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有机废气处理技术原理及前景展望
山东保蓝环保工程有限公司   2016-03-04 09:11
大气污染是我国目前最突出的环境问题之一,工业废气是大气污染物的重要来源。大量工业废气排入大气,必然使大气环境质量下降,给人体健康带来严重危害,给国民经济造成巨大损失。工业废气中最难处理的就是有机废气,有机废气通过呼吸道和皮肤进入人体后,能给人的呼吸、血液、肝脏等系统和器官造成暂时性和永久性病变,尤其是苯并芘类多环芳烃能使人体直接致癌,已经引起人类的高度重视。工业生产中会产生各种有机物废气,主要包括各种烃类、醇类、醛类、酸类、酮类和胺类等;这些有机废气会造成大气污染,危害人体健康,而且还会造成浪费,所以有机废气的处理与净化势在必行。
  1、治理技术
  总的来说,有机废气的处理方法主要有两类:一类是回收法。回收法是通过物理方法,在一定温度、压力下,用选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来分离挥发性有机化合物(VOCs),主要包括活性碳吸附、变压吸附、冷凝法和生物膜法等;另一类是消除法。消除法是通过化学或生物反应,用光、热、催化剂和微生物等将有机物转化为水和二氧化碳,主要包括热氧化、催化燃烧、生物氧化、电晕法、等离子体分解法、光分解法等。下面介绍几种传统的处理方法:
  1.1活性碳吸附法
  活性碳多是粉末状或颗粒状,大部分情况下不能直接用于各种净化设备中,必须使活性炭具有一定形状和支撑强度,才能使用,活性炭经过特殊的工艺处理后,能产生丰富的微孔结构,这些人眼看不到的微孔能够依靠分子力,吸附各种有害的气体和液体分子,从而达到净化的目的。活性炭吸附过程包括吸附净化和热脱再生。吸附净化过程是将有机废气由排气风机送入吸附床,有机废气在吸附床被吸附剂吸附而使气体得到净化,净化后的气体排向大气即完成净化过程;热脱再生过程是当吸附床内吸附剂所吸附的有机物达到允许的吸附量时,该吸附床已经不能再进行吸附操作,而转入脱附再生。脱附再生即用来自催化的热空气吹扫吸附剂,使吸附的有机物脱附出来达到使吸附剂的吸附能力再生的目的。活性碳吸附法适用于大风量、低浓度、温度不高的有机废气治理。此法工艺成熟,效果可靠,易于回收有机溶剂,因此被广泛地应用于化工、喷漆、印刷、轻工等行业的有机废气治理,尤其是苯类、酮类的处理。在工业吸附过程中,活性炭是使用得最为广泛的一种吸附剂。但它也存在不耐高温、在湿润的条件下不能保持很好的吸附能力、易燃的缺点。沸石作为一种很好的替代吸附剂,已被逐步开发应用。
  1.2催化燃烧法
  催化燃烧是一种处理有机气体的有效方法,特别适于处理量大、气体浓度较低时苯类、醛类、酮类、醇类等各类有机废气的处理。催化燃烧法的作用原理是:有机气体中的碳氢化合物在较低的温度下(250~300e),通过催化剂的作用,被氧化分解成无害气体并释放热量。这种高浓度的有机气体在催化燃烧时所放出的热量足以维持其催化反应时所需要的温度,无需外加热源,燃烧后的热空气又可以用于对吸附剂的热脱附再生,达到废物及废能综合利用,同时节能的目的。在催化燃烧过程中,燃烧反应温度低,一般比热焚烧要低300~500e,由于燃烧完全,不会产生CO和剩余可燃气体,不易生成高温下的二次污染物如二恶英、氮氧化物等,而且脱除污染物效率高,还可以回收热量节约能源,最终有机气体在催化剂的作用下,于一定温度下转化为水和二氧化碳,并排向大气。此处理方法的关键问题是开发与研制一种起燃点低、催化活性高、稳定和价廉的催化剂。用浸渍法研制的过渡金属及其氧化物系列的燃烧催化剂效果较好;另外,近年来纳米粒子催化剂具有高比表面积,活性点多,催化活性和选择性大于一般催化剂,故在催化方面的潜在应用展现了一个生机盎然的研究领域,在21世纪会扮演催化反应的主要角色。特别是在本体催化剂中通过掺杂金属、金属氧化物、碳酸盐或合成复合纳米氧化物,通过研究掺杂质在基体微粒结构中的调节作用和催化反应中的决定作用来降低催化燃烧反应的自燃温度,增加表面氧量使其在贫燃条件下能稳定燃烧,提高催化剂对有毒气体和污染气体的消除率,这是行之有效的途径。
  1.3吸附浓缩+催化燃烧法
  通过分析并比较各种处理有机废气的技术与工艺,人们提出了结合的处理工艺技术,此工艺技术适用于大风量、低浓度的苯类、酮类、醛类、醇类等多种有机废气治理。采用活性炭纤维吸附浓缩、热空气脱附和催化燃烧三种组合工艺净化有机废气。工艺流程图如图1所示。
 
  图1  流程示意图
  1-过滤阻火器;2-气流分布器;3-吸附床;4-热风机;5-换热器;6-预热室;7-催化床;8-集气器;9-排风机
  有机废气经预处理除去粉尘或兼除其它催化剂毒物,而后由风机送入预热器预热至起燃温度以上,再进入催化床反应。工艺中采用远红外辐射直接加热催化床,可以明显减少启动时间和启动功率,降低预热温度。借助于换热器,可以明显减少加热功率,在启动阶段,换热器使反应床和进入反应床的空气不断升温,直至预热器所供给的热量全部被设备和换热器的出口气流带走。换热器的另一个作用是回收反应热,视有机组分浓度的高低,顶替部分或全部的电加热。如浓度大于1000LL/L,运行中所需的预热功率就可以很低。此工艺中吸附床选用目前国内外公认的先进的活性炭纤维作吸附材料,其材料具有吸附效率高,吸脱附时间快,使用寿命长的特点,净化效率达90%以上;催化床选用性能优良的蜂窝陶瓷贵金属催化剂,净化效率达95%以上;采用先进的自动控制系统,实现了净化系统内的吸附、脱附、热平衡、催化反应连续不停运行。净化系统设计合理、结构紧凑、高效。与同类处理大风量、低浓度有机废气净化系统相比,设备投资和运行能耗明显降低。

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