低浓度、大风量有机废气治理技术及应用探讨

低浓度、大风量有机废气治理技术及应用探讨

甘萍

深圳市源清环境技术服务有限公司（518000）

摘要：“十三五”以来，在低碳环保理念的影响下，工业企业进入低碳改造的浪潮中，有机废气（VOCs）减排成为低碳减排重难点。典型工业企业有机废气以低浓度、风量大为特点，这类废气常用的治理工艺呈现技术单一、运行成本高、运行效率低、二次危废产生高、治理设备生命周期短等问题。为提高治理效率、降低生产成本，亟需针对性解决低浓度、大风量有机废气治理问题，本论文将以低浓度、大风量的典型工业企业废气减排为切入点，指导企业合理选择组合或单一的有机废气（VOCs）治理技术、集约有效的末端排放方式，真正的为企业减污、增效、降负。

关键词：低浓度；大风量；有机废气；组合技术、;单一技术、;治理技术

1、行业常用单一技术

1.1传统单一冷凝技术

冷凝法是通过冷凝器将废气降温至VOCs成份大的露点以下，实现从气态到液态的转换，使之凝结为液态后加以回收之方法通过对液态VOCs回收达到降解目的。

典型工艺：

该方法处理成本高，适用于多用于高浓度高、单一组分单一且具备有回收价值的VOCs的处理。处理成本较高，故通常VOCs浓度≥5000ppm，方才适用冷凝处理，处理其效率可达介于50~85%之间；浓度≥1%以上时，则回收效率可达90%以上。冷凝法也经常搭配其它控制技术，例如：以焚化、吸附、焚化、洗涤等作为前处理步骤前段处理技术。

1.2膜分离技术

原理：用人工合成的膜分离VOCs物质。

典型工艺：

适用于高浓度VOCs，回收效率高于97%。优点：部分组分可回收组分；、处理高效；、且可集成其余其他技术。缺点：成本较高；、会造成膜污染；、膜的稳定性差；、通量小。

1.3热力焚烧技术

原理：利用热氧化将污染物转化为无害的水、二氧化碳。

典型工艺：

适用于风量大、浓度高，无氯、硫等元素。优点：处理效率高、VOCs适用种类多。缺点：反应温度高，、低浓度VOCs处理能耗高。

1.4催化氧化技术

原理：把废气加热到250~350℃经过催化床催化燃烧转化成无害无臭的二氧化碳和水，达到净化目的。

典型工艺：

适用于无卤素类VOCs处理优点：反应温度低、运行能耗低。缺点：VOCs选择性强，、催化剂更换费用高。

1.5生物降解技术

原理：针对可微生物降解的污染物，利用微生物对废气中的污染物进行消化代谢，将污染物转化为无害的水、二氧化碳及其它无机盐类。

典型工艺：

适用于可以微生物可分解物质为主的污染物，可以生物处理的污染物包括：简单有机硫化物、碳氢氧组成的各类有机物、简单有机硫化物、有机氮化物、硫化氢及氨气等无机类等。

1.6等离子体技术

原理：等离子体场可富集离子、电子、激发态的原子、分子及自由基等大量活性物种，如离子、电子、激发态的原子、分子及自由基等；，活性物种可将污染物分子离解小分子物质。

典型工艺：

适用于低浓度VOCs，室内空气净化。特点：实现VOCs 低温去除；、处理效率高，、能耗低；、净化并清新空气。

1.7吸附技术

原理：利用吸附剂与污染物质(VOCs)进行物理结合或化学反应并，从而去除将污染成分去除。

典型工艺：

适用于中低浓度的VOCs的净化。优点：去除效率高，、易于自动化控制。缺点：不适用于高浓度、高温的有机废气，、且吸附材料需定期更换。

1.7吸收技术

原理：由废气和洗涤液接触将VOCs从废气中移走，之后再用化学药剂将VOCs中和、氧化或其它化学反应破坏。

典型工艺：

适用于高水溶性VOCs，不适用于低浓度气体。优点：技术成熟、可去除气态和颗粒物、投资成本低、占地空间小、传质效率高、对酸性气体高效去除。缺点：有后续废水处理问题、颗粒物浓度高、会导致塔堵塞、维护费用高、可能冒白烟。

2、行业常用组合技术

2.1沸石转轮+RTO技术

原理：通过沸石分子筛进行吸附浓缩，高浓度VOCs经RTO 800℃焚烧处理，高温烟气用于沸石转轮脱附，脱附温度180-220℃。

典型工艺：

优点：1、适用于大风量低浓度VOCs处理；2、吸附剂使用寿命长，适用VOCs种类多。

缺点：1、碳排放高；2、燃烧温度高，运行费用高；3、处理含氯、硫、氮的VOCs会产生二次污染，不适用于酮类VOCs处理；4、VOC浓度低，天然气耗量大；5、VOCs浓度高，由于浓度波动，易发生爆炸。

2.2吸附浓缩+深度冷凝技术

原理：采用深度冷凝将VOCs冷凝为液体，从而回收溶剂，通常与吸附浓缩搭配，脱附载气有水蒸气和氮气两种。

典型工艺：

优点：1、可以回收溶剂，为用户赚钱；2、减少碳排放。

缺点：1、为了保证达标排放，冷凝温度通常低于-50℃，甚至低于-100℃，冷水机组通常采用复叠式制冷，设备资金投入高，运行费用高，但往往难以达到排放标准要求；2、采用水蒸气脱附还面临回收溶剂含水，需进一步精馏的困境，并且在冷却过程，活性碳易被氧化，造成活性碳使用寿命不长；3、采用氮气脱附，需要闭式管道，压力会随温度波动而波动，对设备管道耐压能力提出更高要求。

2.3吸附+闭式氮气循环脱附冷凝回收（CCR技术）

原理：采用闭式氮气循环脱附冷凝回收（CCR）将VOCs冷凝为液体，从而回收溶剂，通常与吸附浓缩搭配，脱附载气为氮气。

典型工艺：

优点：1、活性碳利用率高，吸附剂用量少；2、二级吸附保护，VOCs排放浓度更低；3、氮气脱附，运行更加安全，可以处理酮类、含氯、含硫、含氮的VOCs；活性碳无损脱附，使用寿命长；4、冷凝温度比传统工艺提高40度左右，减少设备运行能耗；5、溶剂回收价值高，可覆盖运行费用，并为用户赚钱；6、碳排放少，符合“双碳目标”。

缺点：1、不适合VOCs种类非常多的应用场景；2、初期投资高；3、系统更复杂。

2.4吸附+催化燃烧法

在低浓度、大风量有机废气的治理中，为了满足工作需求，要对吸附的有机废气成分进行分析，确保吸附的功能顺利发挥。采用活性炭固定床将VOCs净化，脱附VOCs采用催化氧化处理，回收反应热用于活性炭脱附，要借助这种方式，实现对能源消耗的控制。

典型工艺：

图2：吸附+催化燃烧工艺

优点：处理效率高、活性炭投资少，催化氧化温度低，运行费用低。、

缺点：催化剂选择性强，不适用于复杂VOCs处理，催化剂更换费用高；活性炭易被氧化，使用寿命低，并产生危废和大量二氧化碳。

3、活性炭+催化燃烧处理工艺在低浓度、大风量有机废气中的改进与应用

3.1改进

1、吸附剂选型及优化

在进行吸附剂选型前采用FID、GCMS等科学仪器对废气排放特征、VOC成份进行分析。采用专业蒸汽吸附仪对吸附剂吸附特性和VOCs排放特性进行匹配。

2、串联吸附

采用双床串级保护吸附，前床突破后通过阀门切换继续吸附，实现吸附剂的在线静活性利用，可延长吸附周期，降低脱附次数和运行费用。

3、离线脱附+催化燃烧

对催化燃烧的离线脱附环节，可选择在移动脱附车中完成，减少废气治理设施占地面积，提高二次利用率。

3.12实际应用

以某喷涂装饰企业为例，企业在调漆、喷涂、晾干、烘干等生产工艺中产生大量有机废气，通过环保主管人员对市场的考察，最终选用活性炭+催化燃烧的废气处理方法进行废气治理。通过技术人员对生产流程进行检测发现，该企业在烘干工序产生的工业废气浓度最高，其次是喷涂和调漆两个生产环节，且有机物检测浓度较低，标杆流量较大。

在收集废气过程中采用循环风提浓方式提高废气收集浓度，增强活性炭吸附能力，降低运行费用；节约排风量，可以降低吸附风机能耗和吸附系统初投资。

吸附剂的选型采用专业蒸汽吸附仪对吸附剂吸附特性和VOCs排放特性进行匹配，最终选取溶剂回收的专用活性炭。

采用串联吸附方式，在不提升工程的前提下，实现排放浓度小于10mg/m³；吸附量提升50%。

结束语

综上所述，虽然现阶段我国的废气治理工艺很多，但是企业在选择废气治理工艺时也应当适当对治理工艺进行了解，从而选取最适合的废气治理工艺。并且，如果使用的治理工艺属于需要定期更换部件的类型，则技术人员还应当定期对其进行检测，避免因吸附装置长时间吸附其他物质，而导致的吸附功能下降的现象发生。

参考文献

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