有機(jī)廢氣處理工藝選擇

有機(jī)廢氣處理工藝選擇蔡炳良【摘要】介紹了揮發(fā)性有機(jī)化合物的定義，分析了不同行業(yè)的有機(jī)廢氣主要污染物,對目前主要有機(jī)廢氣處理工藝進(jìn)行了概括性描述，重點(diǎn)分析了根據(jù)有機(jī)廢氣不同的工況條件如何選擇一個安全、有效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、合理的處理工藝.【期刊名稱】《中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)》【年(卷)，期】2017(000)010【總頁數(shù)】5頁(P57-61)【關(guān)鍵詞】有機(jī)廢氣;揮發(fā)性有機(jī)化合物;非甲烷總烴【作者】蔡炳良【作者單位】浙江環(huán)耀環(huán)境建設(shè)有限公司，杭州310012【正文語種】中文【中圖分類】X701揮發(fā)性有機(jī)化合物，通常是指在環(huán)境條件下容易蒸發(fā)或揮發(fā)的有機(jī)化合物。目前，對揮發(fā)性有機(jī)化合物的定義尚無統(tǒng)一的定義，許多國家或地區(qū)的定義是按沸點(diǎn)和一定溫度下的蒸氣壓數(shù)據(jù)來限定，如澳大利亞、瑞士、德國、歐盟等。還有一些國家按是否發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)來限定，如美國［1］。從我國近幾年發(fā)布的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)看，傾向于定義揮發(fā)性有機(jī)化合物是指參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，或根據(jù)規(guī)定的方法測量或核算確定的有機(jī)化合物，簡稱VOCs［2］。1)用于核算或備案的VOCs指20OC時蒸氣壓不小于10Pa或者101.325kPa標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，沸點(diǎn)不高于260°C的有機(jī)化合物或?qū)嶋H生產(chǎn)條件下具有以上相應(yīng)揮發(fā)性的有機(jī)化合物（甲烷除外）的統(tǒng)稱；2）以非甲烷總烴（NMHC）作為排氣筒、廠界大氣污染物監(jiān)控、廠區(qū)內(nèi)大氣污染物監(jiān)控點(diǎn)以及污染物控制設(shè)施去除效率的揮發(fā)性有機(jī)化合物的綜合性控制指標(biāo)［3］。VOCs的種類有很多，如脂肪烴、芳香烴、鹵代烴、醇、醛、酮、酯等（見下表）。主要來源于石油化工、制藥、印刷、噴漆等行業(yè)生產(chǎn)過程中所排放的廢氣［4］。VOCs中的許多物質(zhì)對人體和各種感官有刺激作用，且具有一定的毒性，有些會產(chǎn)生致癌、致畸、致突變的〃三致”效應(yīng)。對環(huán)境安全和人類生存產(chǎn)生極大的危害［5］。石化、涂布、噴漆、合成革、包裝印刷和制藥等行業(yè)都是有機(jī)廢氣的主要來源。在不同行業(yè)的生產(chǎn)過程中：生產(chǎn)裝置，儲罐呼吸，原料、產(chǎn)品裝卸，有機(jī)液體、氣體采樣放空，法蘭、閥門、設(shè)備密封泄漏，廢水集輸和處理系統(tǒng)等都有可能產(chǎn)生含有有機(jī)物的氣體。不同行業(yè)主要污染物如下：涂布行業(yè)污染物主要來自涂層劑，溶劑型涂層在進(jìn)行涂層加工時要采用乙酸乙酯、二甲基甲酰胺（DMF）、丁酮、甲苯、異丙醇等有機(jī)溶劑作為介質(zhì)。噴漆行業(yè)主要污染物是甲苯、二甲苯、乙酸丁酯、丁醇等。合成革行業(yè)的污染物主要是DMF、甲苯、丙酮、丁酮、乙酸甲酯、乙酸丁酯、環(huán)己酮等，尾氣風(fēng)量大、高含濕、含有大量不溶于水的甲苯、丁酮等VOCs;另外，廢氣經(jīng)噴淋塔吸收后水中含有相當(dāng)量的DMF，這些廢水最后經(jīng)DMF精制回收系統(tǒng)處理，產(chǎn)生的尾氣中含有大量二甲胺，具有強(qiáng)烈的腥臭味，對環(huán)境造成二次污染。包裝印刷溶劑型油墨一般由染料、連接料溶劑、填充料和輔助劑組成，油墨的主要污染物有：異丙醇、苯、二甲苯、乙酸乙酯、丙烯酸、丙酮等；紙箱行業(yè)的氣體主要污染物有：乙酸正丙酯、甲苯、乙酸乙酯及丁酮等；復(fù)合食品包裝膜的氣體主要污染物有：乙酸乙酯等；聚乙烯吹塑袋的氣體主要污染物有：乙酸正丙酯、甲苯、乙酸乙酯及丁酮等。化學(xué)合成制藥行業(yè)在反應(yīng)體系溶解、分離提純等過程廣泛使用二氯甲烷、二氯乙烷、丙酮、甲醇、乙腈、苯等易揮發(fā)有機(jī)溶劑。橡膠制品是指以橡膠為原材料加工制得的成品，為建筑、機(jī)械、電子、醫(yī)藥、汽車等行業(yè)提供需要橡膠產(chǎn)品，橡膠制品生產(chǎn)中主要污染物為苯、甲苯、二甲苯、甲酚等。由于有機(jī)廢氣來源廣泛，成分復(fù)雜，條件多樣，導(dǎo)致有機(jī)廢氣工況情況差別也很大，主要工況特征如下：1）組分種類多樣：常見的有機(jī)化合物有100多種，在不同生產(chǎn)過程中都可能存在，并且各個化合物的物理和化學(xué)性質(zhì)差異較大；2）多組分復(fù)雜體系：在大多數(shù)情況下，污染物是以多組分混合物的形式排放，部分組分之間還可能存在協(xié)同作用；3）排放行業(yè)眾多：涉及的行業(yè)有上百個，主要行業(yè)也有幾十個；4）排放條件復(fù)雜：溫度、濕度、壓力、顆粒物等情況各不相同；5）排放點(diǎn)多樣：排放點(diǎn)源多而分散，無組織排放情況嚴(yán)重。VOCs控制技術(shù)主要通過生產(chǎn)過程控制、產(chǎn)品替代、末端控制，同時結(jié)合檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全面的控制（如圖1）。其中生產(chǎn)過程控制和產(chǎn)品替代與行業(yè)和工藝生產(chǎn)過程密切相關(guān)。本文主要介紹末端控制工藝。由于有機(jī)廢氣污染物種類繁多，特性各異，因此相應(yīng)采用的末端控制工藝也各不相同，目前常用的有：吸收法、吸附法、冷凝法、生物法、燃燒法等；近年來，國外也發(fā)展出一些新的工藝技術(shù)如光催化、低溫等離子法等。吸收法可分為化學(xué)吸收和物理吸收，化學(xué)吸收是利用化學(xué)反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)吸收的過程，目前采用最多的是酸/堿吸收。物理吸收要求吸收劑應(yīng)具有與吸收組分有較高的親和力，低揮發(fā)性，如要吸收劑回用，需對飽和的吸收液進(jìn)行解析或精餾，目前采用最多的是以水為吸收劑，吸收廢氣中水溶性物質(zhì)，廢水排至污水處理裝置。該方法常作為廢氣的預(yù)處理過程，用于除去廢氣中部分水溶性或部分酸性/堿性物質(zhì)。吸收噴淋塔結(jié)構(gòu)如圖2。吸附法是通過多孔活性炭或活性碳纖維吸附有機(jī)物，飽和后可采用水蒸汽/熱氮?dú)獾葘ξ斤柡偷幕钚蕴窟M(jìn)行再生，再生時排出溶劑和水蒸汽/凝結(jié)水的混合物，經(jīng)冷凝水分離后回收溶劑，適合VOCs有回收價值的場合，但運(yùn)行費(fèi)用較高，需要使用蒸汽/氮?dú)馇視a(chǎn)生一定量的廢水。吸附裝置結(jié)構(gòu)布置如圖3。冷凝法是將廢氣直接導(dǎo)入冷凝器冷凝，冷凝液經(jīng)分離可回收有價值的有機(jī)物。采用冷凝法要求廢氣中有機(jī)物濃度高，一般有機(jī)物濃度要達(dá)到幾萬甚至幾十萬ppm，對于低濃度有機(jī)廢氣此法不適用。目前，此方法主要應(yīng)用于油庫、加油站和碼頭。冷凝裝置三維圖如圖4,冷凝裝置實(shí)物圖如圖5。生物法是基于成熟的生物處理污水技術(shù)上發(fā)展起來的，具有能耗低、運(yùn)行費(fèi)用少等特點(diǎn)，此法在國內(nèi)外都有一定規(guī)模的應(yīng)用。其缺點(diǎn)是污染物在傳質(zhì)和消解過程中需要有足夠的停留時間，從而增大了設(shè)備的占地，同時，由于微生物具有一定的耐沖擊負(fù)荷限值，增加了整個處理系統(tǒng)在停啟時的控制。為了彌補(bǔ)以上缺點(diǎn)，基于傳統(tǒng)生物法，衍生出生物洗滌法和生物滴濾法。該法目前在國內(nèi)污水處理站的廢氣除臭中有不少應(yīng)用，對工業(yè)廢氣治理的應(yīng)用較少。燃燒法又稱為熱氧化法、熱力燃燒法，是利用燃?xì)饣蛉加偷容o助燃料燃燒放出的熱量將混合氣體加熱到一定溫度，駐留一定的時間，使可燃的有害物質(zhì)進(jìn)行高溫分解變?yōu)闊o害物質(zhì)。常用的燃燒工藝又可分為催化燃燒、直接燃燒和蓄熱燃燒。工藝的特點(diǎn)：工藝簡單、去除率高，尤其對于一些復(fù)雜組分的廢氣處理效果較好，但一次性投資較高，適合處理中等濃度廢氣。蓄熱式燃燒（RTO）工藝流程如圖6。由于有機(jī)廢氣工況復(fù)雜，處理方法也多種多樣，導(dǎo)致根據(jù)不同的工況選用最為合適的處理工藝（單一或組合工藝）成為重要并困難的事情。本文從不同角度對有機(jī)廢氣處理工藝選擇進(jìn)行分析。一般情況下，風(fēng)量在1000Nm3/h以內(nèi)的可采用吸附或冷凝回收法；風(fēng)量在1000~100,000Nm3/h的可采用吸附法、生物法或燃燒法；風(fēng)量在100,000Nm3/h以上的建議采用轉(zhuǎn)輪或活性炭濃縮后處理。風(fēng)量與處理工藝的關(guān)系見圖7。根據(jù)有機(jī)廢氣濃度分為低濃度、中等濃度和高濃度，低濃度適合采用生物法、低溫等離子、光催化等工藝，因?yàn)榇藥追N工藝在濃度較高時處理效率會下降；中等濃度廢氣適合采用活性炭吸附回收、熱力燃燒法，進(jìn)入處理裝置的廢氣濃度必須低于爆炸下限25%；高濃度能采用冷凝或直接燃燒（TO）。濃度與處理工藝的關(guān)系見圖8。以水溶性組分為主可采用吸收法，但后端需設(shè)置分離或廢水處理設(shè)備；廢氣組分具有一定的經(jīng)濟(jì)回收價值，易采用碳纖維或炭顆粒吸附-脫附回收法；組分沸點(diǎn)高，容易通過降低溫度冷凝回收的可考慮通過泠凝法回收部分組分；硫化氫、硫醇、硫醚等含硫化合物在濃度較低的情況下也存在較大的臭味，特別適合采用生物法；在廢氣組分特別復(fù)雜且去除率均要求較高時適宜采用熱力氧化法。組分中含有高沸點(diǎn)難脫附組分不易選用吸附-脫附回收法，會導(dǎo)致吸附劑難以再生，吸附效率下降很快，更換頻繁；含有高濃度的可轉(zhuǎn)化有機(jī)酸的物質(zhì)（如氯、氟、硫和鹵素）時不能采用RTO、RCO或CO等熱力燃燒法，會有產(chǎn)生二英問題，且對設(shè)備會造成嚴(yán)重的腐蝕或令催化劑中毒。當(dāng)有機(jī)廢氣中含有微小顆?；蛴挽F時，需要在處理裝置前設(shè)置預(yù)處理設(shè)備，同時要對預(yù)處理設(shè)備經(jīng)常維護(hù)和更換。由于溫度越高越不利于吸收或吸附（一般需低于40。0，高溫不適合采用吸收法或吸附法，如要采用，需經(jīng)過降溫處理。冷凝法是采用壓縮機(jī)制冷降溫，能耗較高，來氣溫度越低，越有利于后端制冷機(jī)組的節(jié)能，所以，來氣建議采用冷卻水或冷凍水降溫后進(jìn)入后端制冷機(jī)組。生物法對廢氣的溫度十分敏感，溫度變化可能會導(dǎo)致大量生物死亡，故在溫度過高或溫度不穩(wěn)定的情況下，不建議采用生物法。適當(dāng)?shù)臏囟葘崃θ紵に囀怯欣模芙档驼w的能耗。但待處理有機(jī)廢氣的溫度在300°C以上時，是不適合采用蓄熱式系統(tǒng)（RTO）的，這是因?yàn)楦邷氐拇幚碛袡C(jī)廢氣會大大降低換向閥的可靠性和壽命。另外，在高溫時,建造RTO的高成本也不足以抵消在節(jié)省燃料和電力消耗所帶來的好處。如果待處理有機(jī)廢氣的溫度超過500C，采用蓄熱式系統(tǒng)（RTO）不如采用直燃式焚燒系統(tǒng)，因?yàn)樵谌剂舷牡牟罹嗵?，不足以抵消增加的熱回收器帶來的投資成本。廢氣濕度越大越不利于吸附過程，所有進(jìn)入炭顆粒、碳纖維或轉(zhuǎn)輪的廢氣濕度需在控制范圍內(nèi)，進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的相對濕度一般需要控制在90%內(nèi)。過大的濕度對采用熱力燃燒的能耗控制不利，故在濕度特別大的情況下，在選用吸附或熱力燃燒工藝時需特別注意。廢氣排放方式主要有兩種：連續(xù)排放和間歇排放。一般吸收法、吸附法、生物法、冷凝法均比較適合在連續(xù)狀態(tài)下運(yùn)行，但短時間停止運(yùn)行不會有太大影響。燃燒法最好連續(xù)運(yùn)行，間歇運(yùn)行的能耗高，不經(jīng)濟(jì)。除了考慮以上因素外，還需結(jié)合設(shè)備運(yùn)行安全性、可布置面積、公用條件（水、電、蒸氣、氮?dú)獾龋?、投資、運(yùn)行費(fèi)用等情況綜合考慮。對于有機(jī)廢氣處理，合理的工藝選擇必須是能滿足裝置穩(wěn)定運(yùn)行和長期達(dá)標(biāo)排放的條件，同時，也應(yīng)該從一次性投資、運(yùn)行費(fèi)用、操作的難易程度等方面為客戶考慮。應(yīng)根據(jù)有機(jī)廢氣不同的工況條件，選擇一個兼具安全性、有效性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性、合理性的處理