- Contact Us 聯(lián)系我們
-
潮安總部地 址：廣東省潮州市潮安區(qū)庵埠鎮(zhèn)安南路美鄉(xiāng)工業(yè)區(qū)電 話(總機(jī))Tel: +86-768-6666724傳 真Fax: +86-768-6628724郵 箱E-mail: zkprint@qq.com
揮發(fā)性有機(jī)物吸附回收技術(shù)進(jìn)展
發(fā)布日期：2017-4-10 閱讀數(shù)：1676
揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)不僅本身具有較強(qiáng)毒性，而且是影響我國(guó)區(qū)域復(fù)合大氣污染的重要前體物和參與物，因此VOCs的控制受到越來(lái)越多的重視。吸附法是目前應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的回收VOCs的方法。介紹了常用吸附劑、吸附劑再生技術(shù)、吸附設(shè)備、主要吸附工藝以及吸附相關(guān)組合治理技術(shù)，探討了吸附回收技術(shù)在VOCs治理方面急需解決的問題以及發(fā)展趨勢(shì)。
近年來(lái)，我國(guó)多個(gè)地區(qū)多次出現(xiàn)大范圍的霧霾天氣，以臭氧、細(xì)顆粒物(PM：)、酸雨為特征的區(qū)域性大氣復(fù)合污染問題日益突出。作為臭氧和二次有機(jī)顆粒物的重要前體物，揮發(fā)性有機(jī)物(VolatileOrganicCompounds，VOCs)在大氣化學(xué)反應(yīng)過程中扮演著極其重要的角色。同時(shí)，大部分的VOCs都具有較強(qiáng)的刺激性和毒性。如苯被列為第一類致癌物質(zhì)，正己烷、庚烷和辛烷會(huì)影響人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。
2010年5月國(guó)務(wù)院辦公廳首次正式地從國(guó)家層面上提出了加強(qiáng)VOCs污染防治工作的要求，將VOCs和SO、NO與顆粒物一起列為改善大氣環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)控重點(diǎn)污染物。2012年12月底出臺(tái)的我國(guó)首部綜合性大氣污染防治規(guī)劃《重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》要求提高VOCs排放類項(xiàng)目建設(shè)要求，開展重點(diǎn)行業(yè)治理，完善VOCs污染防治體系。
在生產(chǎn)過程中采用替代產(chǎn)品、改進(jìn)工藝和更換設(shè)備是減少VOCs產(chǎn)生和排放的****措施，然而對(duì)于一些工藝過程和生產(chǎn)而言，清潔生產(chǎn)的路還很長(zhǎng)，在短時(shí)期內(nèi)末端控制技術(shù)仍然是必不可少的一種手段。目前VOCs的治理技術(shù)主要包括回收法和銷毀法。無(wú)論從環(huán)保還是從經(jīng)濟(jì)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(shè)備簡(jiǎn)單、適用范圍廣、凈化效率高，是一種傳統(tǒng)的VOCs治理技術(shù)，也是目前應(yīng)用最廣的治理技術(shù)。席勁瑛等通過調(diào)研大量工業(yè)VOCs處理技術(shù)工程案例發(fā)現(xiàn)，吸附技術(shù)在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)占有率最高(38%)，在適于回收VOCs的情況下，吸附技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)、符合清潔生產(chǎn)理念的選擇，因此在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。
1.吸附法治理技術(shù)
吸附法是利用各種固體吸附劑對(duì)排放廢氣中的污染物進(jìn)行吸附凈化的方法。通常吸附分為物理吸附和化學(xué)吸附兩類，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)量的有機(jī)廢氣，主要用于吸附回收脂肪和芳香族碳?xì)浠衔铩⒋蟛糠趾热軇、常用醇類、部分酮類和酯類等。吸附法的關(guān)鍵技術(shù)是吸附劑、吸附設(shè)備和工藝、再生介質(zhì)、后處理工藝等的確定。
1.1常用吸附劑
目前在VOCs凈化中常用的吸附劑有無(wú)機(jī)和有機(jī)吸附劑兩類，應(yīng)用較多的是無(wú)機(jī)吸附劑，主要有活性炭(包括顆；钚蕴俊⒎涓C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，有機(jī)吸附劑主要是指高聚物吸附樹脂。
最具代性的無(wú)機(jī)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(guó)處理高風(fēng)量、低濃度VOCs設(shè)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、吸附效率高、易再生等優(yōu)點(diǎn)；钚蕴坎牧蠈(duì)非極性物質(zhì)，如有機(jī)溶劑具有非常好的吸附能力;相反，對(duì)極性物質(zhì)如水，則吸附生較差，因此就有可能很方便地用水蒸氣再生。
沸石和分子篩的主要成分都是鋁硅酸鹽，具有良好的熱穩(wěn)定性，在使用熱氣流再生時(shí)安全性好。不同類型的分子篩對(duì)VOCs的吸附效果不同，因此可以通過對(duì)分子篩進(jìn)行化學(xué)修飾和改性，提高其對(duì)VOCs的去除效果。
1.2吸附劑再生
在VOCs治理中常用的吸附劑再生方法有低壓水蒸氣置換再生、熱氣流吹掃再生和降壓或真空解吸再生。低壓水蒸氣置換再生、熱氣流吹掃再生適用于脫附沸點(diǎn)較低的低分子碳?xì)浠衔锖头枷阕逵袡C(jī)物。 目前還發(fā)展了一些新型節(jié)能的吸附劑再生技術(shù)，如微波脫附、電焦耳脫附、溶劑置換、超聲波再生等。這些新的脫附技術(shù)節(jié)能效果好、效率高，但目前尚處于研究階段，實(shí)際應(yīng)用較少。
1.3常用吸附裝置
在有機(jī)廢氣治理方面，工業(yè)上常用的吸附設(shè)備有固定床、移動(dòng)床、流化床和沸石蜂窩轉(zhuǎn)輪吸附裝置，最經(jīng)典、常用的是固定床。沸石蜂窩轉(zhuǎn)輪吸附裝置是有機(jī)廢氣凈化領(lǐng)域中相對(duì)較新開發(fā)的旋轉(zhuǎn)式吸附系統(tǒng)，也稱為轉(zhuǎn)子吸附器。廢氣可徑向或軸向地通過裝有吸附劑的轉(zhuǎn)子，并經(jīng)過大部分的旋轉(zhuǎn)床層而被凈化。轉(zhuǎn)子吸附器的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備體積小、操作方便、壓降低，可以連續(xù)地將大流量的廢氣處理成低濃度的凈化氣，而解吸出來(lái)的氣體則濃度高而流量低，一般增濃比可達(dá)1O～15倍。
1.4主要吸附工藝
1.4.1固定床吸附一水蒸氣置換再生一冷凝回收工藝
該工藝通常以顆粒活性炭、活性炭纖維或沸石作為吸附劑，主要對(duì)較低濃度的有機(jī)廢氣中的溶劑進(jìn)行回收。固定床中的吸附劑吸附達(dá)到飽和后，通入高溫水蒸氣使被吸附的有機(jī)物隨水蒸氣一起離開吸附床，然后用冷凝器冷卻蒸汽混合物，使其冷凝為液體。
1.4.2固定床吸附一真空解吸再生一吸收回收工藝
該工藝通常采用中孔發(fā)達(dá)的顆；钚蕴孔鳛槲絼┻M(jìn)行吸附，然后采用抽真空降壓對(duì)吸附劑進(jìn)行再生，被真空泵所抽出的極高濃度的廢氣通常采用低揮發(fā)性的有機(jī)溶劑進(jìn)行吸收回。該工藝適合于高濃度有機(jī)廢氣的回收。
1.4.3沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮工藝
在目前我國(guó)的有機(jī)廢氣污染中，低濃度、大風(fēng)量的VOCs排放占了相當(dāng)大的比例，因此吸附濃縮技術(shù)是低濃度廢氣治理中最為經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)途徑。近年來(lái)我國(guó)從日本引進(jìn)了一批沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮裝置，業(yè)內(nèi)的很多企業(yè)也正在積極進(jìn)行該項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用工作。和固定床吸附濃縮技術(shù)相比，沸石轉(zhuǎn)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，再生效率高，安全性能好，適宜處理的VOCs范圍更廣;設(shè)備阻力小，吸附劑的利用率高，運(yùn)行成本低;尾氣中有機(jī)污染物的濃度穩(wěn)定，便于控制;結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備體積和占地面積小。
1.4.4吸附一冷凝組合工藝
吸附濃縮一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(zhuǎn)輪作為吸附裝置。當(dāng)吸附劑吸附達(dá)到飽和后，根據(jù)有機(jī)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)行真空解吸再生，解吸出的高溫、高濃度混合蒸汽再進(jìn)入冷凝器中進(jìn)行冷凝回收。
陸樹華等集成有機(jī)廢氣回收中冷凝法與吸附法的傳統(tǒng)工藝，將預(yù)冷、冷凝、吸附、分離四個(gè)過程集成在同一流道內(nèi)，設(shè)計(jì)出新型板式結(jié)構(gòu)的芯體，其有機(jī)廢氣通道與制冷劑通道由帶有三角形翅片的金屬板片相隔。在有機(jī)廢氣通道的翅片間填充吸附劑，在金屬板片另一側(cè)的通道內(nèi)流經(jīng)制冷劑。有機(jī)廢氣在經(jīng)吸附劑吸附的同時(shí)和制冷劑逆向流動(dòng)換熱，降低了吸附劑溫升，延長(zhǎng)吸附劑壽命。冷凝吸附后的低溫尾氣被引至裝置上部的芯體作預(yù)冷用，實(shí)現(xiàn)能源的二次利用，提高能源的利用率。裝置分為上下兩部分并用法蘭連接，便于裝置的拆卸以及吸附劑的更換。該裝置具有有機(jī)廢氣回收率高、占地空間小、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，適用于工業(yè)有機(jī)廢氣的回收治理。
2.結(jié)語(yǔ)
(1)從資源化的角度來(lái)看，回收技術(shù)是治理VOCs行之有效的方法。美國(guó)EPA指出，活性炭吸附是去除VOCs“可采用的最好技術(shù)”，而且吸附法也正是我國(guó)目前應(yīng)用最為廣泛、最為成熟的技術(shù)，特別是活性炭固定床吸附變溫技術(shù)適合我國(guó)現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)水平。
(2)VOCs成分、組成和性質(zhì)的復(fù)雜性導(dǎo)致單一的治理技術(shù)在大多數(shù)情況下不能很好的解決當(dāng)前企業(yè)及化工園區(qū)普遍存在的尾氣排放不達(dá)標(biāo)、設(shè)備運(yùn)行成本高、經(jīng)濟(jì)效益低的問題。基于不同工藝集成的組合方法，如吸收一吸附、冷凝一吸附、吸附一膜分離等組合工藝，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更佳吸附性能或滿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在吸附解吸過程中的熱質(zhì)耦合傳遞機(jī)理，分析VOCs的傳熱傳質(zhì)特性;加強(qiáng)對(duì)吸附解吸過程影響因素的研究，提高吸附效率，延長(zhǎng)吸附劑壽命;精確預(yù)測(cè)VOCs的相變和吸附解吸過程，建立VOCs回收過程預(yù)測(cè)方法和回收裝置設(shè)計(jì)方法;研發(fā)具有更高吸附效率的凈化設(shè)備。這些問題有待于進(jìn)一步的研究和探討。
(4)目前常用的吸附一冷凝組合工藝中吸附和冷凝是同一工藝的兩個(gè)獨(dú)立過程，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(shè)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(nèi)同時(shí)進(jìn)行，可以縮短流程，延長(zhǎng)吸附劑壽命，提高能源利用率和VOCs回收效率。因此深人系統(tǒng)地開展吸附冷凝耦合過程與行為的研究有望突破傳統(tǒng)意義上的吸附和冷凝技術(shù)的限制，具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
