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    揮發(fā)性有機物(VOCs)吸附回收技術(shù)進(jìn)展

    文章出處:華康中天    人氣:155     發(fā)表時(shí)間:2018-05-15

    近年來(lái),我國多個(gè)地區多次出現大范圍的霧霆天氣,以臭氧、細顆粒物(PM2.5)、酸雨為特征的區域性大氣復合污染問(wèn)題日益突出。作為臭氧和二次顆粒物的重要前體物,揮發(fā)性物(VolatileOrganicCompounds,VOCs)在大氣化學(xué)反應過(guò)程中扮演著(zhù)   重要的角色。同時(shí),大部分的VOCs都具有較強的刺激性和毒性。如苯被列為一類(lèi)致癌物質(zhì),正己烷、庚烷和辛烷會(huì )影響人的神經(jīng)系統。
      2010年5月提出了加強VOCs污染防治工作的要求,將VOCs和SO2、NOx與顆粒物一起列為大氣環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)控污染物。2012年12月底出臺的我國綜合性大氣污染防治規劃《區域大氣污染防治“十二五”規劃》要求提高VOCs排放類(lèi)項目建設要求,開(kāi)展行業(yè)治理,完善VOCs污染防治體系。
      在生產(chǎn)過(guò)程中采用替代產(chǎn)品、改進(jìn)工藝和   換設備是減少VOCs產(chǎn)生和排放的措施,然而對于一些工藝過(guò)程和生產(chǎn)而言,清潔生產(chǎn)的路還很長(cháng),在短時(shí)期內末端控制技術(shù)仍然是   的一種手段。目前VOCs的治理技術(shù)主要包括回收法和銷(xiāo)毀法。無(wú)論從環(huán)保還是從經(jīng)濟角度來(lái)看,回收法都是值得提倡的VOCs治理技術(shù)。
      VOCs回收技術(shù)包括吸附、冷凝、吸收、膜分離等,其中吸附法設備簡(jiǎn)單、適用范圍廣、凈化,是一種傳統的VOCs治理技術(shù),也是目前應用廣的治理技術(shù)。席勁瑛等通過(guò)調研大量工業(yè)VOCs處理技術(shù)工程案例發(fā)現,吸附技術(shù)在國內的市場(chǎng)占有率高(38%),在適于回收VOCs的情況下,吸附技術(shù)是一種經(jīng)濟、符合清潔生產(chǎn)理念的選擇,因此在   廣泛應用網(wǎng)。
      一、吸附法治理技術(shù)
      吸附法是利用各種固體吸附劑對排放廢氣中的污染物進(jìn)行吸附凈化的方法網(wǎng)。通常吸附分為物理吸附和化學(xué)吸附兩類(lèi),而VOCs廢氣的凈化主要采用物理吸附方法。吸附法適宜處理低濃度、高風(fēng)量的廢氣,主要用于吸附回收脂肪和芳香族碳氫化合物、大部分含氯溶劑、常用醇類(lèi)、部分酮類(lèi)和酯類(lèi)等。吸附法的關(guān)鍵技術(shù)是吸附劑、吸附設備和工藝、   介質(zhì)、后處理工藝等的確定。
      1、常用吸附劑
      目前在VOCs凈化中常用的吸附劑有無(wú)機和吸附劑兩類(lèi),應用較多的是無(wú)機吸附劑,主要有活性炭(包括顆?;钚蕴?、蜂窩活性炭和活性炭纖維)、分子篩(包括顆粒分子篩、分子篩成型體蜂窩和分子篩涂覆材料)、沸石、顆粒硅膠、活性氧化鋁、多孔粘土礦石等,吸附劑主要是指高聚物吸附樹(shù)脂。
       無(wú)機吸附劑是活性炭。與顆?;钚蕴肯啾?,蜂窩活性炭具有床層阻力小的優(yōu)點(diǎn)。目前,我國處理高風(fēng)量、低濃度VOCs設備的吸附劑以蜂窩狀活性炭為主?;钚蕴坷w維具有比表面積大、微孔豐富且分布均勻、吸脫附速率快、吸附、易   等優(yōu)點(diǎn)?;钚蕴坎牧蠈Ψ菢O性物質(zhì),如溶劑具有非常好的吸附能力;相反,對極性物質(zhì)如水,則吸附性較差,因此有可能很方便地用水蒸氣   。
      沸石和分子篩的主要成分都是鋁硅酸鹽,具有良好的熱穩定性,在使用熱氣流   時(shí)   性好。不同類(lèi)型的分子篩對VOCs的吸附效果不同,因此可以通過(guò)對分子篩進(jìn)行化學(xué)修飾和改性,提高其對VOCs的去除效果。
      2、吸附劑   
      在VOCs治理中常用的吸附劑   方法有低壓水蒸氣置換   、熱氣流吹掃   和降壓或真空解吸   。低壓水蒸氣置換   、熱氣流吹掃   適用于脫附沸點(diǎn)較低的低分子碳氫化合物和芳香族物。
      目前還發(fā)展了一些新型節能的吸附劑   技術(shù),如微波脫附、電焦耳脫附、溶劑置換、超聲波   等。這些新的脫附技術(shù)節能效果好、,但目前尚處于研究階段,實(shí)際應用較少。
      3、常用吸附裝置
      在廢氣治理方面,工業(yè)上常用的吸附設備有活性炭吸附塔、固定床、移動(dòng)床、流化床和沸石蜂窩轉輪吸附裝置,常用的是固定床。沸石蜂窩轉輪吸附裝置是廢氣凈化中相對較新的旋轉式吸附系統,也稱(chēng)為轉子吸附器。廢氣可徑向或軸向地通過(guò)裝有吸附劑的轉子,并經(jīng)過(guò)大部分的旋轉床層而被凈化。轉子吸附器的優(yōu)點(diǎn)是設備體積小、操作方便、壓降低,可以連續地將大流量的廢氣處理成低濃度的凈化氣,而解吸出來(lái)的氣體則而流量低,一般增濃比可達10~15倍。
      4、主要吸附工藝
      (1)固定床吸附-水蒸氣置換   -冷凝回收工藝
      該工藝通常以顆?;钚蕴?、活性炭纖維或沸石作為吸附劑,主要對較低濃度的廢氣中的溶劑進(jìn)行回收。固定床中的吸附劑吸附達到飽和后,通入高溫水蒸氣使被吸附的物隨水蒸氣一起離開(kāi)吸附床,然后用冷凝器冷卻蒸汽混合物,使其冷凝為液體。
      (2)固定床吸附-真空解吸   -吸收回收工藝
      該工藝通常采用中孔發(fā)達的顆?;钚蕴孔鳛槲絼┻M(jìn)行吸附,然后采用抽真空降壓對吸附劑進(jìn)行   ,被真空泵所抽出的   濃度的廢氣通常采用低揮發(fā)性的溶劑進(jìn)行吸收回收。該工藝適合于廢氣的回收。
      (3)沸石轉輪吸附濃縮工藝
      在目前我國的廢氣污染中,低濃度、大風(fēng)量的VOCs排放占了相當大的比例,因此吸附濃縮技術(shù)是低濃度廢氣治理中為經(jīng)濟的技術(shù)途徑。近年來(lái)我國從日本引進(jìn)了一批沸石轉輪吸附濃縮裝置,業(yè)內的很多企業(yè)也正在積極進(jìn)行該項技術(shù)的應用工作。和固定床吸附濃縮技術(shù)相比,沸石轉輪吸附濃縮技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn):采用蜂窩式沸石作為吸附劑,可采用高溫脫附,   ,   性能好,適宜處理的VOCs范圍   廣;設備阻力小,吸附劑的,運行成本低;尾氣中污染物的濃度穩定,便于控制;結構緊湊,設備體積和占地面積小。
      (4)吸附-冷凝組合工藝
      吸附濃縮-冷凝回收工藝通常用于低濃度、大風(fēng)量、回收價(jià)值較高的VOCs的凈化,目前工業(yè)上主要使用固定床或者沸石轉輪作為吸附裝置。當吸附劑吸附達到飽和后,根據廢氣和使用的吸附劑性質(zhì)選擇水蒸氣或熱氣流進(jìn)行解吸,也可以進(jìn)行真空解吸   ,解吸出的高溫、混合蒸汽再進(jìn)入冷凝器中進(jìn)行冷凝回收。
      二、VOCs回收治理技術(shù)總結展望
      (1)從資源化的角度來(lái)看,回收技術(shù)是治理VOCs行之的方法。   EPA指出,活性炭吸附是去除VOCs“可采用的好技術(shù)”,而且吸附法也正是我國目前應用為廣泛、為成熟的技術(shù),特別是活性炭固定床吸附變溫技術(shù)適合我國現有的經(jīng)濟、技術(shù)水平。

      (2)VOCs成分、組成和性質(zhì)的復雜性導致單一的治理技術(shù)在大多數情況下不能很好的解決當前企業(yè)及化工園區普遍存在的尾氣排放不達標、設備運行成本高、經(jīng)濟效益低的問(wèn)題?;诓煌に嚰傻慕M合方法,如吸收-吸附、冷凝-吸附、吸附-膜分離等組合工藝,可進(jìn)一步提高VOCs的去除率、降低成本和減少二次污染。
      (3)研制具有催化氧化等   佳吸附性能或滿(mǎn)足特定需求的吸附劑,尋找切實(shí)可行的吸附劑表面改性方法;探究VOCs在吸附解吸過(guò)程中的熱質(zhì)耦合傳遞機理,分析VOCs的傳熱傳質(zhì)特性;加強對吸附解吸過(guò)程影響因素的研究,提高吸附效率,延長(cháng)吸附劑壽命;   預測VOCs的相變和吸附解吸過(guò)程,建立VOCs回收過(guò)程預測方法和回收裝置設計方法;具有   高吸附效率的凈化設備。這些問(wèn)題有待于進(jìn)一步的研究和探討。
      (4)目前常用的吸附-冷凝組合工藝中吸附和冷凝是同一工藝的兩個(gè)獨立過(guò)程,是一種弱耦合,只是將冷凝與吸附兩種裝置簡(jiǎn)單連接而成,會(huì )造成設備占地面積大、能源利用率低、成本高等不足。將冷凝和吸附耦合在同一通道內同時(shí)進(jìn)行,可以縮短流程,延長(cháng)吸附劑壽命,提   源利用率和VOCs回收效率。因此深入系統地開(kāi)展吸附冷凝耦合過(guò)程與行為的研究有望突破傳統意義上的吸附和冷凝技術(shù)的限制,具有重要的意義和工程應用價(jià)值。 

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