始轉變成RCO，這樣可以削減操作費用達3375，并增加排放氣流量達2040。（3）集成技術（炭吸附催化氧化） 對 于大流量、低濃度的有機廢氣，單一使

16、用上述方法處理費用太高，不經濟。利用炭吸附具有處理低濃度和大氣量的優(yōu)勢，先用活性炭捕獲廢氣中的有機物，然后用小 得多流量的熱空氣來脫附，這樣可使VOC富集1015倍，大大地減少了處理廢氣的體積，使后處理設備的規(guī)模也大幅度地降低。把濃縮后的氣體送到催化燃燒 裝置中，利用催化燃燒適于處理較高濃度的特點來消除VOC。催化燃燒放出的熱量可以通過間壁換熱器，來預熱進入炭吸附床的脫附氣，降低系統(tǒng)的能量需要量。 該技術利用炭吸附處理低濃度和大氣量的持點，又利用催化床處理適中流量、高濃度的優(yōu)勢，形成一種非常有效的集成技術。國內也已開始利用此技術，用于噴漆、印刷和制鞋等排放大流量、低濃度有機廢氣行業(yè)的治理。消除

17、技術的使用范圍：（1）熱氧化熱氧化系統(tǒng)在7001000下操作，適于流量為200050,000m3/h，VOC濃度為1002000PPM的情況。 間壁式較蓄熱式的優(yōu)點是，用簡單的金屬換熱器來捕獲熱量，僅在幾分鐘即達到所需的操作條件，最適于循環(huán)操作。 蓄熱熱氧化具有非常高的氧化溫度，可以處理難以熱分解的有機物，該系統(tǒng)9899的VOC消除率是很常見的。熱回收效率為8595。僅需少量或不需燃料即可運行，特別是對具有相對低VOC含量的氣體，它們比間壁熱氧化費用更低。 熱氧化的缺點是：在高溫燃燒中產生了NOx，它也為危險排放物，需要進一步治理；較慢的熱反應；不能滿意地處理鹵化物，必需加后處理裝置洗滌塔，來

18、處理酸性氣體；進氣濃度不能25LEL；高的設備投資費用。（2）催化氧化 催化氧化是在比熱氧化低的溫度下進行，通常為250500，其處理能力為200020,000m3/h，適于VOC濃度為1002000 PPM，其消除效率高達95以上。低的操作溫度結合間壁換熱器，可以降低啟動所需的燃料。 催 化燃燒較熱氧化有幾個優(yōu)點：反應溫度較熱氧化低一半，節(jié)省了燃料；停留時間短，降低了設備尺寸；由于燃料減少，生成的CO也少，CO和VOC一起被 轉換；較熱氧化系統(tǒng)需更少的啟動和冷卻時間；低的操作溫度，排除了NOx的生成；因溫度降低，允許使用標準材料來代替昂貴的特殊材料，RCO系統(tǒng)的 整個機械壽命將增加。 催化氧

19、化也有不足：催化劑易被重金屬或顆粒覆蓋而失活；處理鹵化物和硫化物時，會產生酸性氣體，需用洗滌塔進一步處理；廢催化劑如不能循環(huán)使用，也要處理；進氣濃度不能25。（3）集成技術（炭吸附催化燃燒） 炭吸附進行VOC回收已廣泛用于噴漆、印刷和電子工業(yè)等行業(yè)，消除率可達9095，但對低濃度廢氣，從經濟上考慮，回收不經濟，故采用消除技術。 集成技術的優(yōu)點就是用較低的費用來處理低濃度、大氣量的廢氣，通過濃縮廢氣，降低了需處理廢氣的體積，用較小體積的催化燃燒氧化器來處理大流量的廢氣，降低設備費用和操作費用。 該法也有不足，此技術均不適合廢氣中含有高活性、易反應的VOC和相對濕度大于50的情況，對含鹵化合物的廢

20、氣仍需使用后處理設備。 由此可見，上述各種方法各有其優(yōu)缺點和適用對象，現(xiàn)對其中幾種常用方法的優(yōu)缺點匯總比較如下。熱力燃燒法TO 1. 凈化效率高2. 可凈化各種有機廢氣，不需要預處理，不穩(wěn)定因素少，可靠性高3. 在廢氣濃度高、設計合理的條件下，可回用熱能1. 處理溫度高，能耗大2. 存在二次污染3. 燃燒裝置、燃燒室、熱回收裝置造價高，維修較難4. 處理大流量、低濃度廢氣能耗過大，運行費用高RTO1. 具有TO的各項優(yōu)點，但對復雜的有機廢氣需要預處理2. 能耗遠低于TO，可處理大流量低濃度廢氣 1. 處理溫度比TO低，但仍較高，因而仍有少量二次污染2. 造價較高3. 占地面積大催化燃燒法 CO

21、1. 凈化效率高，無二次污染2. 能耗較低，在相同條件下約比TO低50%，因而運行費用低 1. 用電能預熱時，不能處理低濃度廢氣2. 催化劑成本高，且有使用壽命限制3. 復雜廢氣需預處理RCO 1. 凈化效率高，無二次污染2. 在各種燃燒法中能耗最低，廢氣濃度在1-1.5g/m3時即能無耗運行3. 能處理各種有機廢氣 1. 整體式占地面積小，但維修困難2. 分體式占地面積大3. 整體式不宜用于高濃度（4g/m3），否則催化床會超溫4. 復雜廢氣需預處理吸附法1. 可凈化大流量低濃度廢氣2. 對單一品種廢氣可回收溶劑3. 運行費用較低1. 吸附劑需補充和再生2. 對溫度較高廢氣需先行冷卻3. 復

22、雜廢氣需預處理4. 管理不便5. 存在二次污染6. 安全性差吸收法 1. 對親水性溶劑蒸汽用水作吸附劑時，設備費用低，運行費低，安全2. 可用油、酯等吸收苯類廢氣，凈化率高3. 適用于大流量低濃度廢氣 1. 用水作吸附劑時，需要對產生的廢水進行處理2. 吸收、脫吸控制管理復雜（二）低濃度、大風量有機廢氣的治理技術在使用有機溶劑的行業(yè)中，象汽車涂裝、印刷等工業(yè)排放的有機廢氣，其特點是有機溶劑濃度低、風量大，若采用上述方法都將使用龐大的設備，耗用大量經費。目前世界上對這類低濃度、大風量的有機廢氣，主要采用下面幾種方法進行治理。（1）蜂窩輪式濃縮系統(tǒng)這種系統(tǒng)于19771979年由日本開發(fā)成功，瑞典的

23、Munter、Zeol公司也于19851986年開發(fā)成功并銷售。1990年左右隨著對有機溶劑 排放實行更嚴格的總量控制后，歐美地區(qū)也從日本引進該技術，其市場急劇擴大。該系統(tǒng)采用蜂窩輪，連續(xù)不斷地將低濃度、大風量的排氣中的有機溶劑吸附、分 離。然后，再用小風量的熱風脫附得到高濃度、小風量的含有機溶劑氣體。濃縮后的氣體再與小型的催化燃燒或活性炭回收裝置組合，構成經濟的處理系統(tǒng)。該系統(tǒng) 的關鍵部件是一圓筒形吸附輪，其是由活性炭或疏水性沸石加工成波紋狀，再卷制形成蜂窩構造。整個蜂窩輪分為吸附區(qū)和再生區(qū)，工作中以非常低的速度連續(xù)轉 動，含有機溶劑的廢氣通過吸附區(qū)時有機溶劑被吸附，凈化氣體排出。輪子吸附的

24、有機溶劑，隨著輪的轉動被送到再生區(qū)，由120140的熱風加熱脫附，隨 熱風排出。由于脫附風量遠小于吸附風量，因此脫附后氣體中的有機溶劑濃度可以增加1020倍。脫附后的排氣只要用吸附風量十幾分之一的裝置就可以進行處 理了。該系統(tǒng)體積小，費用低，在國外已成為治理低濃度、大風量有機廢氣的首選方法，并得到廣泛應用。但其引進價格昂貴，在我國推廣經濟上難以承受。國內有 的研究單位取其凈化工藝的優(yōu)點，將主要設備進行改造使之適用我國。如研究采取了以數(shù)個填充了蜂窩狀活性炭的固定吸附濃縮裝置，取代蜂窩輪濃縮裝置的辦法， 通過數(shù)個固定床之間的吸附，脫附過程切換，完成蜂窩輪轉動所起的作用。因這種方法沒有轉動部件，不存

25、在動密封問題，所以設備制造簡單，維修方便，價格便宜 并發(fā)揮了原工藝中濃縮作用的優(yōu)點。在郵電部郵票印制局引進法國六色印刷機廢氣治理中，采用該工藝設備完成了處理風量2100030000 m3h規(guī)模的微機全自動控制工業(yè)試驗，通過2年的運行考驗，取得滿意結果。為我國治理低濃度、大風量有機廢氣提供了一種適用的方法。（2）液體吸收法該法是通過有機廢氣與液體吸收劑接觸，使其中的有機溶劑被吸收劑所吸收，再經解吸，將有機溶劑除去或回收，井使吸收劑獲得再生重復利用。由于工藝中可選用比吸附，催化燃燒裝置處理氣體能力大數(shù)倍的塔式吸收設備，因而設備的體積可做得小很多，設備費也低。但很難找到理想吸收劑，原因是有機溶劑一般

26、都屬非極性物質，它們與極性的水分子之間將產生互相排斥作用而難以溶解，而對有機溶劑溶解度較大的油類或芳烴萃取劑，一般價格較高，有些還有異味。國內曾有人研究在水中添加表面活性劑等活性組分的辦法，來提高對有機溶劑的溶解度。研究表明，以這種吸收劑來處理含苯噴漆尾氣是可行的，但這一實驗室研究結果未得到推廣應 用，這可能與吸收容量很有限的吸收劑的再生問題尚未解決有關。國內前些年使用以柴油等油類及芳烴萃取劑為吸收液的有機廢氣吸收裝置，曾在工業(yè)上有些應用實 例，但都因吸收劑本身損耗大造成運行成本高或飽和后的吸收劑無法處理而下馬。液體吸收法在國外使用也很少，報導亦不多。曾見有關日本印刷廠使用液體吸收法 的報導，使用的吸收劑是含有催化劑的液體，使用結果運轉費用較低，但有待進一步提高效率。由于液體吸收尚存在諸多問題有待解決，使其應用受到限制。（3）生物處理法生 物脫臭從20世紀4050年代開始就在德國和美國開發(fā)成功。在日本也在1970年左右開始進行土壤脫臭法和活性污泥脫臭法的研究，并已開發(fā)出各種裝置， 得到實際應用。該方法是由微生物將有機溶劑分解。因耗能非常低，運轉費也很便宜而受到人們重視，特別是在歐洲，以德國為中心進行技術開發(fā)，應用實例逐漸增 多。其缺點是對各種有機溶劑具有選擇