低濃度廢氣處理技術(shù)的選擇

 

近年來，隨著我***環(huán)保部門對(duì)各行業(yè)有機(jī)廢氣排放指標(biāo)的出臺(tái)，對(duì)排放濃度限值和排放速率限值的要求更加嚴(yán)格。以低濃度有機(jī)廢氣為例，對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物***家和地方排放標(biāo)準(zhǔn)要求的匯總分析表明，地方標(biāo)準(zhǔn)比***家標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格，新頒布的標(biāo)準(zhǔn)比以前的標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格。

 

對(duì)于低濃度有機(jī)廢氣，如何選擇一套符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)、投資合理、運(yùn)行維護(hù)經(jīng)濟(jì)、***可靠的處理技術(shù)，已成為各處理企業(yè)***先要解決的問題。

 

1、常用的低濃度有機(jī)廢氣處理技術(shù)

 

目前常見的低濃度有機(jī)廢氣處理技術(shù)分為:低溫等離子體、光催化氧化、蜂窩活性炭吸附濃縮催化氧化、沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化等。

 

1.1低溫等離子廢氣處理技術(shù)

 

低溫等離子體技術(shù)利用電極間10~30kV電壓的擊穿效應(yīng)，產(chǎn)生等離子體的基本粒子，包括光子、電子、離子、基態(tài)分子原子和激發(fā)態(tài)分子原子，與廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物相互作用，使有機(jī)化合物分子在極短的時(shí)間內(nèi)分解，產(chǎn)生CO2、H2O和一些副產(chǎn)物，從而達(dá)到凈化揮發(fā)性有機(jī)化合物的目的。

 

低溫等離子體技術(shù)一般適用于有機(jī)物濃度低于500mg/m3的廢氣。廢氣中有機(jī)化合物的去除效率一般低于40%。

 

低溫等離子體技術(shù)具有以下技術(shù)***點(diǎn):無選擇性破壞，凈化效率低，易產(chǎn)生二次污染物或中間產(chǎn)物，難以達(dá)到環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)；容易產(chǎn)生臭氧，帶來臭氧超標(biāo)的問題；處理高沸點(diǎn)或粘性物質(zhì)(如油漆殘?jiān)⒔褂偷?時(shí)有爆炸危險(xiǎn)。);它很容易受到進(jìn)氣中顆粒物和濕度的影響。

 

1.2光催化氧化廢氣處理技術(shù)

 

光催化氧化處理技術(shù)是一種***殊的處理方法，它利用***殊的紫外波段，在***殊催化劑的作用下催化氧氣生成負(fù)氧離子，然后氧化還原廢氣中的有機(jī)化合物分子。

 

光催化氧化處理技術(shù)一般適用于有機(jī)物濃度在500mg/m3以下的廢氣。廢氣中有機(jī)化合物的單程轉(zhuǎn)化率較低，一般低于40%。

 

光催化氧化廢氣處理技術(shù)具有以下技術(shù)***點(diǎn):無選擇性氧化，凈化效率低，易產(chǎn)生二次污染物或中間產(chǎn)物，難以達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)；存在催化劑表面污染、燈壽命等問題，導(dǎo)致處理效果迅速下降，運(yùn)行維護(hù)成本高。能源綜合利用率低，不能利用VOCs中的化學(xué)能。

 

1.3蜂窩活性炭吸附濃縮催化氧化技術(shù)

 

蜂窩活性炭吸附濃縮催化氧化技術(shù)是活性炭吸附技術(shù)和催化燃燒技術(shù)的結(jié)合。VOCs廢氣經(jīng)過吸附、濃縮、燃燒三個(gè)環(huán)節(jié)。凈化原理是:***先利用活性炭的孔隙率和表面張力，將VOCs溶劑吸附在活性炭的空隙中，從而凈化廢氣。然后吸附達(dá)到飽和狀態(tài)，用熱空氣脫附再生。***后，在合適的催化劑作用下，脫附的有機(jī)物在低溫下分解為CO2和H2O，從而達(dá)到廢氣處理的目的。

 

蜂窩活性炭吸附濃縮催化氧化技術(shù)一般適用于1000mg/m3以下的***風(fēng)量有機(jī)廢氣。實(shí)際工程運(yùn)行一段時(shí)間后，活性炭的吸附、濃縮和凈化效率≤90%，活性炭的吸附和凈化效率不斷下降。

 

經(jīng)過多年的運(yùn)行實(shí)踐，活性炭吸附濃縮催化氧化技術(shù)也存在一些明顯的缺陷。①使用活性炭作為吸附劑***性差。活性炭含有一些金屬成分，會(huì)催化吸附在活性炭表面的有機(jī)物氧化。當(dāng)再生熱氣流溫度達(dá)到100℃以上時(shí)，由于催化氧化的增強(qiáng)，熱量積聚，吸附床容易著火。②再生后的活性炭用熱氣流吹掃，由于再生溫度低，一些高沸點(diǎn)化合物在脫附循環(huán)完成后不能完全脫附，會(huì)在活性炭床層積累，降低其吸附能力。由于***問題，一般再生溫度不能超過120℃。因此，沸點(diǎn)高于120℃的有機(jī)物，如三甲基苯，不能用此工藝提純。③一般活性炭水吸收能力強(qiáng)，廢氣濕度高(60%以上)時(shí)有機(jī)物凈化效率低。

 

1.4沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化技術(shù)

 

沸石轉(zhuǎn)輪的吸附、濃縮和催化氧化技術(shù)是根據(jù)沸石比表面積***、不同溫度下分子間作用力不同的原理設(shè)計(jì)的。低溫下，***風(fēng)量有機(jī)廢氣通過沸石轉(zhuǎn)輪，VOC分子吸附在其表面。通過沸石轉(zhuǎn)輪的廢氣可以直接排放。吸附了***量VOC的部分沸石轉(zhuǎn)輪進(jìn)入高溫脫附區(qū)，沸石轉(zhuǎn)輪上的VOC分子被小風(fēng)量的高溫廢氣脫附形成高濃度廢氣，送至后端的廢氣催化氧化系統(tǒng)進(jìn)行催化氧化分解處理成CO2和H2O，凈化后的廢氣可直接排放。

 

沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化技術(shù)一般適用于有機(jī)物濃度在~ 1500 mg/m3的廢氣。沸石旋轉(zhuǎn)濃縮的吸附效率≥90%。

 

沸石轉(zhuǎn)輪的吸附、濃縮和催化氧化技術(shù):沸石轉(zhuǎn)輪在處理***風(fēng)量、低濃度有機(jī)廢氣方面具有明顯***勢(shì)，但對(duì)廢氣成分要求較高。如氯甲烷、二氯甲烷等低沸點(diǎn)有機(jī)化合物吸附效率低，甚至沒有明顯效果，對(duì)長(zhǎng)鏈揮發(fā)性有機(jī)化合物的吸附效率低；當(dāng)廢氣中含有乙醇和甲苯時(shí)，沸石轉(zhuǎn)輪對(duì)乙醇的吸附作用會(huì)因競(jìng)爭(zhēng)性吸附而降低，沸石轉(zhuǎn)輪入口溫度要求在40℃以下；比如苯乙烯等有機(jī)物吸附在沸石分子篩的微孔中，脫附時(shí)的溫度為180~220℃，滿足聚合反應(yīng)的條件。容易生成***分子聚合物，堵塞沸石微孔，影響吸附效率，久而久之喪失沸石的吸附能力。這種損害是不可逆的。沸石轉(zhuǎn)輪中具有吸附能力的沸石為弱堿性。如果廢氣中的酸性成分進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪，會(huì)與沸石發(fā)生反應(yīng)，破壞沸石的表面結(jié)構(gòu)，降低沸石的吸附效果。

 

2、低濃度廢氣處理技術(shù)的比較

 

2.1低濃度廢氣處理技術(shù)的環(huán)境性能比較

 

環(huán)境合規(guī)性是有機(jī)廢氣處理的主要目的。根據(jù)低濃度廢氣的處理要求，選擇一套符合環(huán)保要求的有機(jī)廢氣處理技術(shù)，可以從凈化效率、核心設(shè)備使用壽命、合適的處理風(fēng)量、合適的處理濃度等方面進(jìn)行綜合分析判斷。低溫等離子體、光氧化催化、活性炭吸附和濃縮催化氧化、沸石轉(zhuǎn)輪吸附和濃縮催化氧化有四種低濃度。

 

對(duì)于常規(guī)廢氣，凈化效率為:沸石輪吸附濃縮催化氧化>蜂窩活性炭吸附濃縮催化氧化>光氧化催化≈低溫等離子體。對(duì)于沸點(diǎn)在120℃以上的有機(jī)化合物，沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮和催化氧化明顯***于其他處理技術(shù)。

 

2.2低濃度廢氣處理技術(shù)運(yùn)行維護(hù)成本比較

 

在滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的前提下，低運(yùn)行維護(hù)成本體現(xiàn)了有機(jī)廢氣處理技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性。表2和表3中的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用分別按進(jìn)口濃度500mg/m3和100mg/m3進(jìn)行理論計(jì)算。

 

低濃度廢氣處理技術(shù)(入口濃度500mg/m3)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用對(duì)比

 

低濃度廢氣處理技術(shù)環(huán)保性能比較(入口濃度100mg/m3)

 

注:VOCs熱值按常規(guī)噴淋廢氣混合熱值約36000 kJ/kg計(jì)算。維護(hù)成本包括活性炭的危險(xiǎn)廢物處理成本。天然氣單價(jià)3.3元/Nm3，電單價(jià)0.86元/kWh。

 

對(duì)于常規(guī)廢氣，當(dāng)入口濃度為500mg/m3和100mg/m3時(shí)，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用由高到低:蜂窩活性炭吸附和濃縮催化氧化>沸石輪吸附和濃縮催化氧化>光氧化催化氧化>低溫等離子體。其中，隨著入口濃度的增加，蜂窩活性炭吸附、濃縮和催化氧化以及沸石轉(zhuǎn)輪吸附、濃縮和催化氧化的運(yùn)行維護(hù)成本降低。

 

由于光氧化催化和低溫等離子體不利用揮發(fā)性有機(jī)化合物的化學(xué)能，運(yùn)行和維護(hù)成本與入口濃度無關(guān)。

 

2.3低濃度廢氣處理技術(shù)***性比較

 

低溫等離子體技術(shù)在VOCs控制的工程實(shí)踐中多次發(fā)生燃燒爆炸事故，極***地限制了該技術(shù)在VOCs控制中的推廣。天津安監(jiān)局發(fā)文強(qiáng)調(diào)，使用“低溫等離子體”等工藝或可能產(chǎn)生點(diǎn)火能的設(shè)備設(shè)施處理易燃易爆揮發(fā)性有機(jī)化合物，或使用濕法除塵處理鋁、鎂等金屬爆炸性粉塵的環(huán)保設(shè)施，應(yīng)立即停止，并進(jìn)行全面的***風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，防止類似事故再次發(fā)生。

 

在中***環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的《有機(jī)廢氣(VOCs)治理先進(jìn)技術(shù)目錄匯編(2014-2017)》中，“基于沸石轉(zhuǎn)輪的中低濃度涂層VOCs凈化技術(shù)及設(shè)備”是一項(xiàng)關(guān)鍵的環(huán)保實(shí)用技術(shù)。重點(diǎn)環(huán)保實(shí)用技術(shù)及示范項(xiàng)目清單是中***環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)重要的技術(shù)評(píng)估和推廣項(xiàng)目，也是用戶選擇環(huán)保技術(shù)的重要途徑。

 

***可靠是環(huán)保設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行、符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的保證。表4對(duì)比分析了低濃度有機(jī)廢氣處理技術(shù)的***性能。

 

低濃度廢氣處理技術(shù)的***性對(duì)比分析

 

目前，沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化技術(shù)屬于政府鼓勵(lì)和推薦的***深度處理技術(shù)。然而，低溫等離子體和光氧催化技術(shù)是不鼓勵(lì)的，甚至一些地方政府明確禁止在自己的***域使用這種有機(jī)廢氣處理技術(shù)。

 

3、結(jié)論

 

從環(huán)保性能和技術(shù)***性能分析，低溫等離子體分級(jí)處理技術(shù)和光催化廢氣處理技術(shù)已經(jīng)不能滿足目前低濃度有機(jī)廢氣處理的需求。通過沸石輪吸附濃縮催化氧化與活性炭吸附濃縮催化氧化的對(duì)比分析，沸石輪吸附濃縮催化氧化技術(shù)在凈化效率高、運(yùn)行成本低、***性高方面明顯強(qiáng)于活性炭吸附濃縮催化氧化技術(shù)。因此，鑒于當(dāng)?shù)丨h(huán)保排放有機(jī)廢氣的要求越來越嚴(yán)格，對(duì)于常規(guī)的低濃度有機(jī)廢氣，更建議選擇沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化技術(shù)。