VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析

1、揮發(fā)性有機物(VOCs) 相關(guān)知識及控制技術(shù)VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第1頁介紹 什么是揮發(fā)性有機物？關(guān)于VOC（Volatile Organic Compounds）定義有各種形式，比如美國ASTM D3960-98標(biāo)準將VOC定義為任何能參加大氣光化學(xué)反應(yīng)有機化合物；美國聯(lián)邦環(huán)境保護署（EPA）將VOC定義除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽和碳酸銨外任何參加大氣光化學(xué)反應(yīng)碳化合物；世界衛(wèi)生組織（WHO）對VOC定義為熔點低于室溫而沸點在50260之間揮發(fā)性有機化合物總稱。這些定義有相同之處，但也各有側(cè)重，有強調(diào)在常溫常壓下能自發(fā)揮發(fā)，有強調(diào)是否參加大氣光化學(xué)反應(yīng)

2、，有對沸點或初餾點作限定 。大氣污染控制工程中定義是：VOCs是一類有機化合物統(tǒng)稱，在常溫下它們蒸發(fā)速度大，易揮發(fā)。VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第2頁揮發(fā)性有機物 (VOC)WHO沸點在 50-260C之間全部有機物, 除了殺蟲劑EU在 20 C條件下，蒸氣壓大于0.01KPa全部有機物US EPA全部含碳并參加大氣中光化學(xué)反應(yīng)有機物Australian National Pollution Inventory澳大利亞國家污染物清單在 25 C條件下蒸氣壓大于 0.27 kPa 全部有機物毒性& 刺激性: 丙酮, 脂肪烴 (C6-C12), 含氯溶劑, 醋酸丁酯, 二氯苯, 4-苯己

3、烯, 萜烯（松香油）, 臭氧致癌性: 苯, 1,3-丁二烯, 甲醛VOC定義VOC危害VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第3頁常見揮發(fā)性有機物種類甲苯（Toluene）二甲苯 (Xylene)對-二氯苯 (para-dichlorobenzene)乙苯 (Ethyl benzene)苯乙烯 (Styrene) 甲醛 (Formaldehyde)（易溶于水）乙醛 (Acetaldehyde)（除甲醛以外，絕大多數(shù)揮發(fā)性有機化合物普通都不溶于水而易溶于有機溶劑 ）三氯甲烷三氯乙烷二異氰酸酯（TDI）二異氰甲苯酯等。 VOC按其化學(xué)結(jié)構(gòu)，能夠深入分為：烷類、芳烴類、酯類、醛類和其它等。當(dāng)前已判定

4、出有300各種。VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第4頁VOC 起源運輸燃料工業(yè)產(chǎn)品氟氯化碳其它溶劑使用VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第5頁含VOC產(chǎn)品1. 紡織 & 鞋類2. 氣溶膠產(chǎn)品7. 環(huán)境測試 (e.g. 辦公室)8. （汽）車廂 & 內(nèi)置部件5. 油漆&油墨6. 家居& 木制品3. 玩具4. 電子電器VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第6頁健康影響VOC在太陽光和熱作用下能參加氧化氮反應(yīng)并形成臭氧，臭氧造成空氣質(zhì)量變差而且是夏季煙霧主要組分。 (VOC + NOx O3)溫室效應(yīng)氣體 - 造成全球范圍內(nèi)升溫VOC很輕易經(jīng)過血液-大腦障礙，從而造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到抑制

5、，所以當(dāng)VOC到達一定濃度時，會引發(fā)頭痛、惡心、嘔吐、乏力等癥狀，嚴重時甚至引發(fā)抽搐、昏迷，傷害肝臟、腎臟、大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，造成記憶力減退等嚴重后果VOC對人體影響可分為三種類型：一是氣味和感官，包含感官刺激，使人感覺干燥；二是粘膜刺激和其它系統(tǒng)毒性造成病態(tài)，如刺激眼粘膜、鼻粘膜、呼吸道和皮膚等；三是含有基因毒性和致癌性。（當(dāng)然，VOC對人影響與其濃度相關(guān)）VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第7頁VOCs污染控制技術(shù)基本分為兩大類：以改進工藝技術(shù)，更換設(shè)備和預(yù)防泄露為主預(yù)防性辦法。以末端治理為主控制性辦法。VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第8頁VOCs控制技術(shù)工藝替換及設(shè)備改進末端控

6、制技術(shù)工藝替換VOCs替換泄露控制氧化分解回收生物降解氧 化濃縮膜分離吸收吸附生物過濾生物滴濾生物洗滌熱氧化催化氧化VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第9頁末端處理慣用方法1.燃燒法2.吸收（洗滌）法3.冷凝法4.吸附法5.生物法VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第10頁1 燃燒法控制VOCs污染用燃燒法將有害氣體，蒸汽，液體或煙塵轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)過程稱為燃燒法凈化，亦稱焚燒法。特點1.只能適應(yīng)可燃或者高溫下分解有害物質(zhì)。2.能夠除惡臭。3.不能回收有用物質(zhì)。4.能夠回收熱量。VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第11頁工藝 直接燃燒. 熱力燃燒. 催化燃燒1.直接燃燒a.亦稱直接火焰

7、燃燒。假如可燃組分濃度高于燃燒上限，能夠混入空氣后燃燒；假如可燃組分濃度低于燃燒下限，能夠加入一定數(shù)量輔助燃料（如天然氣等）維持燃燒。b.直接燃燒設(shè)備包含普通燃燒爐，窯，或者經(jīng)過某種裝置將廢氣導(dǎo)入鍋爐作為燃料氣進行燃燒。c.燃燒溫度普通需要1100左右，燃燒最終產(chǎn)物為d.直接燃燒法不適于處理低濃度廢氣。VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第12頁2.熱力燃燒a.用于可燃有機物含量較低廢氣凈化處理。熱焚燒爐滌氣器助燃空氣輔助燃料熱交換器煙道排放源稀釋空氣（*）圖 熱力燃燒工藝示意圖b.可燃組分含量低，本身不能燃燒。普通需要燃燒其它燃料（如天然氣），把廢氣溫度提升到熱力燃燒所需要溫度，使其中氣態(tài)

8、污染物進行氧化，分解為二氧化碳，水，氮氣等。c.燃燒需要溫度較直接燃燒低，在540-820 即可進行。VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第13頁d.熱力燃燒必要條件反應(yīng)溫度停留時間湍流混合e.能夠用專門裝置，也可用普通燃燒爐。專門裝置稱為熱力燃燒爐，其結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿足確保760 以上溫度和0.5s左右接觸時間。f.熱力燃燒爐主體結(jié)構(gòu)包含兩個部分：燃燒器-使輔助燃料燃燒生成高溫燃氣燃燒室使高溫燃氣與旁通廢氣湍流混合到達反應(yīng)溫度，并使廢氣再其中停留時間到達要求。VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第14頁g.熱力燃燒三個過程：輔助燃料燃燒-提供熱量廢氣與高溫燃氣混合-到達反應(yīng)溫度在反應(yīng)溫度下，保

9、持廢氣有足夠停留時間，使廢氣中可燃有害組分氧化分解-到達凈化排氣目標(biāo)。VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第15頁3.催化燃燒法實際上為完全催化氧化，即在催化劑作用下，有害組分完全氧化為已成為凈化碳氫化合物廢氣有效伎倆之一。也是消除惡臭氣體有效伎倆。已成功應(yīng)用于金屬印刷，絕緣材料，漆包線，煉焦，油漆，化工等各種行業(yè)。特點為無火焰燃燒，安全性好，要求燃燒溫度低（大部分為300-450 ）輔助燃料消耗少對可燃組分濃度和熱值限制較小為使催化劑延長使用壽命，不允許廢氣中含有塵粒和霧滴VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第16頁慣用催化劑：貴金屬Pt，Pd，稀土，認為 載體催化劑，以金屬為載體催化劑

10、VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第17頁燃燒工藝性能燃燒工藝直接燃燒法熱力燃燒法催化燃燒法濃度范圍/mgm-3500050005000處理效率/%959595最終產(chǎn)物二氧化碳，水二氧化碳，水二氧化碳，水投資較低低高運行費用低高較低燃燒溫度1100700-870300-450其它易爆炸，熱能浪費，易產(chǎn)生二次污染回收熱能Vocs中如含重金屬，塵粒等，會以后引發(fā)催化劑中毒，預(yù)處理要求嚴格VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第18頁問題：不完全燃燒。過程會產(chǎn)生有害中間產(chǎn)物，如乙醛，二噁英，呋喃。VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第19頁2.吸收（洗滌）法控制VOCs污染VOCs吸收工藝VO

11、Cs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第20頁該工藝適合用于VOCs濃度比較高，溫度較低和壓力較高場所。吸收裝置多為氣液相反應(yīng)器。VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第21頁3.冷凝法控制VOCs污染VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第22頁冷凝系統(tǒng)流程圖VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第23頁4.吸附法控制VOCs污染活性炭吸附VOCs工藝VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第24頁VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第25頁5.生物法控制VOCs污染VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第26頁生物法工藝性能比較VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第27頁VOCs處理新方法a

12、.光催化氧化法b.低溫等離子體凈化法c.氣體放電光催化法（低溫等離子體與光催化結(jié)合）d.低溫等離子體協(xié)同吸附e.低溫等離子體協(xié)同催化（Mn，Ag等金屬催化劑）VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第28頁a.光催化氧化法 光催化技術(shù)基本原理是半導(dǎo)體內(nèi)價帶電子受光照激發(fā)穿過禁帶抵達導(dǎo)帶，在此過程中形成自由電子-空穴對對有機物進行氧化還原。當(dāng)前所研究催化劑多為過渡金屬半導(dǎo)體化合物，如Ti02、ZnOZ、CdS和WO3等。因為Ti02含有化學(xué)穩(wěn)定性好、耐光腐蝕等優(yōu)點，使其成為研究最為廣泛催化劑。VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第29頁Ti02是一個N型半導(dǎo)體催化劑，它能帶結(jié)構(gòu)是由一個充滿電子低

13、能價帶(vB)和一個空高能導(dǎo)帶(CB)組成。價帶與導(dǎo)帶之間存在一個禁帶，禁帶寬度稱為禁帶能，亦稱帶隙能。Ti02帶隙能為30一32ev，相當(dāng)于波長為387.5nm光子能量。當(dāng)其受到外界光源(如UV光源)照射時，一旦發(fā)射光子能量大于或等于Ti02帶隙能，位于價帶電子就可被激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶，生成高活性電子(e-)，而在價帶上留下帶正電空穴(h+)。生成電子和空穴會向Ti02表面遷移，吸附溶解在Ti02表面氧俘獲電子形成O-2，而空穴則將吸附在TIO2表面OH和H2O氧化成含有高度活性O(shè)H，TIO2受光源激發(fā)產(chǎn)生空穴是一個強氧化劑，導(dǎo)帶電子則是一個強還原劑，大多數(shù)有機物和無機物能夠直接或間接被它們氧化

14、還原。反應(yīng)過程中生成OH含有很強化學(xué)活性，利用這種高活性自由基能夠氧化包含生物難以轉(zhuǎn)化各種有機物并使之礦化，甚至能夠氧化細菌體內(nèi)有機物生成02和H2O。另外，它還能夠與有毒無機物起氧化反應(yīng)使其在短時間內(nèi)失去毒性。納米級Ti02催化劑還含有納米效應(yīng)。VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第30頁光催化處理Vocs氣相反應(yīng)優(yōu)點:(1)反應(yīng)在常壓下進行，利用空氣中氧氣，去除效率高;(2)可使用能量較低光源;(3)氣相反應(yīng)速度快。光催化處理Voc主要問題在于提升量子效率，降低復(fù)合幾率，對大流量氣體，怎樣提供有效反應(yīng)面積也是實際應(yīng)用要考慮問題.VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第31頁b.低溫等離子

15、體凈化法 等離子體被稱作除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)外，物質(zhì)第四種存在形態(tài)，是由電子、離子、中性粒子和自由基組成導(dǎo)電性流體。按離子溫度，等離子體可分為熱平衡等離子體 (ThermalEquilibriumplasma)和非平衡等離子體 (Non-equilibriurn plasma)，其中前者即熱等離子體 (Thermalplasma)，后者即低溫離子體(Cold Plasma)。在熱等離子體中，電子與其它離子溫度相等，處于熱平衡態(tài)，普通在5000K以上;在低溫等離子體中，普通電子運動溫度高達數(shù)萬度，而其它離子溫度只有300-500K，故電子與其它離子處于非平衡態(tài)。VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解

16、析第32頁電子束照射法(EB)氣體放電法（用于處理VOCs）電暈放電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體產(chǎn)生方式VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第33頁介質(zhì)阻擋放電光催化凈化低濃度含甲苯廢氣試驗（環(huán)己烷，氮氧化物，硫化氫等）某一試驗方法介紹VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第34頁介質(zhì)阻擋放電物理過程能夠分為三個過程:(l)放電形成-放電擊穿，(2)放電擊穿后，氣體間隙電流脈沖或電荷傳遞，(3)在微放電通道中原子、分子激發(fā)和反應(yīng)動力學(xué)開啟，即自由基、準分子等形成。放電擊穿在幾個ns內(nèi)就已完成，電荷傳遞大約在Ins-100nS，而第三階段原子和分子激發(fā)及反應(yīng)所需時間為100ns到秒量級。放電擊穿和

17、電荷傳遞過程中形成微放電。電子在外電場作用下取得能量，經(jīng)過與周圍原子分子碰撞，使它們激發(fā)電離，產(chǎn)生電子雪崩，造成大量電流細絲通道，形成微放電。在微放電形成后期，部分原子分子受到激發(fā)，生成一些離子、自由基等活性粒子。含有較高能量激發(fā)態(tài)電子能夠與原子分子發(fā)生非彈性碰撞，使得自由基、激發(fā)態(tài)分子或原子、準分子、離子等活性離子在等離子體中大量存在。VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第35頁氣體放電產(chǎn)生主要活性粒子，物質(zhì)：(l)氧等離子體(2)羥基等離子體(3)臭氧(4)紫外線VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第36頁低溫等離子體降解VOCs過程有以下兩個方面:l) 有機分子受到高能電子碰撞激發(fā)或離解形成對應(yīng)基團或短碳鏈自由基碎片;2) 低溫等離子體內(nèi)O，OH等自由基與VOCs分子或基團及短碳鏈自由基碎片發(fā)生一系列反應(yīng)，最終將其徹底氧化、生成CO2、 CO、H2O。VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第37頁圖：介質(zhì)阻擋放電光催化凈化低濃度含甲苯廢氣試驗流程示意圖1.配氣系統(tǒng)2.高壓供電系統(tǒng)3.光催化反應(yīng)器4.分析測試系統(tǒng)VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹解析第38頁試驗采取低溫等離子體反應(yīng)器為填充床