來源:《今日農(nóng)藥》 作者:李壯
化工生產(chǎn)尾氣常常含有揮發(fā)性有機(jī)物(VolatileOrganicCompounds,將簡(jiǎn)稱VOCs)、酸性氣體、焦油等，尾氣處理方法首先是將有用組分及溶劑的回收．然后是異味的去除、無(wú)害化處理等，要采用多種手段進(jìn)行綜合治理．本文將對(duì)工程有機(jī)廢氣治理工藝、原理及設(shè)備進(jìn)行介紹。
一、有機(jī)廢氣的一級(jí)處理
1、深度冷凝
精細(xì)化工的各類反應(yīng)主要在有機(jī)溶劑中進(jìn)行。主要的溶劑有芳烴類、醇類、酯類、氯代烴類等，所以排放的尾氣中會(huì)含有所用的各類溶劑．可以采用深度冷凝的方式進(jìn)行溶劑回收?，F(xiàn)分別以二氯甲烷、甲醇、甲苯為例．對(duì)冷凝回收進(jìn)行計(jì)算和說明。例如．甲醇在42％時(shí)的蒸汽壓38．804kPa，一12％時(shí)的蒸汽壓1．7364kPa．將含甲醇的飽和氣體由42％冷卻到一12％，可回收甲醇448．1g／m3尾氣；甲苯在42℃時(shí)的蒸汽壓8．631kPa。一12％時(shí)的蒸汽壓0．41lkPa，將含甲苯的飽和氣體由42％冷卻到一12％．可回收甲苯285．6g／m3尾氣。由此可見，對(duì)含有有機(jī)溶劑的尾氣進(jìn)行深度冷凝是必要的。
2、堿洗
經(jīng)常遇到工廠尾氣是酸性氣體并且含有焦油的情況．可采用稀堿水洗滌。優(yōu)先選用填料吸收塔，板式塔的壓降較大．一般不用。根據(jù)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量確定塔的直徑．適當(dāng)增加塔的高度，選用合適的液體分布器，確保洗滌效果可以采用襯里材料進(jìn)行防腐。
二、活性炭(Activatedcarbon簡(jiǎn)稱AC)吸附
經(jīng)過深冷處理后的尾氣中有機(jī)氣體濃度仍然很高．例如一12％時(shí)尾氣中甲醇的濃度可達(dá)17300ppm(V／v)，甲苯的濃度可達(dá)4060ppm(V／V)?？蛇x用活性炭吸附回收設(shè)備．常采用顆粒活性炭或活性炭纖維吸附設(shè)備。
1、顆?；钚蕴拷榻B
活性炭是含碳物質(zhì)經(jīng)過碳化和活化制成的多空性產(chǎn)物，活性炭吸附表面主要由大孑L、中孔、小孔組成，具有發(fā)達(dá)的空隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積VOCs氣體分子在吸附過程中穿過大孔和中孔。在小孔內(nèi)吸附小孔的吸附率占總量的90％以上。
顆?；钚蕴?Granularactivatedcarbon1分為煤質(zhì)和木質(zhì)兩大類．目前市場(chǎng)上提供的活性炭以煤質(zhì)為主顆?；钚蕴可a(chǎn)加工過程如下：將原料煤粉碎到一定細(xì)度．加人適量的黏合劑并混合均勻．采用催化活化時(shí)則添加適量催化劑，擠壓成炭條，經(jīng)陳化、炭化、活化、洗滌、干燥、篩分得粒度為25mm活性炭顆粒產(chǎn)品。
2、活出炭纖維(ActivatedCarbonFiber．簡(jiǎn)稱ACF)
常用的活性炭纖維是以黏膠基或聚丙烯腈基為基材，經(jīng)過炭化、活化處理制成。另外也有以再生纖維素、酚醛(酚醛清漆)樹脂及瀝青系纖維等為基材制成?；钚蕴坷w維的纖維直徑為5-201~m．比表面積平均在10001500m~g左右．平均孑L徑在1．0～4．Onm．微孔均勻分布于纖維表面。與活性炭相比．活性炭纖維具有微孔孔徑小而均勻．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單．對(duì)于吸附小分子物質(zhì)吸附速率快，吸附速度高，容易解吸附等優(yōu)點(diǎn)。與被吸附物的接觸面積大．且可以均勻接觸與吸附．使吸附材料得以充分利用?；钚蕴坷w維具有纖維氈、布和紙等各種纖細(xì)的表面形態(tài)．孔隙直接開IZl在纖維表面．其吸附質(zhì)到達(dá)吸附位的擴(kuò)散路徑短對(duì)于有些大分子或顆粒物質(zhì)．如二惡英、粉塵等，體積已經(jīng)接近乃至大于活性炭纖維微孔體積．則難以被吸附．相比較顆?；钚蕴扛哂袃?yōu)勢(shì)。
3、活性炭設(shè)備的選用
當(dāng)尾氣中VOCs濃度較低或濃度均勻時(shí)．應(yīng)優(yōu)先選用活l生炭纖維設(shè)備：對(duì)于精細(xì)化工的間歇生產(chǎn)．在尾氣中VOCs濃度較高．且濃度波動(dòng)很大的情況下．選用顆粒活性炭設(shè)備更加合適：或者是采用顆?；钚蕴颗c活性炭纖維兩級(jí)串聯(lián)組合設(shè)備．效果更好．用顆?；钚蕴窟M(jìn)行一級(jí)吸附．再用活性炭纖維進(jìn)行二級(jí)吸附。
4、顆?；钚蕴渴褂玫陌踩珕栴}
要預(yù)防顆?；钚蕴吭谖郊敖馕^程中著火著火的主要原因是活性炭對(duì)溶劑的吸附熱或者是溶劑的氧化反應(yīng)熱在活性炭層中蓄積．異常升溫而導(dǎo)致自然著火活性炭是多孔性結(jié)構(gòu)．導(dǎo)熱性差．容易引起局部蓄熱在正常條件下操作，吸附所產(chǎn)生的熱量與吸附放熱應(yīng)處于平衡狀態(tài)但當(dāng)吸附的溶劑發(fā)生氧化、分解時(shí)．該平衡便遭到破壞．從而進(jìn)一步加速了氧化、分解反應(yīng)．導(dǎo)致溫度的異常升高。特別是回收丙酮、甲基乙基甲酮、環(huán)已酮等酮類溶劑時(shí)。著火危險(xiǎn)性更大一些因而．應(yīng)嚴(yán)格控制吸附、解吸溫度及交替周期，不能使吸附周期過長(zhǎng)
三、生物降解
生物處理技術(shù)是利用微生物代謝活動(dòng)降解VOCs．將其轉(zhuǎn)化為無(wú)害的小分子物質(zhì)的工藝常見的生物降解裝置包括生物洗滌池、生物濾池和生物滴濾塔．這三種設(shè)備的生物降解原理基本相同并以生物滴濾塔為常見生物滴濾塔具有較大的空隙率和較小的床層壓降．通過噴淋循環(huán)液可以有效控制塔內(nèi)微生物的生長(zhǎng)環(huán)境，如pH、營(yíng)養(yǎng)物濃度等，從而避免反應(yīng)產(chǎn)物在床層內(nèi)的積累影響生物滴濾塔良好運(yùn)行的主要因素如下：
1、VOCs氣體的種類
水溶性VOCs比較容易降解．各種氣體的降解難易程度為醇類、酯類、醛類、苯類，醇類容易降解。在苯、甲苯、乙苯、二甲苯四種物質(zhì)中，難降解的是鄰二甲苯．并且苯環(huán)上含有其他的取代基也使可降解性變差。
2、微生物的影響
微生物是影響生物降解的重要因素．目前已經(jīng)分離出多種以惡臭有機(jī)物作為單一碳源而生長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)菌種．如含硫惡臭有機(jī)物降解菌．含氮化合物降解菌以及含氯化合物降解菌等．培養(yǎng)馴化適應(yīng)不同種類有機(jī)氣體的微生物是生物降解的關(guān)鍵
3、填料的影響
固定化載體不但對(duì)VOCs具有吸附作用．而且能夠作為微生物的生長(zhǎng)提供一個(gè)局部生態(tài)微環(huán)境、保留微生物生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)等合適的填料應(yīng)該具有較大的比表面積、合適的空隙率及良好的機(jī)械性能．所用填料主要有：陶粒、陶瓷拉西環(huán)、聚氨酯泡沫、珍珠巖、活性炭等
4、運(yùn)行環(huán)境的影響
通常的pH范圍在7～8左右，溫度在25～35℃之間。
四、低溫等離子裝置
等離子體就是被電離了的氣體，是電子、離子、原子、分子、自由基等粒子的集合體。通常要在3000~C以上．以上各種粒子處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)．稱為熱力學(xué)平衡等離子體。當(dāng)電子具有極高的溫度，而離子、原子等重粒子溫度低至0~200~CH~成為非平衡等離子體．即低溫等離子體采用低溫等離子體分解VOCs時(shí)，等離子體中的高能電子起決定性的作用。分解過程主要按兩種方式進(jìn)行．一是極高溫度的高能電子直接與其他分子發(fā)生非彈性碰撞．將能量轉(zhuǎn)化為基態(tài)分子的內(nèi)能，使其激發(fā)、離解電離，生成無(wú)害的CO2和H2O；二是高能電子激勵(lì)氣體中N2、O2、H2O生成具有較高能量的自由基粒子．破壞c—H、C=C或c—c化學(xué)鍵，將有異味的分子分解成無(wú)害小分子。
等離子體化學(xué)反應(yīng)過程大致如下：
根據(jù)發(fā)生低溫等離子體設(shè)備放電模式的不同劃分為電暈放電、輝光放電、介質(zhì)阻擋放電，其中以介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的低溫等離子體濃度較高．VOCs分解及異味去除效果較好。
五、燃燒法
1、催化燃燒
催化燃燒的作用機(jī)理是：在催化劑的作用下，有機(jī)氣體中的可燃物質(zhì)能夠在較低溫度(250～300％)下進(jìn)行深度無(wú)焰氧化，生成CO：、H2o及其它的最終燃燒產(chǎn)物．此過程是一種不可逆過程。其化學(xué)反應(yīng)方程式為：
由于燃燒溫度較低．不會(huì)生成高溫燃燒的二次污染物．如二惡英、氮氧化物等。研制出合適的催化劑是催化燃燒的關(guān)鍵．催化劑的種類有：鉑、鈀、釕、金等貴金屬催化劑，過渡金屬氧化物催化劑．復(fù)氧化物催化劑。
目前主要是選用負(fù)載貴金屬蜂窩催化劑．以堇青石蜂窩陶瓷體作為第一載體，一AI0，為第二載體，貴金屬鉑、鈀等為主要活性組分，用高分散率均勻分布的方法制備而成。鹵素和含硫化合物容易使催化劑失活，目前已經(jīng)研制出能夠抗鹵素和含硫化合物失活的催化劑。影響催化燃燒效率的主要因素有溫度、停留時(shí)間、污染介質(zhì)的組成及濃度、催化劑的活性組分、廢氣中所含抑制催化劑活性或使其中毒的物質(zhì)濃度。
催化反應(yīng)器可以采用固定床或流化床．其中固定床較為普遍．固定床又分采用氣一氣換熱器進(jìn)行間接換熱的催化燃燒裝置和采用蓄熱式換熱器進(jìn)行直接換熱的催化燃燒裝置蓄熱式催化燃燒反應(yīng)器集固定床催化反應(yīng)器和直接接觸換熱器于一體．簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)催化燃燒的流程。而且．由于反應(yīng)物流向的周期性變換，能使反應(yīng)熱充分蓄集在反應(yīng)器中．提高了反應(yīng)熱的利用率．即使反應(yīng)物在低濃度下也能無(wú)需外界補(bǔ)充熱量，因此。特別適合于低濃度廢氣的處理。在廢氣中有機(jī)物濃度較高時(shí)．可以通過移出熱量的方式回收部分反應(yīng)熱。
2、直接燃燒與蓄熱燃燒(Ro)
有機(jī)尾氣在燃燒室內(nèi)的直接燃燒．由于VOCs的含量較低．燃燒反應(yīng)熱不足以將燃燒氣體加熱到如此高的溫度。需要消耗大量的燃料。一般在燃燒的氣體出口中設(shè)置廢熱鍋爐回收尾氣中的熱量。
蓄熱式熱氧化器(RegenerativeThermalOxidizer，簡(jiǎn)稱RTO)~稱蓄熱燃燒氧化器．是使用陶瓷或其他較高熱容量惰性材料從燃燒排出的高溫氣體中將熱量吸收并儲(chǔ)存起來．達(dá)到一定溫度后進(jìn)行切換操作，將熱量傳遞給流人燃燒器的冷氣體并使之加熱到接近燃燒溫度．VOCs的熱量回收率可達(dá)98％以上．遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于廢熱鍋爐或其他換熱設(shè)備所能回收的熱量。
RTO設(shè)備一般分為三室式和旋轉(zhuǎn)式兩種。三室式RTO設(shè)備由一個(gè)氧化室和A、B、c三個(gè)蓄熱室．組成通過切換提升閥門．工業(yè)尾氣依次由A—B—C進(jìn)入燃燒室．在經(jīng)過蓄熱室的過程中被加熱到較高的溫度．在燃燒室燃燒后依次由B—C—A流出．燃燒室溫度一般在750～800％．排放尾氣溫度小于80％。此外還有輔助風(fēng)系統(tǒng)．在進(jìn)行切換時(shí)置換掉殘留在蓄熱室的氣體。旋轉(zhuǎn)式蓄熱焚燒設(shè)備設(shè)置氧化燃燒室、若干個(gè)由陶瓷蓄熱材料組成的有相同數(shù)量的進(jìn)氣室出氣室、兩個(gè)密封室和一個(gè)旋轉(zhuǎn)閥組成。
六、其他處理工藝
1、利用紫外線光波作為能源．在納米TiO催化劑作用下，利用空氣中的氧氣作為氧化劑．對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行催化降解．生成低分子物質(zhì)。
2、臭氧催化氧化工藝
此兩種工藝僅應(yīng)用在有機(jī)氣體濃度很低．為了去除異味的情況．普及率不高．其處理能力和效果尚有待考察論證。
七、化工尾氣處理注意事項(xiàng)
1、減少化工尾氣風(fēng)量和降低尾氣VOCs濃度是優(yōu)先要解決的問題普遍存在的狀況是由于系統(tǒng)的密封性較差．通過加大風(fēng)機(jī)抽量和系統(tǒng)負(fù)壓改善車間氣味。因而將大量空氣抽人系統(tǒng)．同時(shí)也加大了溶劑的揮發(fā)。
2、要求尾氣中VOCs濃度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于混合氣體的爆炸下限國(guó)家準(zhǔn)規(guī)定混合氣體的VOCs濃度不能超過混合物的爆炸下限的25％．可以通過配風(fēng)方式使VOCs降低到合適濃度應(yīng)該安裝有較高靈敏度和穩(wěn)定性的在線VOCs濃度檢測(cè)儀要特別防止由于誤操作或其他極端情況使得尾氣中VOCs濃度突然急劇增加，若VOCs濃度超過混合物的爆炸下限時(shí)，應(yīng)設(shè)有相應(yīng)的保護(hù)和切斷措施。
