八大废气处理工艺的适用范围和成本控制

八***废气处理工艺的适用范围和成本控制

 

目前，挥发性有机污染物的处理包括破坏性和非破坏性方法，以及这两种方法的结合。

破坏性方法包括燃烧、生物氧化、热氧化、光催化氧化、低温等离子体及其集成技术，主要通过化学或生物化学反应，利用光、热、微生物和催化剂将VOCs转化为CO2和H2O等无毒无机小分子化合物。

无损法，即回收法，主要是碳吸附、吸收、冷凝和膜分离技术。挥发性有机化合物通过物理方法富集和分离，如控制温度和压力或使用选择性渗透膜和选择性吸附剂。

传统上，挥发性废气通过吸收、吸附和燃烧来处理。近年来，半导体光催化剂的技术主体低温等离子体发展迅速。

处理过程分析

1.吸附过程

(1)吸附过程简介

吸附法主要适用于低浓度气态污染物的净化。对于高浓度的有机气体，通常需要在吸附净化前通过冷凝等工艺降低浓度。吸附技术是***经典、***常用的气体净化技术，也是目前工业VOCs处理的主流技术之一。吸附法的关键技术是吸附剂、吸附设备和工艺、再生介质、后处理工艺等。

活性炭因其***的比表面积和微孔结构而被广泛用于吸附和回收有机气体。目前，活性炭吸附有机气体的研究主要集中在吸附平衡的预测、活性炭材料的改性以及有机物的理化性质对活性炭吸附性能的影响。

(2)活性炭吸附过程的原理和过程

活性炭纤维吸附有机废气是世界上***的技术之一。活性炭纤维比颗粒活性炭具有更***的吸附容量和更快的吸附动力学。

(3)活性炭吸附过程的影响因素

(4)活性炭净化空气的物理吸附:

分子的直径***于孔的直径，分子由于空间位阻无法进入孔内，所以不被吸附。

分子直径等于孔径，吸附剂捕集能力强，非常适合低浓度吸附；

分子直径小于孔径，孔内发生毛细凝聚，吸附容量***；

分子直径比孔径小得多，所以吸附的分子容易脱附，脱附率高，低浓度时吸附容量小。

(5)活性炭吸附工艺的***缺点

***点:

适用于各种低浓度污染物；

活性炭价格低廉，能耗低，应用经济。

溶剂有机物可以通过脱附和冷凝回收；

应用方便，只需接触空气就能发挥作用；

活性炭具有******的耐酸碱性、耐热性和较高的化学稳定性。

缺点:

吸附容量小，物理吸附存在吸附饱和的问题。随着吸附剂的消耗，吸附能力变弱，使用一段时间后吸附能力可能变小或失去吸附功能；

吸附过程中存在吸附***异性的问题，可能会削弱混合气体的吸附作用，而且分子直径与活性炭孔径也有错配，导致脱附现象；

2.吸收过程

(1)吸收过程简介

用溶液、溶剂或清水吸收工业废气中的挥发性气体并将其与废气分离的方法称为吸收法。溶液、溶剂和清水称为吸收剂。不同的吸收剂可以吸收不同的有害气体。

吸收法中使用的吸收设备称为吸收器、净化器或洗涤器。吸收法的工艺流程与湿式除尘工艺流程相似，只是湿式除尘工艺采用清水，吸收法净化有害气体采用溶剂或溶液。

(2)吸收过程原理和过程

以油气回收为例，油气回收应包括炼油厂、化工厂和油气站生产的油气。从工厂到销售终端是一个完整的石油和天然气系统。

在美***和欧洲***家，加油站通常采用一级和二级油气回收措施，即密闭卸载加油，将储罐内的油气返回槽车，加油时利用真空辅助装置或油罐内压返回储罐。在油库、炼油厂等石油产品集散地设置油气回收装置，回收油气。

油气回收通常采用吸收法。油品装卸时产生的油气进入吸收塔，贫油空气从出口排出。吸收液在脱附塔中进行真空脱附，脱附后的吸收液循环使用。回收塔用汽油回收脱附气体，尾气返回吸收塔重复该过程。溶液吸收法回收挥发性有机化合物的吸收液通常是一种***殊的吸收液，吸收液的选择会影响回收效果。

(3)吸收法的***缺点

***点:

吸收工艺简单，设备投资低，运行维护费用与碳吸附工艺基本相当。因为吸收介质是煤油和吸收液，不存在二次污染问题。

缺点:

该工艺回收效率低，环保要求高时难以达到允许的油气排放标准；设备占用空间***；能耗高；吸收剂消耗很***，需要不断补充。

3.冷凝过程

(1)冷凝过程简介

一些轻烃组分在油品储存、运输和销售过程中挥发到***气中，造成资源浪费和环境危害。同时，有机溶剂在工业生产中得到广泛应用。每年都有***量有机溶剂挥发到空气中，危害人体健康，造成严重的环境污染。采用合适的方法回收这些挥发性有机化合物，不仅可以降低企业的生产成本，而且具有很***的环境***处。

冷凝法是回收挥发性有机化合物的有效方法。它的基本原理是利用不同温度和压力下不同饱和蒸气压的气态污染物，通过降温升压的方式浓缩一些有机物，使VOCs得到净化和回收。

(2)冷凝过程的原理和流程

冷凝油气回收设备采用多级复叠或自复叠制冷技术。虽然系统流程相对复杂，但其关键部件压缩机和节流机构都实现了***产化，投资和运行成本低。

根据换热管的工作原理，它可以分为制冷剂回路和气体回路，换热管将这两部分连接起来。在气体循环部分，低温制冷剂与热的有机溶剂混合气体在热交换器中进行热交换，有机溶剂被液化和回收，制冷剂流入液体储存罐。

在制冷剂回路中，压缩机将制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂，由风冷冷凝器液化，在制冷剂-制冷剂换热器中冷却的液态制冷剂通过干燥过滤器与制冷剂进行热交换，而低温制冷剂进入储液罐，制冷剂通过吸入过滤器进入压缩机入口，从而完成整个制冷剂制冷剂的热交换过程。

(3)冷凝过程的影响因素

用冷凝分离法回收轻烃时，应冷却原料气。按原理可分为节流膨胀制冷和膨胀机膨胀制冷。按工艺可分为制冷剂制冷(如丙烷制冷)、节流膨胀制冷、膨胀机膨胀制冷、混合制冷(在膨胀机膨胀制冷或工艺流体节流膨胀制冷的基础上增加制冷剂制冷)。

分离方法包括精馏系统精馏分离和分离器相平衡分离。这个过程一般包括脱水、加压(低压气体)、精馏和制冷。上述冷凝过程各部分的选择会影响***终的冷凝效果。

(4)冷凝过程的***缺点

***点:

冷凝法用于回收不同沸点的物质，适用于沸点较高的有机物。该方法具有回收纯度高、设备流程简单、能耗低的***点；设备紧凑，占地面积小，自动化程度高，维护方便，安全性***，输出的液体油可直接使用；

缺点:

单次冷凝法需要降低到很低的温度才能达标，消耗的功率巨***，并不是真正的“节能减排”。

4.薄膜分离法

(1)膜分离工艺简介

在石油开采、储存和运输过程中，部分油品挥发到***气中形成的油气中，空气除外，主要是C4-C5和少量芳烃。这些有机蒸汽排放不仅造成资源的严重浪费，而且对空气质量也有很***影响，从而影响人类健康。目前，有机蒸汽的分离回收方法主要有冷凝法、活性炭吸附法、膜分离法和溶剂吸收法。膜分离技术是一种高效的分离方法。

(2)膜分离的原理和过程

膜分离的有机蒸汽回收系统通过溶解-扩散机制实现分离。气体分子与膜接触后，溶解在膜的表面，然后在膜的两侧产生浓度梯度。由于不同的气体分子通过致密膜的溶解和扩散速率不同，气体分子从膜内扩散到膜的另一侧，***后从膜的另一侧脱附，从而达到分离的目的。

膜分离装置位于高压冷凝器的后面和缓冲罐的前面。由于废气压缩机容量不足，只有一部分气体通过膜分离装置，而另一部分直接进入缓冲罐。在渗透气体返回低压冷却器之前，尾气进入缓冲罐。

(3)膜分离过程的影响因素

支撑层的材料对碳氢化合物挥发性有机化合物的渗透率和回收率有重要影响。对于相同材料的支撑层，烃类VOCs的渗透率和回收率随着孔径的减小而增***，但当孔径减小到一定临界值时，烃类VOCs的渗透率和回收率会随着孔径的不断减小而减小。

(4)膜分离工艺的***缺点

***点:

膜分离技术是现代石油化工分离科学的前沿技术。具有投资少、见效快、工艺简单、回收率高、能耗低、无二次污染的***点，科技含量高；

缺点:

投资***；该膜***产率低，价格高，使用寿命短；膜分离装置要求流量稳定，气体稳定，对操作要求高。

5.燃烧过程

(1)燃烧过程简介

挥发性有机化合物的一种处理方法是所谓的破坏性技术，它通过化学或生物技术将挥发性有机化合物转化为无毒或毒性较低的无机物，如二氧化碳、水和氯化氢。燃烧法属于这种技术。

燃烧法分为直接燃烧法和催化燃烧法。直接燃烧法适用于处理高浓度VOCs废气，因为其操作温度通常为800-1200℃，工艺能耗高，燃烧尾气中容易出现二恶英、NOx等副产物；由于废气中的VOCs浓度普遍较低，仅靠反应热一般难以维持反应所需的温度。

为了提高热经济性，人们进行了***量的研究，一个方向是提高催化剂的性能，降低反应温度。另一个方向是研究新技术和新反应器设计，使反应能够在更高的温度下自加热。

(2)燃烧技术的原理和流程

在催化燃烧中，预热是一种基本的流动形式。进入反应器前，有机废气应在预热室加热，因为当有机废气温度低于100摄氏度时，浓度低，热量不能自给。燃烧净化后，与未经处理的废气进行热交换，回收部分热量。气体或电加热是这一过程中常用的方法，加热到催化反应所需的点火温度。

(3)燃烧过程的影响因素

催化燃烧催化剂的选择是关键，其性能对消除效率和能耗起着决定性的作用。用于氧化挥发性有机化合物的催化剂通常可分为两类:贵金属催化剂(铂、钯等)。)和金属氧化物催化剂(铜、铬、锰等。).贵金属催化剂因其******的起燃活性而被广泛用于挥发性有机化合物的催化燃烧。在用于催化氧化挥发性有机化合物的贵金属催化剂中，铂比钯更具活性。

(4)燃烧过程的***缺点

***点:

与直接燃烧法相比，辅助燃料成本更低，二次污染物NOx更少，燃烧设备更小，VOCs去除率更高；

缺点:

催化剂价格昂贵，并且要求废气中不含会导致催化剂失活的成分。

6.生物过滤过程

(1)生物过滤工艺简介

微生物代谢降解各种有机物和部分无机物，可以有效去除工业废气中的污染物，是一种处理有机废气的生物方法。

巴赫***提出了用微生物处理废气的想法。1923年，巴赫用土壤滤床处理污水处理厂排放的含H2S的恶臭气体。在德***和荷兰的许多地区，该技术已成功应用于***规模控制空气中的气味、挥发性有机化合物和有毒物质的排放，许多常见空气污染物的控制效率已达到90%以上。

(2)生物过滤的原理和过程

生物过滤工艺系统由气体输送装置、喷淋装置和过滤塔体三部分组成。挥发性有机化合物通过压力预润湿，并与过滤塔中填料层表面的生物膜接触。挥发性有机化合物从气相转移到生物膜，然后被微生物分解利用，转化为二氧化碳、水和其他分子物质，然后排出净化后的气体。喷洒装置定期向包装层喷洒喷洒液，以调节包装层的含水量、酸碱度和营养盐含量。

(3)生物过滤过程的影响因素

填料:在生物滴滤塔中，生物膜生长在填料表面，气态有机物在填料之间的空隙中流动。填料的比表面积在一定程度上反映了微生物的数量，而孔隙率影响气体和液体的流速。填料层的高度对有机物的处理具有重要意义。

营养液:生物滴滤塔中的营养物质、微量元素和缓冲液均匀喷洒在填料上，为生物膜中生物菌群的生长和繁殖提供所需的营养物质。挥发性有机物的去除率在一定程度上受营养液流速和氮磷含量的影响。

进气:在生物滴滤塔运行过程中，气体流速和进气浓度对气体去除效率有显著影响。

(4)生物过滤工艺的***缺点

***点:

适用范围广，处理效率高，工艺简单，成本低，无二次污染。

缺点:

高浓度、生物降解性差、难生物降解的VOCs去除率低。

7.等离子技术

(1)等离子体工艺简介

等离子体污染物控制技术利用气体放电产生的高活性粒子与各种有机和无机污染物发生反应，使污染物分子分解成小分子化合物或氧化成易于处理的化合物而被去除。

该技术***的***点是能高效、方便地破坏和分解各种污染物，设备简单，空间小，适用于各种工作环境。

(2)等离子体技术的原理和过程

电晕放电主要用于处理挥发性有机化合物，主要降解机理如下:在外加电场作用下，电极空间的电子获得能量，开始加速。在运动过程中，电子与气体分子碰撞，使气体分子被激发、电离或吸附电子成负离子。

(3)等离子体工艺的影响因素

在降解过程中，电极电压的选择和控制是其主要内容，会影响放电介质的放电、电子的载能和一系列后续反应，进而影响降解效率；同时，电极电压也是该方法商业应用的重要参数，因此电极电压的选择尤为关键。

低温等离子体降解VOCs不仅与电极电压密切相关，还受反应器结构、反应背景气氛、VOCs废气中的含水量、放电频率、放电电压、VOCs化学结构、催化剂类型、低温等离子体放电形式、反应温度和VOCs初始浓度等因素影响，其中气体浓度和气体流速是主要因素。

(4)等离子体工艺的***缺点

***点:

处理效率高，运行成本低，尤其是芳烃的去除效率高。

缺点:

高浓度VOCs处理效率一般，主要在实验室阶段，缺乏实际应用。

8光催化氧化过程

(1)光催化氧化工艺简介

光化学光催化氧化是目前研究较多的一种高级氧化技术。光催化反应是光作用下的化学反应。当一个分子吸收***定波长的电磁辐射后，达到激发态，然后发生化学反应，产生新的物质，或者成为热反应的引发剂。

(2)光催化氧化工艺的原理和流程

Ti02作为半导体材料，由于其光电***性，可以用作光催化剂。半导体的能带结构通常是电子填充的低能价带(VB)和空的高能导带(CB)。导带和价带之间的区域称为禁带。

当照射在半导体上的光能等于或***于禁带宽度时，价带电子被激发，越过禁带进入导带，在价带中产生相应的空穴。电子从价带激发到导带，一些分离的电子和空穴在激发后进一步反应。

(3)光催化氧化过程的影响因素

结果表明，反应物的初始浓度对光催化效率或降解速率有明显的影响。光催化效率随初始浓度的增加而波动，存在明显的浓度转变点，低浓度目标的光催化降解效率***于高浓度目标。

湿度对光催化反应的影响没有一致的结论。不同化合物或不同浓度等实验条件差异很***。

(4)光催化氧化工艺的***缺点

***点:

处理效率高，运行成本低，适用于低浓度、宽范围的VOCs，***别是高效脱除芳烃；

缺点:

高浓度挥发性有机物处理效率一般；目前还处于实验室阶段，缺乏实际应用。