低濃度廢氣處理技術(shù)的選擇

 

近年來，隨著我***環(huán)保部門對各行業(yè)有機廢氣排放指標的出臺，對排放濃度限值和排放速率限值的要求更加嚴格。以低濃度有機廢氣為例，對揮發(fā)性有機化合物***家和地方排放標準要求的匯總分析表明，地方標準比***家標準更嚴格，新頒布的標準比以前的標準更嚴格。

 

對于低濃度有機廢氣，如何選擇一套符合環(huán)保標準、投資合理、運行維護經(jīng)濟、***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、常用的低濃度有機廢氣處理技術(shù)

 

目前常見的低濃度有機廢氣處理技術(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)性有機化合物相互作用，使有機化合物分子在極短的時間內(nèi)分解，產(chǎn)生CO2、H2O和一些副產(chǎn)物，從而達到凈化揮發(fā)性有機化合物的目的。

 

低溫等離子體技術(shù)一般適用于有機物濃度低于500mg/m3的廢氣。廢氣中有機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: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，難以達到環(huán)境標準；容易產(chǎn)生臭氧，帶來臭氧超標的問題；處理高沸點或粘性物質(zhì)(如油漆殘渣、焦油等)時有爆炸危險。);它很容易受到進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氧離子，然后氧化還原廢氣中的有機化合物分子。

 

光催化氧化處理技術(shù)一般適用于有機物濃度在500mg/m3以下的廢氣。廢氣中有機化合物的單程轉(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: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，難以達到環(huán)保標準；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，運行維護成本高。能源綜合利用率低，不能利用VOCs中的化學能。

 

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，脫附的有機物在低溫下分解為CO2和H2O，從而達到廢氣處理的目的。

 

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***風量有機廢氣。實際工程運行一段時間后，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)過多年的運行實踐，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?；钚蕴亢幸恍┙饘俪煞?，會催化吸附在活性炭表面的有機物氧化。當再生熱氣流溫度達到100℃以上時，由于催化氧化的增強，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，一些高沸點化合物在脫附循環(huán)完成后不能完全脫附，會在活性炭床層積累，降低其吸附能力。由于***問題，一般再生溫度不能超過120℃。因此，沸點高于120℃的有機物，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，廢氣濕度高(60%以上)時有機物凈化效率低。

 

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)計的。低溫下，***風量有機廢氣通過沸石轉(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)輪進入高溫脫附區(qū)，沸石轉(zhuǎn)輪上的VOC分子被小風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***風量、低濃度有機廢氣方面具有明顯***勢，但對廢氣成分要求較高。如氯甲烷、二氯甲烷等低沸點有機化合物吸附效率低，甚至沒有明顯效果，對長鏈揮發(fā)性有機化合物的吸附效率低；當廢氣中含有乙醇和甲苯時，沸石轉(zhuǎn)輪對乙醇的吸附作用會因競爭性吸附而降低，沸石轉(zhuǎn)輪入口溫度要求在40℃以下；比如苯乙烯等有機物吸附在沸石分子篩的微孔中，脫附時的溫度為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入沸石轉(zhuǎn)輪，會與沸石發(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、合適的處理風量、合適的處理濃度等方面進行綜合分析判斷。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。對于沸點在120℃以上的有機化合物，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)運行維護成本比較

 

在滿足環(huán)保標準的前提下，低運行維護成本體現(xiàn)了有機廢氣處理技術(shù)的經(jīng)濟性。表2和表3中的運行維護費用分別按進口濃度500mg/m3和100mg/m3進行理論計算。

 

低濃度廢氣處理技術(shù)(入口濃度500mg/m3)運行維護費用對比

 

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計算。維護成本包括活性炭的危險廢物處理成本。天然氣單價3.3元/Nm3，電單價0.86元/kWh。

 

對于常規(guī)廢氣，當入口濃度為500mg/m3和100mg/m3時，運行維護費用由高到低: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行維護成本降低。

 

由于光氧化催化和低溫等離子體不利用揮發(fā)性有機化合物的化學能，運行和維護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)文強調(diào)，使用“低溫等離子體”等工藝或可能產(chǎn)生點火能的設(shè)備設(shè)施處理易燃易爆揮發(fā)性有機化合物，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，并進行全面的***風險評估，防止類似事故再次發(fā)生。

 

在中***環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會發(fā)布的《有機廢氣(VOCs)治理先進技術(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”是一項關(guān)鍵的環(huán)保實用技術(shù)。重點環(huán)保實用技術(shù)及示范項目清單是中***環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會重要的技術(shù)評估和推廣項目，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)定運行、符合環(huán)保標準的保證。表4對比分析了低濃度有機廢氣處理技術(shù)的***性能。

 

低濃度廢氣處理技術(shù)的***性對比分析

 

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)是不鼓勵的，甚至一些地方政府明確禁止在自己的***域使用這種有機廢氣處理技術(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比分析，沸石輪吸附濃縮催化氧化技術(shù)在凈化效率高、運行成本低、***性高方面明顯強于活性炭吸附濃縮催化氧化技術(shù)。因此，鑒于當?shù)丨h(huán)保排放有機廢氣的要求越來越嚴格，對于常規(guī)的低濃度有機廢氣，更建議選擇沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化技術(shù)。