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工业废气治理VOCs工艺原理

更新时间:2019-06-04

  随着工业化进程的加速,VOCs的污染有进一步扩大的趋势。而随着最近环保政策的愈加严厉,对有机污染废气的排放控制就显得更为重要了。

  处理原理及分类

  目前的挥发性有机污染物的治理包括破坏性,非破坏性方法,及这两种方法的组合。破坏性的方法包括燃烧、生物氧化、热氧化、光催化氧化,低温等离子体及其集成的技术,主要是由化学或生化反应,用光,热,微生物和催化剂将VOCs转化成CO2和H2O等无毒无机小分子化合物。非破坏性法,即回收法,主要是碳吸附、吸收、冷凝和膜分离技术,通过物理方法,控制温度,压力或用选择性渗透膜和选择性吸附剂等来富集和分离挥发性有机化合物。

  传统的挥发性废气处理常用吸收、吸附法去除,燃烧去除等,废气处理公司在最近几年中,半导体光催化剂的技术体,低温等离子得到了迅速发展。

  处理工艺

  一、吸附工艺

  吸附工艺简介

  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,通常需要首先经过冷凝等工艺将浓度降低后再进行吸附净化。吸附技术是最为经典和常用的气体净化技术,也是目前工业VOCs治理的主流技术之一。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。

  活性炭因其具有大比表面积和微孔结构而广泛应用于吸附回收有机气体。目前,对活性炭吸附有机气体的研究主要集中在吸附平衡的预测、活性炭材料的改性及有机物的物化性质对活性炭吸附性能的影响。

  活性炭吸附工艺原理及流程

  活性炭纤维吸附有机废气是当今世界上最为先进的技术之一,活性炭纤维比颗粒状活性炭具有更大的吸附容量和更快的吸附动力学性能,活性炭吸、脱附工艺流程见图1。

  活性炭吸附工艺影响因素

  活性炭净化空气的物理吸附,所示四种情况:

  1.分子直径大于孔的直径,由于空间位阻,分子不能入孔,因此不吸附;

  2.分子直径等于孔的直径,吸附剂的捕捉力很强,非常适合低浓度吸附;

  3.分子直径小于孔的直径,孔内发生毛细管冷凝,吸附容量大;

  4.分子直径远小于孔的直径,吸附分子很容易解吸,解吸速率高,低浓度下的吸附量较小。

  活性炭吸附工艺的优缺点

  优点:

  (1)适用于低浓度的各种污染物;

  (2)活性炭价格不高,能源消耗低,应用起来比较经济;

  (3)通过脱附冷凝可回收溶剂有机物;

  (4)应用方便,只与同空气相接触就可以发挥作用;

  (5)活性炭具有良好的耐酸碱和耐热性,化学稳定性较高。

  2.缺点:

  (1)吸附量小,物理吸附存在吸附饱和问题,随着吸附剂的消耗,吸附能力也变弱,使用一段时间后可能会出现吸附量小或失去吸附功能;

  (2)吸附时,存在吸附的专一性问题,对混合气体,可能吸附性会减弱,同时也存在分子直径与活性炭孔径不匹配,造成脱附现象;

  (3)活性炭吸附只是将有毒害气体转移,并没有达到分解有害气体的功效,可能会带来二次污染。不适高浓度废气,不适含水或含粒状物的废气。

  二、吸收工艺

  吸收工艺简介

  用溶液、溶剂或清水吸收工业废气中的挥发性气体,使其与废气分离的方法叫吸收法。溶液、溶剂、清水称为吸收剂。吸收剂不同可以吸收不同的有害气体。

  吸收法使用的吸收设备叫吸收器、净化器或洗涤器。吸收法的工艺流程和湿法除尘工艺近似,只是湿法除尘工艺用清水,而吸收法净化有害气体要用溶剂或溶液。

  吸收工艺原理及流程

  以石油和天然气回收为例,石油和天然气回收应包括炼油厂,化工厂,石油和天然气站装卸、产生的油气。石油和天然气出厂到销售终端是一个完整的系统。

  美国和欧洲国家,通常是在加油站采用一阶段和两阶段油气回收措施,即密闭卸油与加油,储罐内油气返回油罐车,在加油时使用真空辅助装置或油箱内压返回储罐。在油库,炼油厂和其他石油制品经销地设置油气回收装置,回收油气。

  吸收法通常用于油气回收。装卸油品时产生的油气进入吸收塔,从出口排出贫油空气,解吸塔内进行吸收液的真空解吸,解吸的吸收液再循环利用,回收塔用汽油将进入的解吸气进行回收,尾气返回吸收塔重复该过程。用溶液吸收法回收挥发性有机物的吸收液通常是特殊的吸收液,吸收液的选择将影响回收效果。

  吸收工艺优缺点

  1.优点:

  吸收法工艺比较简单,设备投资较低,操作和维修费用基本与碳吸附法相当,由于吸收介质是采用煤油和吸收液,因此没有二次污染问题。

  2.缺点:

  此工艺方法回收效率低,对于环保要求较高时,很难达到允许的油气排放标准;设备占地空间大;能耗高;吸收剂消耗较大,需不断补充。

  三、冷凝工艺

  冷凝工艺简介

  油品在储运和销售过程中部分轻烃组分挥发进入大气,造成资源浪费和环境危害。同时有机溶剂广泛应用于工业生产中,每年都有大量的有机溶剂挥发到空气中,危害人类健康,造成严重的环境污染。采取合适的方法回收这些挥发性有机物不但可以降低企业生产成本,而且具有巨大的环保效益。

  冷凝法是用来回收VOCs的一种有效方法,其基本原理是利用气态污染物在不同的温度和压力下具有不同饱和蒸汽压,通过降低温度和增加压力,使某些有机物凝结出来,使VOCs得以净化和回收。

  冷凝工艺原理及流程

  冷凝式油气回收设备采用多级复叠或自复叠制冷技术,系统流程虽然相对复杂,但其关键部件压缩机和节流机构已全部实现本土化生产,投资和运行成本较低。

  根据换热管工作原理可分为制冷剂回路和气体回路部分,换热管连接两部。在气体循环部分,低温冷媒在换热器中和热的有机溶剂混合气体进行热交换,有机溶剂液化后回收,制冷剂流入储液罐。

  制冷剂回路,压缩机将制冷剂压缩成高温高压气态制冷剂,通过风冷冷凝器液化,通过干燥过滤器,在冷媒-制冷剂热交换器中冷的液态制冷剂与冷媒进行热交换,低温冷媒进入储液罐,制冷剂通过吸入过滤器

  进入压缩机入口,完成整个的制冷剂冷媒换热过程。

  冷凝工艺的影响因素

  冷凝分离法回收轻烃要对原料气体冷却降温。根据原理可分为节流膨胀制冷,膨胀机膨胀制冷。根据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自身节流膨胀制冷的基础上外加冷剂制冷)。

  分离方法包括精馏系统精馏分离,分离器相平衡分离。这个过程一般包括脱水、增压(低压力气体)、精馏和制冷。以上冷凝工艺的各个部分的选择都会影响最终的冷凝效果。

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