VOC污染控制課件

揮發(fā)性有機(jī)物污染控制技術(shù)

1.VOCs（volatileorganiccompounds）污染預(yù)防2.VOCs污染控制技術(shù)一、定義：（1）世界衛(wèi)生組織：熔點(diǎn)低于室溫而沸點(diǎn)在50-260℃之間的揮發(fā)性有機(jī)化合物的總稱。（2）美國國家環(huán)保局：除CO、CO2、碳酸、金屬碳化物或碳酸鹽之外的，任何能參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的含碳化合物。（3）歐盟：除甲烷外的，能和氮氧化物在陽光照射作用下發(fā)生反應(yīng)的任何人為源和自然源排放的有機(jī)化合物。第一節(jié)概述（4）我國不同領(lǐng)域：煉制與石油化學(xué)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)：在20℃條件下蒸汽壓大于或等于0.01kPa，或者特定使用條件下具有相應(yīng)揮發(fā)性的全部有機(jī)化合物的統(tǒng)稱。（5）本教材（物理層面的定義）：包括那些不活潑的，不參與大氣光化學(xué)氧化反應(yīng)的，可揮發(fā)的有機(jī)化合物。二、政策要求：

國家十二五環(huán)保規(guī)劃中：切實(shí)解決突出環(huán)境問題加強(qiáng)揮發(fā)性有機(jī)污染物和有毒廢氣控制。加強(qiáng)石化行業(yè)生產(chǎn)、輸送和存儲過程揮發(fā)性有機(jī)污染物排放控制。鼓勵(lì)使用水性、低毒或低揮發(fā)性的有機(jī)溶劑，推進(jìn)精細(xì)化工行業(yè)有機(jī)廢氣污染治理，加強(qiáng)有機(jī)廢氣回收利用。實(shí)施加油站、油庫和油罐車的油氣回收綜合治理工程。開展揮發(fā)性有機(jī)污染物和有毒廢氣監(jiān)測，完善重點(diǎn)行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。嚴(yán)格污染源監(jiān)管，減少含汞、鉛和二惡英等有毒有害廢氣排放。三、排放源：天然源和人為源表10-12005年中國、美國、歐盟27國VOCs排放量（t/a）部門中國美國歐盟排放量所占比例排放量所占比例排放量所占比例固定燃燒源550028.3154510.7128513.7化學(xué)及相關(guān)工業(yè)11505.92171.51811.9石油及相關(guān)產(chǎn)業(yè)11005.7177312.36637.1其他工業(yè)過程13246.84293.06987.4溶劑使用341917.6384626.6359938.3涂料18839.7157610.9145915.5固廢處理處置12516.43462.41551.7交通移動(dòng)源560028.9628943.5189020.1道路機(jī)動(dòng)車469424.2167717.9其他610.3009179.8總計(jì)19405100144451009388100四、蒸汽壓及蒸發(fā)判斷有機(jī)物是否屬于揮發(fā)性有機(jī)物，主要依據(jù)該有機(jī)物的蒸汽壓液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)蒸汽壓的大小與溫度有關(guān)：T越高蒸汽壓越大。表10-2幾種液體的平衡蒸氣壓數(shù)據(jù)（單位：mmHg）溫度/℃p水p乙醇p苯p甲苯04.5812.26.9109.2123.644.7513.02017.5443.974.822.33031.8278.8118.436.74055.32135.3181.559.15092.51222.2268.792.660149.4352.7388.0139.570233.7542.5542.0202.480355.1812.6748.0289.790525.81187.01013.0404.61007601690.01335.0557.2混合物中VOCs的估算（拉烏爾定律）：Yi=xi×pi/p式中:

yi—?dú)庀嘀衖組分的摩爾分?jǐn)?shù)（對理想氣體，摩爾分?jǐn)?shù)=體積分?jǐn)?shù)）；

xi—液體中組分的摩爾分?jǐn)?shù)；

pi—純組分i的蒸汽壓；

p—總壓五、揮發(fā)與溶解一、揮發(fā)大部分有機(jī)物易汽化，引起污染部分有機(jī)物（乙烷、丙烷、丁烷等）室溫時(shí)的蒸汽壓大于大氣壓，會劇烈沸騰，必須加壓密閉保存。不同蒸氣壓VOCs在標(biāo)準(zhǔn)氣壓下的行為如下表：表10-3蒸汽壓和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下VOCs的行為蒸汽壓p與大氣相通的容器內(nèi)密閉且無通風(fēng)口的容器內(nèi)密閉而有通風(fēng)口的容器內(nèi)p＞p0劇烈沸騰，并冷卻直到p=p0容器內(nèi)部壓力=p0劇烈沸騰，通過通風(fēng)口排出氣體p=p0沸騰，沸騰速率依賴于輸入容器的熱量容器內(nèi)部壓力=p0沸騰，沸騰速率依賴于輸入容器的熱量，通過通風(fēng)口排出氣體p＜p0液體緩慢汽化容器內(nèi)部壓力＜p0容器頂空大部分被蒸汽飽和二、溶解VOCs在水中的溶解度也與其排放和控制有密切關(guān)系。大部分VOCs微溶于水，可以通過簡單的相分離和潷析法去除部分VOCs由于去除VOCs的水中仍然含有少量溶解性碳?xì)浠衔?，必須?jīng)進(jìn)一步處理方可排入市政管網(wǎng)或受納水體。極性VOCs比非極性的更易溶于水，易通過洗滌而被去除，但溶于水的VOCs更難去除。相對分子質(zhì)量相同時(shí)，極性有機(jī)物的溶解度是非極性有機(jī)物的100多倍。屬同族的有機(jī)物、溶解度隨相對分子質(zhì)量的增加而減少。表10-4部分VOCs在水中的溶解度族化合物相對分子質(zhì)量溶解度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/%直鏈烴正戊烷異乙烷72860.000380.00095環(huán)烴環(huán)己烷芳烴苯甲苯乙苯78921060.180.0520.020醇甲醇、乙醇正丙醇、異丙醇乙二醇丁醇環(huán)己醇32、4660、606274100互溶互溶互溶7.34.3酮丙酮丁酮甲基異丁基酮5872100互溶261.7醚二乙醚二異丁醚741026.91.2酸甲酸乙酸正丁酸748811624.57.70.7第二節(jié)VOCs污染預(yù)防VOCs控制技術(shù)可分為兩類：以替代產(chǎn)品、改進(jìn)工藝、更換設(shè)備和防止泄漏為主的預(yù)防性措施替換原材料（減少總量）改變運(yùn)行條件（減少形成和揮發(fā)）更換設(shè)備（減少泄露）以末端治理為主的控制性措施（第二節(jié)內(nèi)容）VOCs控制技術(shù)分類VOCs控制計(jì)劃溶劑生產(chǎn)部門溶劑使用部門政府管理部門生產(chǎn)VOCs替代品加強(qiáng)生產(chǎn)過程管理使用低或無VOCs產(chǎn)品改進(jìn)工藝設(shè)備性能改進(jìn)包裝防止泄漏加強(qiáng)使用過程管理采用VOCs處理工藝制定管理辦法、排放標(biāo)準(zhǔn)制定淘汰種類、數(shù)量計(jì)劃制定替代計(jì)劃改進(jìn)工藝設(shè)備開發(fā)新型控制技術(shù)監(jiān)控VOCs生產(chǎn)、使用部門

VOCs控制計(jì)劃為了采取有效預(yù)防性措施，必須編制控制計(jì)劃一、高性能環(huán)保產(chǎn)品的替代涂料施工、噴漆、電纜、印刷、粘接、金屬清洗等行業(yè)用稀釋劑或清洗劑使用過程中揮發(fā)進(jìn)入大氣高固體分產(chǎn)品、水基型產(chǎn)品和固態(tài)型產(chǎn)品因不釋放或少釋放VOCs而被定義為環(huán)保型產(chǎn)品。表10-5相關(guān)行業(yè)環(huán)保型產(chǎn)品的可替代性行業(yè)環(huán)保型產(chǎn)品產(chǎn)品結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀涂料高固體涂料水性涂料粉體涂料UV固化涂料溶劑型涂料比例約為65%，以低固體分為主；水性涂料比例約22%，粉末涂料比例約13%印刷水溶性油墨UV固化油墨醇溶性油墨水溶性油墨和UV固化油墨比例很少，基本均為溶劑型油墨粘接水基型粘接劑熱熔型粘接劑反應(yīng)型粘接劑溶劑型粘接劑比例約為7%，甲醛含量高的水基型“三醛膠”比例仍為40%金屬清洗堿液、乳液不使用有機(jī)溶劑替代只能減少不能完全消除VOCs的排放表10-5中國、歐盟和美國關(guān)于主要涂料產(chǎn)品VOCs含量限值要求的比較（單位（g/l））中國歐盟美國內(nèi)墻涂料：水溶性20075/150(亞光/亮光,2007-2010)30/100(亞光/亮光,2010后)100(2003-2008)50(2008后)內(nèi)墻涂料：溶劑型NA400/30(亞光/亮光,2007-2010)400/100(亞光/亮光,2010后)100(2003-2008)50(2008后)外墻涂料：水溶性NA75(2007-2010)40(2010后)100(2003-2008)50(2008后)外墻涂料：溶劑型NA450(2007-2010)430(2010后)100(2003-2008)50(2008后)木器涂料：水溶性NA150(2007-2010)130(2010后)275木器涂料：溶劑型750500(2007-2010)400(2010后)275裝飾涂料：水溶性NA300(2007-2010)200(2010后)420(2003-2004)250(2004后)裝飾涂料：溶劑型NA500(2007-2010)200(2010后)420(2003-2004)250(2004后)注：NA代表缺乏此類數(shù)據(jù)二、工藝改革如涂裝工藝之噴涂工藝有三種形式：（1）氣霧式：利用空氣與涂料混合物化噴出，涂布效率較低僅30-40%，但因操作方便而被廣泛應(yīng)用于中小型企業(yè)。（2）無氣式：利用機(jī)械加壓將涂料壓噴而出，涂布效率略高于氣霧式，約60-70%；（3）靜電式：以噴涂方式進(jìn)行電著涂裝，分氣霧靜電技術(shù)和氣壓靜電技術(shù)兩種，涂布效率分別為65-75%和70-80%。節(jié)省涂料使用量，降低生產(chǎn)成本和空氣污染非揮發(fā)性溶劑工藝取代揮發(fā)性溶劑工藝，如流化床粉劑涂料和紫外平版印刷術(shù)石油及石化生產(chǎn)過程：回收利用放空氣體三、蒸發(fā)散逸控制充入、呼吸和排空損耗充入、呼吸和排空導(dǎo)致的VOCs排放－組分i的排放量－排出空氣中VOCs的濃度－組分i的摩爾質(zhì)量－排出空氣中VOCs的摩爾分率－混合氣體的摩爾體積汽油的轉(zhuǎn)移與呼吸損耗呼吸損耗－溫度變化使容器產(chǎn)生“吸進(jìn)和呼出”而導(dǎo)致的有機(jī)物損耗白天呼出，夜晚吸進(jìn)可通過在容器出口附加的蒸氣保護(hù)閥來控制對于10000m3原油儲罐，在溫差10℃，罐體利用率95%的情況下，靜止貯存呼吸損失量約為5.0t/a。相應(yīng)控制技術(shù)和措施（1）固定頂罐：對呼吸損耗，可通過在容器出口安裝真空壓力閥控制，即將容器制作為壓力容器，即固定頂罐。壓力變化差異較小時(shí)，閥門關(guān)閉；當(dāng)充入、倒空、外界溫度氣壓引起容器內(nèi)較大壓力變化時(shí)，才會發(fā)生明顯的蒸汽流損現(xiàn)象。（2）浮頂罐技術(shù)浮頂罐比固定頂罐減少油品損失80%左右（3）蒸汽回收系統(tǒng)回收積累在原油、汽油儲罐中的有機(jī)蒸汽低壓條件下從貯罐中抽出，輸入到分離器，凝析液反向循環(huán)回到貯罐，蒸汽銷售或作燃料使用?？苫厥?5%的有機(jī)蒸汽。（4）加油站油氣回收轉(zhuǎn)移損耗控制方法－階段2控制回收率95%第三節(jié)

VOCs控制技術(shù)燃燒法吸收（洗滌）法冷凝法吸附法生物法一、燃燒法（Combustion）適用于可燃或高溫分解的物質(zhì)不能回收有用物質(zhì)，但可回收熱量1、VOCs燃燒原理燃燒反應(yīng)，如燃燒與爆炸燃燒極限濃度范圍＝爆炸極限濃度范圍多種可燃?xì)怏w與空氣混合，爆炸極限范圍2、燃燒工藝直接燃燒適用于可燃有害組分濃度較高或熱值較高的廢氣設(shè)備：燃燒爐、窯、鍋爐溫度1100oC左右火炬燃燒：產(chǎn)生大量有害氣體、煙塵和熱輻射，應(yīng)盡量避免熱力燃燒（ThermalCombustion)適于低濃度廢氣的凈化溫度低，540～820oC三個(gè)步驟：輔助燃料燃燒—提供熱量；廢氣與高溫燃?xì)饣旌稀_(dá)到反應(yīng)溫度；在反應(yīng)溫度下，保持廢氣有足夠的停留時(shí)間，使廢氣中可燃的有害組分氧化分解—達(dá)到凈化排氣的目的。熱力燃燒的必要條件：反應(yīng)溫度、停留時(shí)間湍流混合。熱力燃燒催化燃燒（CatalyticCombustion）廣泛應(yīng)用于金屬印刷、絕緣材料、漆包線、煉焦、油漆、化工等行業(yè)具有熱回收裝置的催化燃燒器催化燃燒裝置催化燃燒優(yōu)點(diǎn)：無火焰燃燒，安全性好溫度低：300～450oC，輔助燃料消耗少對可燃組分濃度和熱值限制少局限：不允許廢氣中含有塵粒和霧滴二、吸收（洗滌）法（Absorption）1、吸收工藝適用于VOCs濃度較高、溫度較低和壓力較高的場合吸收劑的要求對被去除的VOCs有較大的溶解性蒸氣壓低易解吸化學(xué)穩(wěn)定性和無毒無害性分子量低2、吸收設(shè)備主要設(shè)計(jì)指標(biāo)液氣比塔徑塔高三、冷凝法（Condensation）適于廢氣體積分?jǐn)?shù)10-2以上的有機(jī)蒸氣常作為其它方法的前處理1、冷凝原理在一定壓力下，某氣體物質(zhì)開始冷凝出現(xiàn)第一個(gè)液滴時(shí)的溫度，成為露點(diǎn)；在衡壓下加熱液體，液體開始出現(xiàn)第一個(gè)氣泡時(shí)的溫度，稱為泡點(diǎn)。冷凝溫度處于露點(diǎn)和泡點(diǎn)溫度之間。越接近泡點(diǎn)，凈化程度越高。2、冷凝類型和設(shè)備接觸冷凝被冷凝氣體與冷卻介質(zhì)直接接觸噴射塔、噴淋塔、填料塔、篩板塔四、吸附法（Adsorption）1、吸附工藝活性炭吸附VOCs的性能最佳亦有部分VOCs不易解吸，不宜用活性炭吸附吸附容量利用波拉尼曲線估算（自學(xué)）多組分吸附過程各組分均等吸附于活性炭上揮發(fā)性強(qiáng)的物質(zhì)被弱的物質(zhì)取代2、活性炭的吸附熱物理吸附吸附熱＝凝縮熱+潤濕熱估算式五、沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮技術(shù)沸石：含水堿金屬或金土金屬的鋁硅酸礦物總稱。吸附性強(qiáng)，有效去除烴類、脂肪酸類、硫醇類、酚類、有機(jī)氯化物、丙酮、醇類、醛類等有機(jī)廢氣。轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速一般為2-5轉(zhuǎn)/小時(shí)；脫附溫度170-250℃，不適合對高沸點(diǎn)有機(jī)物的處理。有機(jī)廢氣濃縮比例可達(dá)6-20倍。沸石濃縮轉(zhuǎn)輪示意圖與活性炭吸附相比，沸石轉(zhuǎn)輪技術(shù)為動(dòng)態(tài)吸附或解析，不存在吸附劑飽和問題。適合處理高流量、低污染物濃度及多物種的VOCs廢氣。目前應(yīng)用領(lǐng)域：影印、涂裝制程、半導(dǎo)體工廠等。上節(jié)課小結(jié)一、揮發(fā)性有機(jī)物的定義二、預(yù)防性措施：替代產(chǎn)品、改進(jìn)工藝、更換設(shè)備、防止泄漏三、控制技術(shù)燃燒法、吸收法、冷凝法、吸附法、生物法五、生物法（BiologicalOxidation）原理微生物將有機(jī)成分作為碳源和能源，維持其生命活動(dòng)