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有机废气中VOC的回收方法

    VOC( Volatile Organic Compounds,挥发性有机化合物)是石油化工、制药、印刷、制鞋、喷漆等行业排放的最常见的污染物。该类有机物大多具有毒性,部分已被列为致癌物,如氯乙烯、苯、多环芳烃等。制鞋行业中,工人苯中毒致死事件已发生多次。多数V OC易燃易爆,对生产企业的安全造成威胁;部分VOC对臭氧层具有破坏作用,如氯氟烃(CFCs)和含氢氯氟烃(HCFCs)。
    由于V OC的危险性,西方发达国家颁布了法令,对V OC的排放进行管制。美国通过了《清洁空气修正案》和《污染防治法》,提高了废气排放标准,将工业生产中的189种污染物列为有毒污染物,其中大部分为VOCE我国颁布的中华人民共和国大气污染防治法》,要求对工业生产中产生的可燃性气体进行回收利用,这就需要有经济而有效的VOC回收方法。
1 VOC污染物的种类
常见的VOC可分成儿类,如表1所示
VOC污染物的种类
    上述VOC中,多数因具有经济价值应进行回收;部分因用其它方法(如焚烧法等)无法除去或会造成二次污染,不能达到环保要求,而只能加以回收,如卤族化合物氯乙烯和CFCs等
2  V OC回收方法
    VOC的处理方法有两类:一类是破坏性方法,如焚烧法和催化燃烧法等,将VOC转化成CO2和H20;另一类是非破坏性方法,即回收法,常用的回收方法有炭吸附法、冷凝法和膜分离法
2. 1炭吸附法
    该法是目前最广泛使用的VOC回收法。商业化的吸附剂有粒状活性炭和活性炭纤维两种,它们的吸附原理和工艺流程完全相同。其它的吸附剂,如沸石、分了筛等,也已在工业上得到应用,但因费用较高而限制了它们的广泛使用。
2. 1. 1原理和流程
    该法的原理:吸附剂所具有的较大的比表面对废气中所含的V OC发生吸附,此吸附多为物理吸附,过程可逆;吸附达饱和后,用水蒸气脱附,再生的活性炭循环使用。
    吸附过程常采用两个吸附器,一个吸附时另一个脱附再生,以保证过程的连续性。经吸附器吸附后的气体,直接排出系统。脱附采用水蒸气作为脱附剂,蒸汽将吸附在炭表面的VOC脱附并带出吸附器,通过冷凝和蒸馏,将VOC提纯回收。
    回收法中的前两种方法早已工业化,普遍用于许多VOCs的回收,尤其是炭吸附法,已经在制鞋、喷漆、印刷、电了等行业得到应用,用于对苯、醋酸乙酷、氯仿等VOC的回收非常有效;冷凝法主要用于回收高沸点(即低挥发性)和高浓度的VOC,一般用在各种回收方法之目前。
    膜分离法现已用于石油化工、制药等行业,该方法流程简单、回收率高、能耗低、无二次污染,是一种非常有前途的分离方法,目前已成功地应用于许多VOC的回收。表2列出了这3种常用的V OC回收方法的特点。
常用的VOC回收方法的特点
2. 1. 2工业应用
    活性炭吸附法最适于处理VOC浓度为
300 X 10- 6~5000 X 10- 6的有机废气,主要用于吸附回收脂肪和芳香族碳氢化合物、大部分含氯溶剂、常用醇类、部分酮类和酷类等,常见的有苯、甲苯、己烷、庚烷、甲基乙基酮、丙酮、四氯化碳、蔡、醋酸乙酷等;活性炭纤维吸附法可用于回收苯乙烯和丙烯睛等,费用较活性炭吸附法高得多。该法已广泛用于喷漆行业的苯、乙醇和醋酸乙酷,制鞋行业的三苯(苯、甲苯、二甲苯)和丙酮,印刷行业的异丙醇、醋酸乙酷和甲苯,电了行业的二氯甲烷和三氯乙烷的吸附回收。
2.1.3使用限制
    能与活性炭发生反应的VOC、会发生聚合反应的VOC和大分了高沸点的有机物,不宜用该法回收。该法对进气中V OC的浓度也有限制,一般不超过5000x10-6
    另外,炭在蒸汽再生过程中产生的冷凝液,经回收V OC后排放,可能造成二次污染,在应用该法时对此废液须有处理措施。
2. 2冷凝法
    该法的原理:通过将操作温度控制在VOC的沸点以下而将V OC冷凝下来,从而达到回收VOC的目的。
    采用该法回收VOC,要获得高的回收率,系统就需要较高的压力和较低的温度,故常将冷凝系统与压缩系统结合使用,设备费用和操作费用较高,适用于高沸点和高浓度VOC的回收。该法一般不单独使用,常与其它方法(如吸附、吸取、膜分离法等)联合使用,这里不作详细先容。
2. 3膜分离法
    该法是一种新的高效分离方法。装置的中心部分为膜元件,常用的膜元件有平板膜、中空纤维膜和卷式膜,又可分为气体分离膜和液体分离膜等。
2. 3. 1原理和流程
    以气体膜分离技术为例,其原理是:利用有机蒸气与空气透过膜的能力不同,使二者分开。其过程分两步:首先压缩和冷凝有机废气,而后进行膜蒸气分离。
    气体膜分离流程如图1所示。
    含V OC的有机废气进入压缩机,压缩后的物流进入冷凝器中冷凝,冷凝下来的液态VOC即可回收;物流中未凝部分通过分离,分成两股物流,渗透物流含有VOC,返回压缩机进口;未边过的去除了VOC的物流l净化后的气体)从系统排出。为保证渗透过程的进行,膜的进料侧压力需高于渗透后物流侧的压力。
2. 3. 2工业应用
    用该法可回收的VOC有脂肪族和芳香族碳氢化合物、氯代烃、酮、醛、睛、酚、醇、胺、酸、氯氟烃等,如丁烷、辛烷、三氯乙烯、二氯乙烯、苯乙烯、丙酮、乙醛、乙睛、甲基溟、甲基氯、甲基异丁基酮、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、甲醇、环氧乙烷、环氧丙烷、CFC 11, CFC-12, CFC 13,H CF C-12等。
    该法已成功地应用于许多领域,用其它方法难以回收的有机物,用该法可有效地解决。国外现有数10套工业装置,并已运行多年,如聚氯乙烯生产中氯乙烯单体的回收,聚烯烃生产中己烷的回收,喷漆过程中HCFC-123的回收,医院消毒中CF C-12和环氧乙烷等的回收,致冷设备(如电冰箱、空调等)及气雾剂、泡沫塑料等产品在生产或使用过程中排放的CFCs和HCFC的回收。采用该法回收有机废气中的丙酮、四氢吠喃、甲醇、乙睛、甲苯等(浓度为50%以下),回收率可达97%以上。
    目前,该法正迅速发展成为石油化工、制药、食品加工等行业回收VOC的有效方法,同时也是保证排气达到环保要求的好方法,越来越受到各行业的重视
3回收方法选择
    VOC回收方法的选择取决于许多因素,包括VOC的性质和浓度、物流的流速、回收效率、现场情况、VOC的回收价值等。当VOC浓度蕊5000 X 10-6时,宜采用炭吸附法,吸附饱和后的炭用蒸汽脱附。炭吸附法的费用,取决于含V OC物流的流量和浓度。是否回收炭所吸附的V OC,主要由经济因素决定,对流量大和含有有价值VOC的物流,则应考虑回收。对流量大的物流,需在现场设置脱附单元;对流量小(小于 600m3/ h)的物流,吸附后的炭可运送到集中脱附装置进行处理,但运输过程中被吸附的V OC容易逸出而造成二次污染。上述脱附方法
均存在一个问题:产生的废液不易循环使用,可能造成污染,需进行处理。
    冷凝法对高沸点VOC的回收效果较好,对中等和高挥发性V OC的回收效果不好。该法适用于VOC浓度大于5%的情况,并需低温和高压,设备费用和操作费用高,且回收率不高,故很少单独使用。
    膜分离法最适合于处理VOC浓度较高( ≥1000 X 10- 6)的物流,运转费用与物流流速成正比,与浓度关系不大。对大多数问歇过程,因温度、压力、流量和VOC浓度会在一定范围内变化,所以要求回收设备有较强的适应性,膜系统正能满足这一要求。
4结语
    有机废气中VOC的回收问题,现在已经有了切实可行的解决方法,采用炭吸附法和膜分离法可以回收大部分VOC。目前,在我国,粒状活性炭法和活性炭纤维法已经实现了工业化;膜分离法回收V OC刚刚开始研究,实现工业化还有一段距离。
    膜分离法在物流流量和VOC浓度方面适应范围较宽,弥补了炭吸附法和冷凝法的不足,扩大了VOC回收的种类,为各行业有机废气中V OC的回收提供了一种切实有效的方法,
 
 
 
 

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