挥发性苯类废气净化处理研究进展

1、挥发性苯类废气净化处理研究进展2010年6月第6期(总第139期)广西轻工业guangxij0irnalofught1ndustry资源与环境挥发性苯类废气净化处理研究进展蒋廉颖,黄立维(浙江工业大学生物与环境工程学院,浙江杭州3l0032)【摘要】有机废气中大多含有低浓度的苯,甲苯,苯乙烯,多环芳烃等挥发性有(voc.),治理vocs污染是大气污染治理的重要组成部分.叙述了吸收法,燃烧法,膜分离法和脉冲电晕等苯类废气净化技术的原理和国内外研究进展情况,并对其发展前景和研究方向进行了探讨,认为有机废气的联合协同处理方法是4-,o的一个重要研究方向.【关键词】苯类废气;净化;吸收法;膜分离法;脉

2、冲电晕法【中图分类号】x701【文献标识码】a【文章编号】10032673(2010)0699021前言大气污染已经是人类的梦魇,而其中的污染物分为颗粒物和气态物,气态物又分为无机污染物和有机污染物.其中有机污染物占绝大多数,大多是挥发性有机化合物(volatileorganiecompounds),简称vocs.vocs是指在常压下沸点低于260c或室温时饱和蒸气压大于71pa的有机化合物,包括各种烃类,卤代烃类,醇类,酮类,醛类,醚,酸类和胺类等【l】.苯系物被广泛运用于各行各业中是比较常见的一类污染物.产生苯类有机废气的行业主要有石油化工,有机化工,炼焦业,农药,橡胶粘合剂,人造革,漆布

3、,胶布,绝缘材料业以及装修家具制造业.苯系物不仅在光化学反应中起着重要作用,而且高浓度的苯系物主要对中枢神经系统具有麻醉作用.因此,苯系废气的净化处理在世界范围内已是一个热点,本文主要介绍当前的苯系废气的主要净化技术以及前沿进展,并展望了vocs净化技术的发展.2vocs净化技术现状vocs净化技术大体可分为回收和消除两类,回收法主要有吸附法,冷凝法,吸收法及膜分离法,是通过物理方法,用温度,选择性吸收剂和选择性渗透膜等来分离回收有机溶剂.消除法有热氧化,催化燃烧,生物氧化等技术,主要是通过化学或生化反应,用热,催化剂和微生物等将有机物转变成为co和h20o2.1吸收法吸收法是利用吸收剂将有机

4、物从气相吸收到液相中,然后直接分离或精馏,废气净化不需要预处理,但再生费用较高,易于产生二次污染翻.吸收装置种类很多,如喷淋塔,填充塔,各类洗涤器,气泡塔,筛板塔等.吸收剂选取的原则是对vocs溶解度大,选择性强,蒸气压低,无毒及化学稳定性好等.常用吸收剂有柴油,煤油,664消泡剂,碳酸丙烯脂等,该法适用于浓度高,温度较低和压力较高的vocs的去除.在以柴油作为吸收液吸收喷漆尾气中的苯类废气试验中131,用二级吸收可以使废气的苯类物质达到排放标准;在用纯柴油,环丁砜,二甲苯亚砜作为吸收液进行苯乙烯废气的吸收实验中,其结果认为,环丁砜和二甲基亚砜的混合吸收剂对苯乙烯有更好的吸收能力.2_2膜分离

5、法膜分离法是利用对有机物有选择吸附性的亲有机物膜,将有机物与空气分离,其流程简单,回收率高,能耗低,无二次污染四,是一种洁净技术,但投资高,不适于大流量物流.膜分离技术的基础是使用对有机蒸气采用较空气更易于渗透10100倍渗透选择性的聚合物复合膜.分离膜由涂层和支撑层组成,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胸.目前提供vocs分离膜的厂豸一mtr和nitto提供卷式膜,gkss提供板式膜.卷式膜更紧凑和更经济,可大大地降低设备费用;而板式膜可以提供很好的流动分布和降低渗透侧压力降四.处理废气中vocs的膜分离工艺包括:蒸汽渗透(vaporpermeati

6、on,vp),气体膜分离(gas/vapormembraneseparation,gms/vmp)和膜接触器(membranecontactor)等.2.3热破坏法有机化合物的热破坏包含一系列高分子分解,聚合及自由基反应.热破坏法可分为直接火焰燃烧法,催化燃烧法和蓄热式直接火焰燃烧法等.燃烧技术最初采用的是直接燃烧法,vocs在较高的温度下快速地转化为co:和h:0,其脱除效率可超过99%rn.如果有机废气中的vocs含量较低,要将其中的vocs氧化掉,就要将废气直接加热到很高的温度,这种情况下,许多能量消耗在加热空气上,而且温度高易产生no,造成二次污染.直接火焰燃烧和催化燃烧法适用于有机废

7、气浓度为0.11.4mg/m,发热值3345kj/m,风量在033000m3/h的工程嘲.催化燃烧是借助催化剂在低起燃温度下(200300)进行无火焰燃烧,并将有机废气氧化分解为二氧化碳和水的技术.催化燃烧处理有机废气的优点171:(1)起燃温度低,能量消耗少,甚至达到起燃温度后无需外界传热就能完成氧化反应;(2)使用范围广;(3)适应氧浓度范围大,净化效率高,无二次污染,且燃烧缓和,运转费用少,操作管理方便,可长周期运行,并可回收费热,降低处理成本.蓄热式燃烧法采用了热量回收系统,回收燃烧后的高温气体的热量用于预热进入系统的废气.蓄热式燃烧装置有管壳式【作者简介】(1985一),湖南人,硕士

8、研究生,研究方向:大气污染控制.99热氧化器(rcto)和蓄热式热氧化器(rto).rto用于低浓度,大流量废气的处理,热回收率达95%以上,rcto用于低流量或中流量,较高浓度废气的处理,热回收率85%,两者去除率都达9099%.rto的有两个陶瓷填充床热回收室,每个热回收室底部有两个自动控制阀门分别与进气总管和排气总管相连.当废气从右侧进入时,左侧热回收室用燃烧室尾气加热填充床来蓄存热量,在切换进气方向后再用此蓄存的热量来加热废气.2.4脉冲电晕法电晕放电技术处理vocs具有处理效率高,能量利用率高,设备维护简单,费用低等优点,发展前景广阔.黄立维等人嘲利用脉冲电晕放电处理低浓度甲苯废气,

9、在线管式反应器中,甲苯的降解率达到81%,能量利用率为8.4g/kwh.在另一冯春杨等人i-睬用线筒式反应器以苯作为代表物质进行处理实验.电晕线为边长0.42cm的不锈钢四棱柱,反应器由内径为2.8cm的不锈钢管制成.研究发现:随着苯的初始浓度增大,去除率降低,去除率平均值在50%,当苯的初始浓度76.8ms/m,时,苯的去除率为61.4%;随着峰值电压的增高,去除率变化的总体趋势是不断提高,并且逐步趋于平缓:空气作载气的去除率比氮气作载气的去除率要提高8.5个百分点.chan把电晕矩改造为多排喷嘴结构来处理s0:和no实验证明其脱除效率均可达800/o以上,且能耗低于8w?h/m,低于一般脉

10、冲电晕法的能耗.经过这一系列反应器及电极结构的改造,直流电晕放电技术克服了如何产生稳定的流光电晕的问题,而且其高压电源的费用和折旧远低于脉冲电晕技术.2.4生物法生物法主要原理是利用微生物的生长代谢作用将有毒有害物质转变为简单的无机物或同化为细胞体本身的组成成分.主要过程为使含挥发性有机物的废气通过与水接触或溶解于水,在浓度差的推动下扩散到生物膜表面,经微生物的生物化学转化和自身的代谢过程,将它们作为能源和营养物质分解和消耗掉,从而达到处理的效果.生物处理技术在荷兰,德国和美国的食品加工,喷涂,油脂加工等工业得到广泛应用,生物过滤反应器的面积一般在10.2000m:,废气处理流量达到1000,

11、15万m/11,气体中vocs的去除率大都在90%以上【.季学光等【j,哚用纤维附着活性载体材料进行甲苯废气的净化试验,以探索生物滴滤器处理高负荷vocs的可能性,发现高负荷时滴滤器的堵塞以及废气中存在多种化合物时,目标化合物(甲苯)的去除量减少.10o3展望工业vocs的治理在今后五年内仍将以活性碳纤维/颗粒活性炭吸附回收设备,催化燃烧设备,吸附浓缩一催化燃烧设备为主【l41.近年来,生物降解技术,等离子体技术和膜分离技术等新技术也得到了很快的发展.考虑到各种工业vocs的特点,不同技术间的协同净化也得到了重视,如吸附浓缩催化燃烧工艺已经是一项成熟的工艺.现在vocs的治理应该突破操作费用高

12、,能耗过大,二次污染等藩篱,研究开发有机废气处理的联合协同工艺也是重要方向.参考文献李守信,宋剑飞,李立清等.挥发性有机化合物处理技术的研究进展ij.化工环保.2008,28(1):17.【2】阎勇.从工业废气中回收有机溶剂的技术】.现代化工,1999,19(12):54-94.【3】姚恕.液体吸收法处理喷漆尾气的研究田】.环境污染与防治,1984,6:23-_264】苏建华.液体吸收一活性炭吸附净化苯乙烯废气】_环境科学,1993,14(3):3638【5】闫勇.有机废气中voc的回收方法u】.化工环保,1997,17(6):1215.【61闫勇.膜分离技术在有机废气处理中的应用u】.现代化工,1998(11):19-22【7左满宏,吕宏安.催化燃烧与催化剂材料在vocs治理方面研究进展【j】.天津化工,2001.21(3):810.8】李坚,马广大.电晕法处理易挥发性有机物(vocs)的实验研究口】_环境工程,1999,17(3):30-33.【9】黄立维,谭天恩.脉冲电晕法治理甲苯废气实验研究l中国环境科学,1997,17(5):449453.【10冯春杨,赵君科.脉冲电晕技术在处理挥发性有机化合物中的应用研究田卟安全与环境,2004,(1)5961.【1llabbpowerpla.ntlaboratories.nox:u.s.