2019年最新10大VOC廢(fèi)氣處(chù)理技術工藝詳解

   目前我國的環境污染問題中大氣污染是最爲嚴重的，霧霾、PM2.5等問題一直困擾著(zhe)人們的生活。在大氣污染重，VOC廢氣是主要的污染物之一。VOC是揮發性有機化合物(volatile organic compounds）的英文縮寫。普通意義上的VOC就是指揮發性有機物；但是環保意義上的定義是指活潑的一類揮發性有機物，即會産生危害的那一類揮發性有機物。本文詳細介紹瞭(le)七種VOC廢氣處理的主要技術。

一、VOC廢(fèi)氣處(chù)理技術——熱破壞法

熱破壞法是指直接和輔助燃燒有機氣體，也就是VOC，或利用合适的催化劑加快VOC的化學反應，最終達(dá)到降低有機物濃度，使其不再具有危害性的一種處(chù)理方法。

熱破壞法對於(yú)濃度較低的有機廢氣處理效果比較好，因此，在處理低濃度廢氣中得到瞭(le)廣泛應用。這種方法主要分爲兩種，即直接火焰燃燒和催化燃燒。直接火焰燃燒對有機廢氣的熱處理效率相對較高，一般情況下可達到 99%。而催化燃燒指的是在催化床層的作用下，加快有機廢氣的化學反應速度。這種方法比直接燃燒用時更少，是高濃度、小流量有機廢氣淨化的首選技術。

二、VOC廢(fèi)氣處(chù)理技術——吸附法

有機廢氣中的吸附法主要适用於(yú)低濃度、高通量有機廢氣。現階段，這種有機廢氣的處理方法已經相當成熟，能量消耗比較小，但是處理效率卻非常高，而且可以徹底淨化有害有機廢氣。實踐證明，這種處理方法值得推廣應用。但是這種方法也存在一定缺陷，它需要的設備體積比較龐大，而且工藝流程比較複雜;如果廢氣中有大量雜質，則容易導緻工作人員中毒。所以，使用此方法處理廢氣的關鍵在於(yú)吸附劑。當前，採(cǎi)用吸附法處理有機廢氣，多使用活性炭，主要是因爲活性炭細孔結構比較好，吸附性比較強。

此外，經過氧化鐵或臭氧處(chù)理，活性炭的吸附性能将會更好，有機廢(fèi)氣的處(chù)理将會更加安全和有效。

三、VOC廢(fèi)氣處(chù)理技術——生物處(chù)理法

生物法淨化voc廢氣是近年發展起來的空氣污染控制技術，它比傳統工藝投資少，運行費用低，操作簡單，應用範圍廣，是最有望替代燃燒法和吸附淨化法的新技術。從處(chù)理的基本原理上講，採(cǎi)用生物處(chù)理方法處(chù)理有機廢氣，是使用微生物的生理過程把有機廢氣中的有害物質轉化爲簡單的無機物，比如CO2、H2O和其它簡單無機物等。這是一種無害的有機廢氣處(chù)理方式。

生物淨化法實際上是利用微生物的生命活動将廢氣中的有害物質轉變(biàn)成簡單(dān)的無機物（如二氧化碳和水）以及細胞物質等，主要工藝有生物洗滌法，生物過濾法和生物滴濾法。

不同成分、濃度及氣量的氣态污染物各有其有效的生物淨化系統。生物洗滌塔适宜於(yú)處理淨化氣量較小、濃度大、易溶且生物代謝速率較低的廢氣；對於(yú)氣量大、濃度低的廢氣可採(cǎi)用生物過濾床；而對於(yú)負荷較高以及污染物降解後會生成酸性物質的則以生物滴濾床爲好。

生物法處(chù)理有機廢氣是一項新的技術，由於(yú)反應器涉及到氣，液，固相傳質，以及生化降解過程，影響因素多而複雜，有關的理論研究及實際應用還不夠深入廣泛，許多問題需要進一步探讨和研究。

一般情況下，一個完整的生物處理有機廢氣過程包括3個基本步驟：a) 有機廢氣中的有機污染物首先與水接觸(chù)，在水中可以迅速溶解;b) 在液膜中溶解的有機物，在液态濃度低的情況下，可以逐步擴散到生物膜中，進而被附著(zhe)在生物膜上的微生物吸收;c) 被微生物吸收的有機廢氣，在其自身生理代謝過程中，将會被降解，最終轉化爲對環境沒有損害的化合物質。

四、VOC廢氣處(chù)理技術——變(biàn)壓吸附分離與淨化技術

變(biàn)壓吸附分離與淨化技術是利用氣體組分可吸附在固體材料上的特性，在有機廢氣與分離淨化裝置中，氣體的壓力會出現一定的變(biàn)化，通過這種壓力變(biàn)化來處(chù)理有機廢氣。

PSA 技術主要應用的是物理法，通過物理法來實現有機廢(fèi)氣的淨化，使用材料主要是沸石分子篩。沸石分子篩，在吸附選擇性和吸附量兩方面有一定優勢。在一定溫度和壓力下，這種沸石分子篩可以吸附有機廢(fèi)氣中的有機成分，然後把剩餘氣體輸送到下個環節中。在吸附有機廢(fèi)氣後，通過一定工序将其轉化，保持並(bìng)提高吸附劑的再生能力，進而可讓吸附劑再次投入使用，然後重複上步驟工序，循環反複，直到有機廢(fèi)氣得到淨化。

近年來，該技術開始在工業生産(chǎn)中應用，對於(yú)氣體分離有良好效果。該技術的主要優勢有：能源消耗少、成本比較低、工序操作自動化及分離淨化後混合物純度比較高、環境污染小等。使用該技術對於(yú)回收和處理有一定價值的氣體效果良好，市場發展前景廣闊，成爲未來有機廢氣處理技術的發展方向。

五、VOC廢(fèi)氣處(chù)理技術——氧化法

對於(yú)有毒、有害，而且不需要回收的VOC，熱氧化法是最适合的處(chù)理技術和方法。氧化法的基本原理：VOC與O2發生氧化反應，生成CO2和H2O。

從化學反應方程式上看，該氧化反應和化學上的燃燒過程相類似，但其由於(yú)VOC濃度比較低，在化學反應中不會産生肉眼可見的火焰。一般情況下，氧化法通過兩種方法可確(què)保氧化反應的順利進行：a) 加熱。使含有VOC的有機廢氣達到反應溫度;b) 使用催化劑。如果溫度比較低，則氧化反應可在催化劑表面進行。所以，有機廢氣處理的氧化法分爲以下兩種方法：

a) 催化氧化法。現階段，催化氧化法使用的催化劑有兩種，即貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑。貴金屬催化劑主要包括Pt、Pd等，它們以細顆粒形式依附在催化劑載體上，而催化劑載體通常是金屬或陶瓷蜂窩，或散裝填料;非貴金屬催化劑主要是由過渡元素金屬氧化物，比如MnO2，與粘合劑經過一定比例混合，然後制成的催化劑。爲有效防止催化劑中毒後喪失催化活性，在處(chù)理前必須徹(chè)底清除可使催化劑中毒的物質，比如Pb、Zn和Hg等。如果有機廢氣中的催化劑毒物、遮蓋質無法清除，則不可使用這種催化氧化法處(chù)理VOC;

b) 熱氧化法。熱氧化法當(dāng)前分爲三種：熱力燃燒式、間壁式、蓄熱式。三種方法的主要區别在於(yú)熱量回收方式。這三種方法均能催化法結合，降低化學反應的反應溫度。

熱力燃燒式熱氧化器，一般情況下是指氣體焚燒爐。這種氣體焚燒爐由助燃劑、混合區和燃燒室三部分組成。其中，助燃劑，比如天然氣、石油等，是輔助燃料，在燃燒過程中，焚燒爐内産(chǎn)生的熱混合區可對VOC廢氣預熱，預熱後便可爲有機廢氣的處(chù)理提供足夠空間、時間，最終實現有機廢氣的無害化處(chù)理。

在供氧充足條件下，氧化反應的反應程度——VOC去除率——主要取決於(yú)“三T條件”：反應溫度(Temperat)、時間(Time)、湍流混合情況(Turbulence)。這“三T條件”是相互聯系的，在一定範圍内，一個條件的改善可使另外兩個條件降低。熱力燃燒式熱氧化器的缺點在於(yú)：輔助燃料價格高，導(dǎo)緻裝置操作費用比較高。

直燃式廢氣處理爐

•所需溫(wēn)度：攝(shè)氏700-800度

•對應廢氣種類：所有

•廢(fèi)氣淨(jìng)化效率在99.8%以上

•搭配廢(fèi)氣機熱回收系統可有效降低工廠(chǎng)營運成本

催化式廢(fèi)氣處(chù)理爐（RCO）

•所需溫(wēn)度：攝(shè)氏300-400度

•根據廢(fèi)氣濃度而啓動(dòng)的自燃性

•系統設計利用前處理劑和觸媒清潔可延長(zhǎng)設備(bèi)使用年限

•可在前端配置各種吸附材

RCO處理技術特别适用於(yú)熱回收率需求高的場合，也适用於(yú)同一生産線上，因産品不同，廢氣成分經常發生變(biàn)化或廢氣濃度波動較大的場合。尤其适用於(yú)需要熱能回收的企業或烘幹線廢氣處理，可将能源回收用於(yú)烘幹線，從而達到節約能源的目的。

優點：工藝流程簡單、設備(bèi)緊湊、運行可靠；淨化效率高，一般均可達98%以上；與RTO相比燃燒溫度低；一次性投資低，運行費用低，其熱回收效率一般均可達85%以上；整個過程無廢水産(chǎn)生，淨化過程不産(chǎn)生NOX等二次污染；RCO淨化設備(bèi)可與烘房配套使用，淨化後的氣體可直接回用到烘房利用，達到節能減排的目的；

缺點：催化燃燒裝置僅适用含低沸點有機成分、灰分含量低的有機廢氣的處(chù)理，對含油煙等粘性物質的廢氣處(chù)理則不宜採(cǎi)用，催化劑宜中毒；處(chù)理有機廢氣濃度在20％以下。

蓄熱式廢(fèi)氣處(chù)理爐（RTO）

•所需溫(wēn)度：攝(shè)氏800-900度

•低於(yú)500ppm的甲苯濃度也可以啓動(dòng)自燃性系統設計

•可實現與RCO配合使用

适用於(yú)大風量、低濃度，适用於(yú)有機廢氣濃度在100PPM—20000PPM之間。其操作費用低,有機廢氣濃度在450PPM以上時，RTO裝置不需添加輔助燃料；淨化率高，兩床式RTO淨化率能達到98%以上，三床式RTO淨化率能達到99%以上，並(bìng)且不産生NOX等二次污染；全自動控制、操作簡單；安全性高。

優點(diǎn)：在處(chù)理大流量低濃度的有機廢氣時，運行成本非常低。

缺點(diǎn)：較高的一次性投資，燃燒溫度較高，不适合處(chù)理高濃度的有機廢氣，有很多運動部件，需要較多的維護工作。

圖爲RTO(蓄熱式熱力焚燒技術)濃縮及廢熱回收系統，可将低濃度、大風量的VOCs廢氣濃縮爲高濃度、小風量的廢氣，然後高溫燃燒，並(bìng)将儲熱體的熱量重新回收，利用在廢氣預熱和熱轉換設備(bèi)上。

回收式熱力焚燒系統

回收式熱力焚燒系統（簡稱TNV）是利用燃氣或燃油直接燃燒加熱含有機溶劑的廢氣，在高溫作用下，有機溶劑分子被氧化分解爲CO2和水，産生的高溫煙氣通過配套的多級換熱裝置加熱生産過程需要的空氣或熱水，充分回收利用氧化分解有機廢氣時産生的熱能，降低整個系統的能耗。因此，TNV系統是生産過程需要大量熱量時，處理含有機溶劑廢氣高效、理想的處理方式，對於(yú)新建塗裝生産線，一般採(cǎi)用TNV回收式熱力焚燒系統。

TNV系統由三大部分組成：廢(fèi)氣預熱及焚燒系統、循環風(fēng)供熱系統、新風(fēng)換熱系統

廢氣焚燒集中供熱裝置的特點包括：有機廢氣在燃燒室的逗留時間爲1～2s；有機廢氣分解率大於(yú)99％；熱回收率可達(dá)76％；燃燒器輸出的調節比可達(dá)26∶1，最高可達(dá)40∶1。

缺點：在處(chù)理低濃度有機廢氣時，運行成本較高；管式熱交換器隻是在連續運行時，才有較長(zhǎng)的壽命。

七、VOC廢(fèi)氣處(chù)理技術——冷凝回收法

在不同溫度下，有機物質的飽(bǎo)和度不同，冷凝回收法便是利用有機物這一特點來發揮作用，通過降低或提高系統壓力，把處於(yú)蒸汽環境中的有機物質通過冷凝方式提取出來。冷凝提取後，有機廢氣便可得到比較高的淨化。其缺點是操作難度比較大，在常溫下也不容易用冷卻水來完成，需要給冷凝水降溫，所以需要較多費用。

這種處理方法主要适用於(yú)濃度高且溫度比較低的有機廢氣處理。通常适用於(yú)VOC含量高（百分之幾），氣體量較小的有機廢氣的回收處理，由於(yú)大部分VOC是易燃易爆氣體，受到爆炸極限的限制，氣體中的VOC含量不會太高，所以要達到較高的回收率，需採用很低溫度的冷凝介質或高壓措施，這勢必會增加設備投資和處理成本，因此，該技術一般是作爲一級處理技術並(bìng)與其它技術結合使用。

下面介紹焚燒工藝工業廢(fèi)氣治理彙總，涵蓋VOCs處(chù)理内容如下：

RTO蓄熱式焚燒爐

排放自工藝含VOCs的廢氣進入雙槽RTO，三向切換風閥(POPPETVALVE)将此廢氣導入RTO的蓄熱槽(EnergyRecoveryChamber)而預熱此廢氣，含污染的廢氣被蓄熱陶塊漸漸地加熱後進入燃燒室(CombustionChamber)，VOCs在燃燒室被氧化而放出熱能於(yú)第二蓄熱槽中之陶塊，用以減少輔助燃料的消耗。陶塊被加熱，燃燒氧化後的幹淨氣體逐漸降低溫度，因此出口溫度略高於(yú)RTO入口溫度。三向切換風閥切換改變(biàn)RTO出口/入口溫度。如果VOCs濃度夠高，所放出的熱能足夠時，RTO即不需燃料。例如RTO熱回收效率爲95%時，RTO出口僅較入口溫度高25℃而已。

蓄熱式催化劑(jì)焚燒爐(lú)(RCO)

排放自工藝含VOCs的廢氣進入雙槽RCO，三向切換風閥(POPPETVALVE)将此廢氣導入RCO的蓄熱槽(EnergyRecoveryChamber)而預熱此廢氣，含污染的廢氣被蓄熱陶塊漸漸地加熱後進入催化床(CatalystBed)，VOCs在經催化劑分解被氧化而放出熱能於(yú)第二蓄熱槽中之陶塊，用以減少輔助燃料的消耗。陶塊被加熱，燃燒氧化後的幹淨氣體逐漸降低溫度，因此出口溫度略高於(yú)RCO入口溫度。三向切換風閥切換改變(biàn)RCO出口/入口溫度。如果VOCs濃度夠高，所放出的熱能足夠時，RCO即不需燃料。例如RCO熱回收效率爲95%時，RCO出口僅較入口溫度高25℃而已。

催化劑(jì)焚燒爐(lú)CatalyticOxidizer

催化劑焚燒爐的設計是依廢氣風量，VOCs濃度及所需知破壞去除效率而定。操作時含VOCs的廢氣用系統風機導入系統内的換熱器，廢氣經由換熱器管側(cè)(Tubeside)而被加熱後，再通過燃燒器，這時廢氣已被加熱至催化分解溫度，再通過催化劑床，催化分解會釋放熱能，而VOCs被分解爲二氧化碳及水氣。之後此一熱且經淨化氣體進入換熱器之殼側(cè)(shellside)将管側(cè)(tubeside)未經處(chù)理的VOC廢氣加熱，此換熱器會減少能源的消耗，最後，淨化後的氣體從煙囪排到大氣中。

直燃式焚燒爐的設計是依廢氣風量，VOCs濃度及所需知破壞去除效率而定。操作時含VOCs的廢氣用系統風機導入系統内的換熱器，廢氣經由換熱器管側(Tubeside)而被加熱後，再通過燃燒器，這時廢氣已被加熱至催化分解溫度(650~1000℃)，並(bìng)且有足夠的留置時間(0.5~2.0秒)。這時會發生熱反應，而VOCs被分解爲二氧化碳及水氣。之後此一熱且經淨化氣體進入換熱器之殼側(shellside)将管側(tubeside)未經處理的VOC廢氣加熱，此換熱器會減少能源的消耗(甚至於(yú)某适當的VOCs濃度以上時便不需額外的燃料)，最後，淨化後的氣體從煙囪排到大氣中。

直接燃燒(shāo)焚燒(shāo)爐(lú)DirectFiredThermalOxidizer-DFTO

有時直接燃燒焚燒爐源於(yú)後燃燒器(After-Burner)，直接燃燒焚燒爐使用經特别設計的燃燒器以加熱高濃度的廢氣到ㄧ預先設的溫度，於(yú)運轉時廢氣被導入燃燒室(BurnerChamber)。燃燒器将VOCs及有毒空氣污染物分解爲無毒的物質(二氧化碳及水)並(bìng)放出熱，淨化後的氣體可再由一熱回收系統以達節能的需求。

濃縮轉輪(lún)/焚燒爐(lú)RotorConcentrator/Oxidizer

濃縮轉輪/焚燒爐系統吸附大風量低濃度揮發性有機化合物(VOCs)。再把脫附後小風量高濃度廢氣導入焚燒爐予以分解淨化。大風量低濃度的VOCs廢氣，通過一個由沸石爲吸附材料的轉輪，VOCs經被轉輪吸附區的沸石所吸附後淨化的氣體經煙囪(cōng)排到大氣，再於(yú)脫附區中用180℃~200℃的小量熱空氣，将VOCs予以脫附。如此一高濃度小風量的脫附廢氣在導入焚燒爐中予以分解爲二氧化碳及水氣，淨化的氣體經煙囪(cōng)排到大氣。這一濃縮的工藝大大地降低燃料費用。

氯化有機物催化劑焚燒爐

氯化有機(jī)物催化劑焚燒爐(ChlorinatedCatalyticOxidizer)系統依風(fēng)量，污染物種類及所需去除效率而設計。

在運行操作時，含VOCs的廢氣經氯化有機物催化劑焚燒爐風機抽到系統換熱器中。廢氣通過換熱器的管側(cè)，再到燃燒機，此處将廢氣加熱到催化劑反應溫度。含VOCs廢氣通過特制的抗鹵化物毒化的催化劑，轉化成二氧化碳，水氣並(bìng)放出熱。這熱淨化的氣體通過換熱器的殼側(cè)，将熱能加熱浸入系統的廢氣，如此可以将燃料費用降到最小，在許多時候，如VOCs濃度夠高，可以不需額外燃料系統即可自行運轉。最後如有需要，可裝設恩國洗滌塔以去除無機酸(如HCL，CL2，HBr，Br2等)。 氯化氫套裝洗滌塔(HCLScrubberModule)，氯化氫套裝洗滌塔出口含HCL或CL2的氣體導入氯化氫套裝洗滌塔中的驟冷塔，循環汞噴注大量的水進入用超合金(Hastelloy)材質的驟冷塔(quenches)。這時水會把熱廢氣降溫並(bìng)将部分的氯化氫予以吸收，之後經一氣道進入逆流式的吸收塔。循環吸收溶液從吸收塔頂部的噴嘴噴灑而下，将剩餘的氯化氫充份吸收，然後通過一除水層把水滴去除，再排到大氣。

自動清理陶瓷過濾系統

自動清理陶瓷過濾系統(Self-cleaningCeramicFilter)系依排風量，污染物種類和所需補及過濾效率有關。系統操作運行時，排自工藝廢氣(含有冷或熱有機粒狀物/有機凝結物質或VOCs)。被抽引至陶瓷過濾器中。廢氣通過依粒狀物之例徑大小及捕集效率大小而設計選用的陶瓷闆，一組燃燒器，間歇或連續加熱此一陶瓷闆，使被捕集於(yú)此一陶瓷闆的有機粒狀物揮發而進到焚燒爐中，任何無機物被燒成無機灰並(bìng)掉至腔體底部而予以收集。經揮發的有機物導至焚燒爐中(如催化劑式焚燒爐，直燃式焚燒爐)經焚燒轉化爲二氧化碳，水氣和熱氣。

 張(zhāng)經(jīng)理  15009671668