各类VOC催化燃烧治理方案及其优缺点

发布时间：2018-11-20

各种各样的VOC催化燃烧控制方案及其优缺点：

一、研究现状及发展趋势

废气来源广泛，管理难度大，一次性投资和运行成本高，基本上没有回收价值。复杂成分的废气更难以净化、分离和回收。

挥发性化合物(挥发性化合物的一个主要分支,是指在室温下的饱和蒸汽压大于70 pa,在正常沸点的化合物在260℃或更少。从环境监测的观点来看，是指火焰离子化检测器检测的非甲烷烃的一般术语，包括烃类、氧烃类、卤代烃类、氮烃类和硫烃类。根据一些的主要环境优先污染物清单，VOCs占80%以上。日本1974-1885年的年度环境调查表明，所检测到的化学物质主要是卤代烃(52种)，其次是一般碳氢化合物(43种)和含氮化合物(主要是硝基苯和苯胺类化合物)40种。上述三组毒物占总检出毒物的70%。挥发污染严重,氮氧化物和CnHm光化学反应在太阳的作用下,吸收表面红外辐射会导致温室效应,臭氧层的破坏,形成臭氧空洞,导致人类癌症和中毒的动物和植物。

随着VOCs污染范围的扩大和人们对其危害的逐渐认识，联合国欧洲经济委员会于1979年在日内瓦召开了一次以控制VOCs为的跨国空气污染会议。1991年11月，通过了《关于跨国空气污染的VOCs议定书》，要求签署国将其1988年的VOCs排放量作为基础。1990，美国修订了《洁净空气法案》（CAA），将VOCs排放量减少了70%，减少了2000。因此，VOCs的替代产品，寻找VOCs控制技术，已成为解决VOCs污染的必由之路。

随着环保法规对VOC污染的日益重视和对VOC排放标准的严格要求，VOC的处理技术也在逐步完善和完善。

（一）VOC催化燃烧废气治理技术

早在1925年欧洲发达的活性炭固定床吸附装置,1958年,日本开始使用这项技术。这是一种非常经典和成熟的方法，可用于在室温下处理任何浓度的废气。然而，在处理低浓度和高风量废气时，设备庞大且不经济。针对废气排放温度高的问题，美国于1950年成功了以气为基础的直接燃烧技术。1965年，日本与美国合作，将这项技术引入日本。废气加热到760℃,可以将溶剂氧化分解成的二氧化碳和水,其缺点是高的燃料,所以它广泛应用于气便宜的欧洲和美国等地区。之后，了催化燃烧技术。由于催化剂能在300-350℃下氧化分解溶剂，因此燃料成本降低，产生的NOx量非常小。其缺点是需要对易发生催化剂中毒的废气中的物质和粉尘进行预处理。另外，催化燃烧装置用换热器的换热效率较低，约为50%。为了提高热效率和降低运行成本，1975年在美国研制了一种传热效率大于90%的蓄热式燃烧装置。由于其较低的运营成本,因此,可用于中等厚程度的废气。这项技术也在欧洲发展起来。在日本，美国发展了一种改进的催化氧化法。1977年，该产品被日本铁化机销售。本产品能更经济地处理高、中、高温废气。

总的来说,根据加工、废气处理方法的方法主要有两种:一种是回收方法,另一种是方法。回收方法主要包括碳吸附法、变压吸附法、冷凝法和膜分离法。回收方法是采用温度、压力、选择性吸附剂、选择性渗透膜等物理方法分离VOC。方法包括热氧化法、催化燃烧法、生物氧化法和综合技术法，方法主要是利用热、催化剂和微生物通过化学反应或生化反应将物转化为CO2和水。

1、回收技术

（1）炭吸附法

碳吸附是目前应用广泛的回收技术。其原理是利用吸附剂(颗粒活性炭和活性炭纤维)的孔结构吸附废气中的VOC。将包含废气活性炭床,挥发性化合物的吸附剂吸附、净化气体,大气中。

当碳吸附饱和时，饱和碳床被解吸并。当被蒸汽加热时，VOC被吹出并与水蒸气混合形成蒸汽混合物。蒸汽混合物被冷凝器冷却，以将蒸汽冷凝成液体。如果VOC是水溶性的，则用蒸馏提纯液体混合物；如果不溶于VOC，则直接用沉淀器回收VOC。由于在“三苯基”和水中使用的油漆不相互溶解，所以可以直接回收。

碳吸附技术主要用于废气成分简单,回收价值高,物废气处理设备的大小和成本成正比的VOC气体,但相对独立的废气流;正因为如此,木炭吸附床是更倾向于稀释大容量物流、常用的VOC浓度小于5000 PPM。适用于低温、低湿、大排量的场合，尤其适用于卤化物的净化和回收。

（2）冷凝法

冷凝是将废气冷却到物露点温度以下，使物凝结成液滴，从废气中分离出来，直接回收的简单的回收技术。然而，在这种情况下，离开冷凝器的废气仍然含有的VOC，不能满足环境排放标准。为了获得高回收率,系统需要高压力和低温度、设备成本显著增加。

冷凝法主要用于回收高沸点、的VOC。适宜的浓度范围为5%（体积）。

（3）膜分离技术

膜分离系统是一种工艺简单、、能耗低、无二次污染的新型分离技术。

膜分离技术的基础是利用对物选择性渗透的聚合物膜，使蒸气的渗透比对空气容易10~100倍，从而实现物的分离。

简单的单级膜分离的膜分离系统,直接压缩气体通过膜表面,实现VOC的分离,而是因为,单级膜分离度很低,难以满足分离的要求,多级膜分离系统将增加设备投资。

MTR公司了一种新型的集成膜系统，该系统只需使用膜，可提高回收率，降低系统成本。

该技术综合了压缩、冷凝和膜分离的特点，实现了分离。压缩机将进气提升到的压力，再将进气送至冷却器冷凝，使部分VOC凝结，凝结水直接进入储罐。离开冷凝器的冷凝气体仍然含有大量的物质,并有很高的压力,可以用来作为推动力的膜透性,膜分离不再需要额外的权力。不可冷凝的气体被送到膜系统。选择性渗透膜将气体分成两股流，去除从VOC非渗透侧排出的净化气体。渗透物流是富含物的蒸汽，它循环到压缩机的入口。该系统通常能从进气中去除以上的VOC，使废气中的VOC达到环境排放标准。

该系统的特点是端面渗透物料的浓度与进气浓度无关，而进气浓度是由冷凝器的压力和温度决定的。

（4）变压吸附技术

该技术使用吸附剂在的压力下,物的吸附。当吸附剂饱和时，吸附剂被。不是利用蒸汽，而是通过压力转移去除物。当压力降低时，物从吸附剂表面解吸。其特点是没有污染,回收,可以回收活性物。但该工艺操作成本高，吸附需加压，解吸需减压，环保应用较少。

回收技术的适用范围：

颗粒活性炭主要用于回收脂肪和芳香烃、大多数氯化溶剂、常用醇、一些酮和酯类等。常见的有苯、甲苯、二甲苯、正己烷、庚烷、甲基乙酮、丙酮、四氯化碳、乙酸乙酯等。但成本远远高于颗粒活性炭吸附。吸附法已广泛应用于涂料行业“三苯”,乙酸乙酯,制鞋行业“三苯”,甲苯、乙酸乙酯的印刷行业,电子行业的二氯甲烷和三氯乙烷回收。碳吸附法要求废气中VOC不应超过5000 0ppm，湿度不应超过50%。当浓度大于5000 0ppm时，应在吸附前稀释。它不适用于某些活性物质，如酮、醛和酯。这类VOC与活性炭或活性炭表面发生反应，堵塞碳孔，使活性炭失活。

缩合法对高沸点物有较好的回收效果，对中、高挥发性物的回收效果较差。该方法适用于VOC浓度>5%时，回收率不高。然而，大部分废气中含有水分，当温度低于0℃时，系统会结冰，降低系统的性，很少单独使用。

膜分离方法适用于处理一个物流,即0.1% < VOC浓度< 10%,膜系统的成本,流量成正比,与浓度。适用于、高价值的物回收，设备成本高。

从工业用聚烯烃装置的冲洗气中回收烯烃单体和氦。在环境保护，从加油站回收碳氢化合物，从制冷设备、气溶胶和泡沫塑料的生产和使用中回收氟氯化碳，从PVC加工中回收氯乙烯单体。这种技术很有前途,出现新的膜和系统成本降低,这将成为一个重要的循环再利用的方式之一。

2、技术

（1）热氧化

热氧化系统是一种燃烧剂以物。其工作温度高达700～1000℃。这不可避免地有很高的燃料成本，为了降低燃料成本，需要回收离开氧化剂的废气的热量。传统的壁面换热和新的非定常传热技术有两种回收方式。

式热氧化是用来捕捉列管或板分区换热器热气体排放净化,它可以回收40% - 70%的热量,和恢复的热量进入氧化预热系统的废气。在预热后，废气可以通过火焰达到氧化温度并被净化。壁面传热的缺点是热回收效率不高。

蓄热式热氧化(RTO)采用一种新的非稳态传热方式进行热回收。其主要原理是废气与净化废气交替循环，通过反复改变流动方向，限度地捕捉热量，蓄热系统提供的热能回收。

在的周期内,含有废气进入RTO系统,首入耐火材料蓄热床层1(床前的循环净化空气加热),废气吸收热量使床层的温度上升1,然后进入氧化室;室内VOC氧化氧化为二氧化碳和水,净化气体,氧化后从燃烧室高温净化气,到另一个冷蓄热床层2,从热床气体排放净化,存储(用于预热下一周期的废气)进入系统,并减少气体排放净化的温度。这个过程持续一段时间。气体流向反向，废气从床2进入系统。这一循环不断地吸收和释放热量，而作为热阱的储热床在进出口运行方式中不断变化，产生了的热回收，热回收率可达的VOC去除率的。

（2）催化燃烧

催化燃烧类似于热氧化处理VOC。它使用铂、钯等贵金属催化剂和过渡金属氧化物催化剂代替火焰。操作温度低于热氧化温度，通常为250℃-500℃.因为温度降低,允许使用标准的材料来代替昂贵的材料,降低设备成本和运行成本。与热氧化类似，该系统可分为两种类型的热回收方法：壁式和式。

壁面催化燃烧是催化床后面的热交换器。该换热器不仅降低了废气温度，而且对含VOC的废气进行了预热。热回收达到60-75%。这种氧化剂在工业过程中应用已久。

催化燃烧(有数只)是一种新的催化技术。它具有RTO的能量回收、催化反应的低温操作和能量效率的优点。将催化剂放置在材料的顶部，以优化纯化。其热达～。

RCO系统性能的关键是使用的催化剂，浸渍在鞍状或蜂窝陶瓷、贵金属或过渡金属催化剂上，使氧化在RTO系统的一半温度下发生，从而降低燃料消耗。降低了设备成本。

现在，一些已经开始使用RCO技术来废气，许多RTO装置已经开始转化为RCO，这样就可以将运行成本降低33到75，并使气体流量增加20至40。

（3）集成技术（炭吸附＋催化氧化）

对于大流量、低浓度废气,单一的使用上面的方法费用高,不经济。碳吸附具有处理低浓度和常量的优点。首先，用活性炭捕获废气中的物，然后用热空气解吸，流量小得多。这样可使VOC富集10-15倍，减少了废气处理量，减少了后处理设备的规模。利用催化燃烧的特点，将浓缩气体送入催化燃烧装置以VOC，适用于的催化燃烧。催化燃烧释放的热量可以通过壁面换热器预热到碳吸附床的解吸气体中，降低了系统的能量需求。

使用碳吸附技术处理低浓度和大量的一个点,并利用催化床处理流程的优势,的温和,形成一种非常的集成技术。该技术也已用于处理我国油漆、印刷和制鞋工业的高流量、低浓度废气。

技术的使用范围：

（1）热氧化

该热氧化系统在700℃~1000℃范围内运行，适用于流量为2000-500m3/hCOC，VOC浓度为100-2000PPM的条件下。

这种换热器的优点是可以通过简单的金属换热器捕捉到热量，并且只需几分钟就能达到所需的操作条件，这是适合循环运行的。

热氧化具有很高的氧化温度、存储可以处理难以物的热分解过程,该系统是 - 的VOC速率是很常见的。热回收效率在80%～90%之间。运行只需要少量或不需要燃料，特别是VOC含量相对较低的气体，这些气体的于壁间热氧化。

热氧化的缺点是：(1)高温燃烧产生的氮氧化物，这也是一种危险的排放物，需要进一步处理；(2)热反应较慢；(3)卤化物处理不理想；(3)增设一个带有后处理装置的洗涤塔来处理酸性气体；输入空气浓度不能超过25 LEL 5，设备投资成本高。

（2）催化氧化

在较低的温度下催化氧化是热氧化,通常在250℃至500℃的形式,它的容量是2000 - 20000 m3 / h,适合VOC浓度是100 - 2000 ppm,去除达以上。低工作温度与壁间热交换器结合可以减少启动所需的燃料。

与热氧化相比，催化燃烧具有以下优点：(1)反应温度低于热氧化，节省了燃料；(2)停留时间短，设备尺寸减小；(3)由于燃料的减少，产生的CO较少，CO和VOC相互转化。(4)比热氧化系统的启动和冷却时间短；(5)操作温度低，不包括NOx的生成；(6)由于温度的降低，采用标准材料代替昂贵的材料，提高了RCO系统的机械寿命。

催化氧化也有缺陷：(1)催化剂容易被重金属或颗粒失活；(2)卤化物和硫化物处理后会产生酸性气体，需要用洗涤塔进一步处理；(3)废物催化剂如果不能回收，则应加以处理；空气浓度不应超过25。

（3）集成技术（炭吸附＋催化燃烧）

碳吸附VOC复苏已广泛应用于油漆、印刷和电子行业,率可以达到90%到,但对于低浓度气体,从经济上的考虑,采用循环经济,技术。

综合技术的优点是以较低的成本处理低浓度和大气废气。通过浓缩废气，减少了待处理废气的体积。采用体积较小的催化燃烧氧化剂处理大流量的废气，降低了设备和运行成本。

该技术不适用于、反应性VOC和相对湿度大于50%的场合。含卤素废气仍需采用后处理设备处理。

可以看出，上述每一种方法都有其各自的优缺点和适用对象。总结和比较了几种常用方法的优缺点。

热力燃烧法TO

1. 净化

2。能净化各种废气,不需要预处理,减少不稳定、性高吗

三。当排气且时，热能可重复使用。

1.高处理温度和耗

2. 存在二次污染

3.燃烧单元、燃烧室和热回收单元价格昂贵，难以维护。

4所示。处理大流量,低浓度废气能量消耗太大,运行费用高

RTO

1。具有的优点是，但需要废气的复杂预处理。

2.能耗远低于TO，可处理大流量、低浓度的废气。

1.处理温度低于TO，但仍较高，仍有少量二次污染。

2. 造价较高

3. 占地面积大

催化燃烧法 CO

1。的净化、无二次污染

2。能耗低，比同等条件下低50%，操作成本低。

1.当电能预热时，低浓度废气无法处理。

2.催化剂成本高，使用寿命有限

3. 复杂废气需预处理

RCO

1。的净化、无二次污染

2。在各种燃烧方式中，能量消耗低，排气浓度为1-1.5 g/M3。

3.能处理各种废气

1.整体式覆盖面积小，但维护困难。

2. 分体式占地面积大

3.积分不应该用于(4 g / m3),或催化床超温

4. 复杂废气需预处理

吸附法

1. 可净化大流量低浓度废气

2。单种废气的溶剂回收

3. 运行费用较低

1. 吸附剂需补充和

2.先冷却温度较高的废气

3. 复杂废气需预处理

4. 管理不便

5. 存在二次污染

6. 性差

吸收法

1.以亲水溶剂蒸汽水为吸附剂，设备成本低，操作成本低，性好。

2。可以使用,如酯吸收苯废气,吗

3. 适用于大流量低浓度废气

1。当水作为吸附剂时，需要对所产生的废水进行处理。

2. 吸收、脱吸控制管理复杂

（二）低浓度、大风量废气的治理技术

在使用溶剂等溶剂时，如汽车涂装、印刷等工业排放的废气，其特点是溶剂浓度低，空气体积大，如果采用这样的方法将使用大量的设备，消耗大量的资金。目前，世界上对低浓度、大风量的废气的处理主要有以下几种方法。

（1）蜂窝轮式浓缩系统

该系统在1977 - 1979年由日本、瑞典活泼,Zeol公司1985 - 1986年的成功和销售。1990年左右，该技术从日本引进欧美，溶剂排放总量控制严格，市场急剧扩大。该系统采用蜂窝轮连续吸附和分离低浓度、大风量废气中的溶剂。然后，通过对小风量热风的解吸，、小风量的溶剂气。后与小催化燃烧或浓缩的气体活性炭回收设备组合,构成经济的处理系统。系统的关键部件是圆柱形吸附轮，它由活性炭或疏水性沸石加工成波纹状，然后轧制成蜂窝结构。整个蜂窝轮分为吸附区和区。当含溶剂的废气通过吸附区时，含溶剂的废气被吸附，净化气体排出。车轮吸附的溶剂随车轮的旋转进入区，在120~140℃的热风中加热和解吸，并随热风排出。由于剥离远低于吸附空气体积,所以脱附气体浓度的溶剂可以增加10到20倍。解吸后的废气只能通过吸附空气体积的一个或多个装置来处理。该系统体积小，成本低。它已成为处理低浓度、大风量废气的方法，并了广泛的应用。但其引进价格昂贵，在我国经济中普及难以承受。发挥其净化过程的优势,国内研究单位,主要设备是我国修改申请。例如，使用填充有蜂窝活性炭的固定吸附浓缩装置代替蜂窝轮浓缩装置。蜂窝轮转动的影响是通过在多个固定床之间的吸附和解吸过程切换来实现的。该方法不存在旋转部件和动态密封问题，具有制造简单、维护方便、廉、在原工艺中具有浓缩功能等优点。在邮电部印花局引进的法国六色印刷机废气处理中，利用该工艺设备完成了21000~30000 m3/h风量自动控制的工业试验，经过两年的运行试验，取得了满意的效果。为我国治理废气的低浓度、大风量提供了一种适用的方法。

（2）液体吸收法

该方法是通过与废气接触使液体吸收剂吸收的溶剂，然后通过解吸除去或回收溶剂，使吸收剂、再利用。由于该过程中可以使用特定的吸附和催化燃烧单元，所以可以使用多倍气体容量的塔式吸收装置，使设备体积小得多，而且设备的成本也较低。但是很难找到理想的吸收剂，因为溶剂一般是非极性物质，它们对极性水分子排斥，很难溶解，而油或芳烃萃取剂在溶剂中的溶解度较高，一般价格较高，有些仍有异味。国内对它的研究一直在水中添加表面活性剂等活性成分的方法,来提高溶剂的溶解度。结果表明，用该吸收剂处理含苯喷漆尾气是可行的，但该实验室研究成果尚未推广应用，这可能与吸收能力有限的吸收剂的有关。近年来，我国采用了柴油、芳烃等废气吸收剂作为吸收剂。一些实例已经在工业上了应用。但是，吸附剂由于操作成本高而不能进行处理，或者由于吸附剂本身的损失而不能进行处理。液体吸收法在应用较少，报道较少。看过报道日本印刷厂使用液体吸收,吸收剂的使用液体含有催化剂,使用操作成本低,但需要进一步提效率。由于液体的吸收，还有许多问题需要解决，这限制了它的应用。

（3）生物处理法

自20世纪40年代和50年代以来，德国和美国成功地发展了原料脱臭技术。1970年，日本对土壤脱臭和活性污泥脱臭进行了研究，了各种除臭装置，并将其应用于实际中。方法是通过微生物分解溶剂。由于其能耗低，运行成本低，受到人们的重视。特别是在欧洲，德国是技术发展的中心，应用案例的数量也在逐渐增加。其缺点是对各种溶剂具有选择性，限制了其应用。目前已用于废水处理厂、饲料加工厂等废水处理厂中硫化氢、低分子醛、乙醇和酸的脱臭。用于彩色胶片乳剂涂布和干燥过程的甲醇,乙酸乙酯的治理也取得了很好的结果。甲苯、二甲苯等非亲水性芳香族化合物的生物处理技术也了成功的发展。与其他方法相比，该方法具有占地面积大的缺点。

（4）其它方法

除上述三种工业化方法外，2种方法仍处于实验室研究阶段。

a） 固体膜分离净化法

方法是使用膜分离净化废气,气体膜分离过程的分离组件是使用膜透性差异。国内家对管状硅橡胶膜分离含苯废气进行了研究。测定了二甲苯与空气的分离系数。推导了管式膜分离器内气体分离因子与雷诺兹数之间的关系。利用膜分离方法富集低浓度废气，再进行回收或催化燃烧处理的研究，目前尚处于实验室阶段。结果表明，甲苯和二甲苯的净化率可达90倍，浓度比可达10-20倍，可降低浓度、大体积苯废气的处理成本。因此,膜分离技术应用于低浓度、大风量包含苯内容不失为一种经济、的废气处理系统的新方法。

b） 光催化氧化技术

家利用臭氧作为辅助氧化剂对苯的光催化氧化进行了研究，并利用各种光催化氧化反应作为补偿技术处理苯、甲苯、二甲苯、乙苯废气。结果表明，与活性炭吸附、催化燃烧等补偿技术相比，光催化氧化具有的经济潜力。

低浓度、大体积废气的处理，无论采用哪种方法，成本都很高。光催化过程排气技术bek经验研究,实践经验,在国内首先介绍大规模工业废气净化的使用。形成了一系列工业光催化废气净化装置。

光催化除臭剂Anjule是在催化剂作用下，利用生物喷雾预处理，然后进入光催化净化装置，在室温下将废气转化为CO2和H20的一种环保设备。目前，该装置已被用户广泛使用，并取得了良好的净化效果。

光催化剂技术主要是锐钛型二氧化钛(二氧化钛),成功使用bek新型光催化剂材料,已经把它作为一个关注本世纪的发展,和被称为当今世界的空气净化除臭剂的之一,在中国bek推动也广泛应用。