有機廢氣處理技術原理及前景展望

　　環(huán)保 大氣污染是我國目前最突出的環(huán)境問題之一，工業(yè)廢氣是大氣污染物的重要來源。大量工業(yè)廢氣排入大氣，必然使大氣環(huán)境質量下降，給人體健康帶來嚴重危害，給國民經(jīng)濟造成巨大損失。工業(yè)廢氣中最難處理的就是有機廢氣，有機廢氣通過呼吸道和皮膚進入人體后，能給人的呼吸、血液、肝臟等系統(tǒng)和器官造成暫時性和永久性病變，尤其是苯并芘類多環(huán)芳烴能使人體直接致癌，已經(jīng)引起人類的高度重視。工業(yè)生產(chǎn)中會產(chǎn)生各種有機物廢氣，主要包括各種烴類、醇類、醛類、酸類、酮類和胺類等；這些有機廢氣會造成大氣污染，危害人體健康，而且還會造成浪費，所以有機廢氣的處理與凈化勢在必行。

　　1、治理技術

　　總的來說，有機廢氣的處理方法主要有兩類：一類是回收法?；厥辗ㄊ峭ㄟ^物理方法，在一定溫度、壓力下，用選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來分離揮發(fā)性有機化合物(VOCs)，主要包括活性碳吸附、變壓吸附、冷凝法和生物膜法等；另一類是消除法。消除法是通過化學或生物反應，用光、熱、催化劑和微生物等將有機物轉化為水和二氧化碳，主要包括熱氧化、催化燃燒、生物氧化、電暈法、等離子體分解法、光分解法等。下面介紹幾種傳統(tǒng)的處理方法：

　　1.1活性碳吸附法

　　活性碳多是粉末狀或顆粒狀，大部分情況下不能直接用于各種凈化設備中，必須使活性炭具有一定形狀和支撐強度，才能使用，活性炭經(jīng)過特殊的工藝處理后，能產(chǎn)生豐富的微孔結構，這些人眼看不到的微孔能夠依靠分子力，吸附各種有害的氣體和液體分子，從而達到凈化的目的?；钚蕴课竭^程包括吸附凈化和熱脫再生。吸附凈化過程是將有機廢氣由排氣風機送入吸附床，有機廢氣在吸附床被吸附劑吸附而使氣體得到凈化，凈化后的氣體排向大氣即完成凈化過程；熱脫再生過程是當吸附床內吸附劑所吸附的有機物達到允許的吸附量時，該吸附床已經(jīng)不能再進行吸附操作，而轉入脫附再生。脫附再生即用來自催化的熱空氣吹掃吸附劑，使吸附的有機物脫附出來達到使吸附劑的吸附能力再生的目的?；钚蕴嘉椒ㄟm用于大風量、低濃度、溫度不高的有機廢氣治理。此法工藝成熟，效果可靠，易于回收有機溶劑，因此被廣泛地應用于化工、噴漆、印刷、輕工等行業(yè)的有機廢氣治理，尤其是苯類、酮類的處理。在工業(yè)吸附過程中，活性炭是使用得最為廣泛的一種吸附劑。但它也存在不耐高溫、在濕潤的條件下不能保持很好的吸附能力、易燃的缺點。沸石作為一種很好的替代吸附劑，已被逐步開發(fā)應用。

　　1.2催化燃燒法

　　催化燃燒是一種處理有機氣體的有效方法，特別適于處理量大、氣體濃度較低時苯類、醛類、酮類、醇類等各類有機廢氣的處理。催化燃燒法的作用原理是：有機氣體中的碳氫化合物在較低的溫度下(250~300e)，通過催化劑的作用，被氧化分解成無害氣體并釋放熱量。這種高濃度的有機氣體在催化燃燒時所放出的熱量足以維持其催化反應時所需要的溫度，無需外加熱源，燃燒后的熱空氣又可以用于對吸附劑的熱脫附再生，達到廢物及廢能綜合利用，同時節(jié)能的目的。在催化燃燒過程中，燃燒反應溫度低，一般比熱焚燒要低300~500e，由于燃燒完全，不會產(chǎn)生CO和剩余可燃氣體，不易生成高溫下的二次污染物如二惡英、氮氧化物等，而且脫除污染物效率高，還可以回收熱量節(jié)約能源，最終有機氣體在催化劑的作用下，于一定溫度下轉化為水和二氧化碳，并排向大氣。此處理方法的關鍵問題是開發(fā)與研制一種起燃點低、催化活性高、穩(wěn)定和價廉的催化劑。用浸漬法研制的過渡金屬及其氧化物系列的燃燒催化劑效果較好；另外，近年來納米粒子催化劑具有高比表面積，活性點多，催化活性和選擇性大于一般催化劑，故在催化方面的潛在應用展現(xiàn)了一個生機盎然的研究領域，在21世紀會扮演催化反應的主要角色。特別是在本體催化劑中通過摻雜金屬、金屬氧化物、碳酸鹽或合成復合納米氧化物，通過研究摻雜質在基體微粒結構中的調節(jié)作用和催化反應中的決定作用來降低催化燃燒反應的自燃溫度，增加表面氧量使其在貧燃條件下能穩(wěn)定燃燒，提高催化劑對有毒氣體和污染氣體的消除率，這是行之有效的途徑。

　　1.3吸附濃縮+催化燃燒法

　　通過分析并比較各種處理有機廢氣的技術與工藝，人們提出了結合的處理工藝技術，此工藝技術適用于大風量、低濃度的苯類、酮類、醛類、醇類等多種有機廢氣治理。采用活性炭纖維吸附濃縮、熱空氣脫附和催化燃燒三種組合工藝凈化有機廢氣。工藝流程圖如圖1所示。

　　圖1  流程示意圖

　　1-過濾阻火器；2-氣流分布器；3-吸附床；4-熱風機；5-換熱器；6-預熱室；7-催化床；8-集氣器；9-排風機

　　有機廢氣經(jīng)預處理除去粉塵或兼除其它催化劑毒物，而后由風機送入預熱器預熱至起燃溫度以上，再進入催化床反應。工藝中采用遠紅外輻射直接加熱催化床，可以明顯減少啟動時間和啟動功率，降低預熱溫度。借助于換熱器，可以明顯減少加熱功率，在啟動階段，換熱器使反應床和進入反應床的空氣不斷升溫，直至預熱器所供給的熱量全部被設備和換熱器的出口氣流帶走。換熱器的另一個作用是回收反應熱，視有機組分濃度的高低，頂替部分或全部的電加熱。如濃度大于1000LL/L，運行中所需的預熱功率就可以很低。此工藝中吸附床選用目前國內外公認的先進的活性炭纖維作吸附材料，其材料具有吸附效率高，吸脫附時間快，使用壽命長的特點，凈化效率達90%以上；催化床選用性能優(yōu)良的蜂窩陶瓷貴金屬催化劑，凈化效率達95%以上；采用先進的自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了凈化系統(tǒng)內的吸附、脫附、熱平衡、催化反應連續(xù)不停運行。凈化系統(tǒng)設計合理、結構緊湊、高效。與同類處理大風量、低濃度有機廢氣凈化系統(tǒng)相比，設備投資和運行能耗明顯降低。

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