VOC废气处理技术

VOC废气处理技术

VOC即挥发性有机化合物，它来源于与人们的生活息息相关的涂料生产、涂装、印刷、制药、皮革加工、树脂加工等行业，对人

体的健康有巨大影响。当空气中的VOC达到一定浓度时，短时间内人们会感到头痛、

恶心、呕吐、乏力等，严重时会出现抽搐、昏迷，并会伤害到人的肝脏、肾脏、大脑

和神经系统，造成记忆力减退等严重后果。1.VOC废气处理简介1.1来源

大气中VOCs污染物是人为源和天然源排放到大气中有机化合物-非甲烷烃类的总称，目前正受到日益广泛的关注。

全世界在空气中检出的VOCs已经有约150余种，其中有毒的约80余种。人们关注的大气中的

VOCs主要来自人为污染源：即生产工艺过程排放。这些工艺过程包括：石化厂、炼油厂及在生产过程中大量使用有机溶剂的相关行业，如涂料生产、涂装、印刷、制药、皮革加工、树脂加工等。1.2危害

VOCs是强挥发、有特殊气味、有刺激性、有毒的有机气体，部分已被列为致癌物，如氯苯乙烯、苯、多环芳烃等。其危害主要有：

（1）在阳光照射下，氮氧化物和大气中的VOCs发生光化学反应，生成臭氧、过氧硝基酞、醛类等光化学烟雾，造成二次污染，刺激人的眼睛和呼吸系统，危害人的身体健康。这些污染物同时也会危害农作物的生长，甚至导致农作物的死亡。

（2）大多数VOCs有毒、有恶臭，使人容易染上积累性呼吸道

疾病。在高浓度突然作用下，有时会造成急性中毒，甚至死亡。（3）大多数VOCs都是易燃易爆，在高浓度排放时易酿成爆炸。（4）部分VOCs可破坏臭氧层。1.3污染控制技术VOCs的控制技术基本分为两类。

第一类是预防性措施，以更换设备、改进工艺技术/防止泄露乃至消除VOCs排放为主，这是人们所期望的，但是以目前的技术水平，向环境中排放和泄露不同浓度的有机废气是不可避免的，这时就必须采用第二类技术。

第二类技术为控制性措施，以末端治理为主。末端控制技术包含两类，第一类是非破坏性方法，即采用物理方法将VOCs回收；第二类是通过生化反应将VOCs氧化分解为无毒或低毒的破坏性方法。常用的控制技术如图所示：

对于比较高浓度的或比较昂贵的VOCs、宜采用回收技术加以循环利用。常用的回收技术主要有吸附、吸收、冷凝、膜技术等。

挥发性有机化合物（VOCs）废气处理的控制技术包括只燃焚化法、触媒焚化法、活性炭吸附法、吸收法、冷凝法等。

有机废气的处理方法主要有两类：一类是回收法。就是通过物理方法，在一定温度、压力下，用选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来分离挥发性有机化合物（VOCs），主要包括活性炭吸附、变压吸附、冷凝法和生物膜法等。另一类是消除法，消除法是通过化学或生物反应，用光、热、催化剂和微生物等将有机物转化为水和二氧化碳，主要包括热氧化、催化燃烧、生物氧化、等离子体分解法、光解法等。2.VOCS处理技术选择及各技术简要说明2.1VOCs废气治理技术的选择

VOCs种类繁多，来源也十分广泛，成分复杂，常见的有烃类、醇类、醚类、脂类等。加油站、装修、餐饮、干洗、喷涂、化工等生产或使用有机溶剂的行业都会产生VOCs排放。即使同一物质，由于风量不同、浓度不同，所需技术路线也不一样。这也决定了没有一种技术可以解决所有的VOCs问题。

VOCs处理方法有数十种，其原理有回收有价值溶剂的回收技术和分解VOCs分子的破坏技术两大类，实际应用中等多采用组合技术。比如：采用浓缩和燃烧结合的技术治理低浓度大风量废气，减少装置投资；采用催化燃烧（CO）或蓄热式燃烧（RTO）技术实现低能耗下VOCs的彻底治理；根据VOCs自身溶解度、沸点等特性选择变温吸附或变压吸附进行溶剂回收，具体如何选择取决于客户生产线的工况。2.2VOCs废气治理设备的选型条件为了给特定的应用选择最合适型号的有机废气处理系统，必须知道的以下资料：1)有机废气的排放流量如果待处理有机废气的流量是在5000Nm3/h以下，蓄热式系统（RTO）大体来

说是不适用的。这是因为与热回收式焚烧系统来比较，蓄热式氧化器（RTO）的最高成本大体上是不足以抵消它在节省燃料和电力消耗所带来的好处。流量大于5000Nm3/h时，热回收热力焚烧系统有严重的经济缺点，这是因为他们会产生非常高的燃料费用。然而，如果工艺需要大量的热能时，二级的热回收锅可以用来抵消高昂的燃料费用，另一个例外是每年很少运作，需处理大流量废气的应急系统。2）有机废气的排气温度如果待处理有机废气的温度在大约300℃以上时，是不适合采用蓄热式系统（RTO）的，这是因为高温的待处理有机废气会大大降低换向阀的可靠性和寿命；另外，在这样高的温度时，建造RTO的高成本也不足以抵消在节省燃料和电力消耗所带来的好处。如果待处理有机废气的温度超过500℃时，采用热力回收式焚烧系统不如采用直接式焚烧系统，因为在燃料消耗的差距太小，不足以抵消增加的热回收器带来的投资成本。3）污染物质浓度水平待处理有机废气的有机物浓度是影响选择废气处理系统选择的主要因素。直燃式氧化器能够处理最大浓度范围的碳氢化合物，从十亿分之一的浓度水平到纯碳氢化合物蒸气。如果有机废气浓度超过25%，特别考虑要执行措施来防止从氧化器到废气来源的回火。这种能处理大浓度范围的弹性能力的代价是这种形式氧化器的高燃料成本。蓄热式和热回收式的氧化器都限制被处理有机废气的浓度必须少于25%：对于蓄热式系统，此限制是由于存在热失控的风险。对于热回收式系统，是怕热回收器被损坏。解决方法可以是往有机废气中掺入空气以降低浓度或做更多的热回收。4）污染物质的类型当有机废气中含有高浓度的可转化有机酸的物质（如氯，氟，硫和卤素）时必须特别小心。他们会对设备造成严重的腐蚀或令催化剂中毒。5）微粒散发的水平当有机废气中含有微小颗粒时特别小心。例如，当废气中含有油状颗粒时，他们会聚集在管道和氧化器比较冷的部位，那这个设备就需要经常清理。2.3回收技术2.3.1冷凝法冷凝法是最简单的回收方法，它是将废气冷却到低于有机物的露点温度，使有机物冷凝成液滴而从气体中分离出来。通常利用的冷却介质主要有冷水、冷冻盐水和液氨。通常该技术仅用于VOCs含量高（百分之几）、气体量较小的有机废气处理。其回收率与有机物的沸点有关，沸点较高时，回收率高；沸点较低时，回收率不好。由于大部分VOCs系易燃易爆气体，受到爆炸极限的限制，气体中的VOCs含量不会太高，所以，要达到较高的回收率，需要采用较很低温度的冷凝介质或采用高压措施，这些都势必会增加设备投资和提高处理成本，而且在通常的操作条件下，由于相平衡的制约，有机物蒸气压较高，顾离开冷凝器的排气中的VOCs含量仍不能达到排放标准，因此，该技术一般是作为一级处理技术并与其他技术结合使用。2.3.2吸附法吸附法早已用于VOCs的回收处理，尤其是活性炭吸附法已经广泛应用于苯系物、卤代烃的吸附处理。吸附法去除VOCs的原理是利用比表面积非常打的粒状活性

炭、碳纤维、沸石等吸附剂的多孔结构，将VOCs分子截留。当废气通过吸附床

时，VOCs就被吸附在孔内，使气体得到净化。吸附法又分为固定床吸附法、流

动床吸附法和浓缩轮吸附法。2.3.3固定床吸附法固定床吸附法的特点是吸附与脱附在同一个床层上实现，为了保证吸附过程的连续性，需要两台或两台以上的吸附器同时工作，其中一些吸附器进行吸附时，另一些进行再生。活性炭是应用最为广泛的固定床吸附剂，由于其容易吸附水，所以不适用于温度高于40℃、气相相对湿度超过50%的气体的吸附处理。此外也不适用于易发生反应、活性大的溶剂的吸附，该类有机物会与活性炭或在活

性炭表面进行反应而堵塞碳孔，这种情况可采用碳纤维或沸石作为吸附剂。活

性碳纤维是以有机化合物纤维（如聚丙烯、酚醛树脂、聚稀乙醇等）为基本原

料经过特殊加工制成的。它是一种很细的纤维状物质，具有巨大的比表面积、

外表面积和非常发达的微孔结构，纤维上有很多微孔，因此，活性炭纤维更易

于吸附低浓度的VOCs。与颗粒活性炭相比，其吸附有机物的能力高出1.5~2.0倍，吸附速度也快3倍左右。由于活性碳纤维的吸附能力强，故吸附装置可以小型化，吸附剂的用量也可以少些，降低处理费用。2.3.3.1流动床吸附法流动床吸附系统由吸附单元和脱附单元组成。废气由吸附床底部进入，自下而上的流动，使吸附剂流态化，VOCs与吸附剂接触后被吸附，净化后的废气由顶部排除，吸附了VOCs的吸附剂由底部排出，进入脱附单元。在脱附单元内，加热吸附剂，使有机物脱附出来，将气体引入冷凝单元去回收有机溶剂。再生后的吸附剂送回吸附单元顶部继续进行吸附操作。2.3.3.2浓缩轮法

浓缩轮是一个装满吸附剂的旋转轮。废气由旋转轮的上游侧进入浓缩轮的吸附区，其中被吸附净化后的废气由旋转轮的下游排出；同时另一股流量较小的、温度较高的脱附气朝废气气流相反的方向进入浓缩轮的脱附区，将已吸附的VOCs脱附出来。浓缩轮以一定速度缓慢旋转，这样在一个系统内就可以完成吸附和脱附操作，使VOCs得到浓缩，大大降低了设备的投资。2.3.3.3吸收法

吸收技术是一种成熟的化工单元操作过程，适合于大气量、中等浓度的含VOCs废气的处理。吸收技术是利用液体吸收剂与废气直接接触而将VOCs转移到吸收剂中。吸收按其机锂可分为物理吸收和化学吸收，通常VOCs的吸收为物理吸收，使用的吸收剂常为柴油、煤油、水和其它溶剂。任何可溶解于吸收剂的有机物均可以从气相转移到液相中，然后对吸收液进行处理。当洗手液为水时，采用精馏处理就可以回收有机溶剂；当为非水溶剂时，考虑到回收成本，需进行吸收剂的再生。2.3.4膜分离

膜分离技术是采用对有机物具有选择性渗透的高分子膜，在一定压力下使VOCs渗透而达到分离的目的。当VOCs气体进入膜

分离系统后，膜选择性地让VOCs气体通过而富集，脱除了

VOCs的气体留在未渗透侧，可以达标排放；富集了VOCs的气

体可去冷凝回收系统进行有机溶剂的回收。选择此种方法可以分离90%的VOCs。膜分离法适用于中高浓度（VOCs含量高于

1*10-3）的废气处理。膜系统的费用与进口气体流速成正比，与VOCs的浓度关系不大。此法最好用于高浓度、小流量和有

较高回收价值的有机溶剂的回收，但其设备投资较高。随着对环境问题的越来越重视，膜分离技术的应用前景会很广阔，这是因为膜法是一种清洁技术，从膜分离系统出来的是回收的有机溶剂和净化了的排放气，减少了二次污染的产生。随着高效分离膜的开发和价格的降低，膜技术的应用会越来越广。3综合应用技术3.1蓄热式热氧化处置装置（RTO）

RTO，是一种高效有机废气治理设备。与传统的催化燃烧、直燃式热氧化炉（TO）相比，具有热效率高（95%以上）、运行成本低、能处理大风量低浓度废气等特点，浓度稍高时，还可以进行预热回收，大大降低生产运营成本。第一代RTO是单体式结构，以最简单的一进一出为风流导向。

第二代RTO是采用阀门切换式，也是最常见的一种RTO。其由

两个或多个陶瓷填充床，通过阀门的切换，改变气流的方向，从而达到预热VOCs气的目的。

第三代RTO采用旋转式分流导向，并把炉膛内蓄热体分成多个等分的单体密封单元，通过不停转动把VOCs导向至各个蓄热体单元进行氧化。

第四代RTO是最新的治理供热一体化设备，简称BHI，采用旋

转式阀门分流，把多个蓄热式紧凑结合为一个燃烧室，内置换热器或热风调节装置，达到治理废气的同时满足供热需求。3.1.1基本原理其原理是把有机废气加热到760℃以上，使废气中的VOC在氧化分解成二氧化碳

和水。氧化生产的高温气体流经特制的陶瓷蓄热体，使陶瓷体升温而“蓄热”，此“蓄热”用于预热后续进入的有机废气。从而节省废气升温的燃料消耗。陶

瓷蓄热体应分成两个（含两个）以上的区或室，每个蓄热室依次经历蓄热-放热-清扫等程序，周而复始，连续工作。蓄热室“放热”后应立即引入适量洁净空

气对该蓄热室进行清扫（以保证VOCs去除率在95%以上），只有待清扫完成后才能进入“蓄热”程序。图1三床式RTO的工作示意图3.1.2工艺分类

RTO目前有两床式、三床式和旋转式等多种形式。因为如果采用两床RTO，在蓄热换床时，会出现污染物未经有效处理直接排放的现象。因此建议至少有三个蓄热床，其中一个用于预热进气，另一个用于蓄热降温排气，还有一个用于吹扫循环，吹扫循环可避免蓄热床换向时产生冲击排放。3.1.3适用范围

原则上适用于24小时连续运转的生产企业，进口浓度在1.5g/m3以上。如果非24小时连续运转，需要考虑在非运转时期的保温措施，否则会带来较高的运行成本。3.1.4工艺优点（1）几乎可以处理所有含有有机化合物的废气；（2）可以处理风量大、浓度低的有机废气；（3）处理有机废气流量的弹性很大（名义流量20%~120%）；（4）可以适应有机废气中VOCs的组成和浓度的变化、波动；（5）对废气中夹带少量灰尘、固体颗粒不敏感；（6）在所有热力燃烧净化法中热效率最高（＞95%）；（7）在合适的废气浓度条件下无需添加辅助燃料而实现自供热操作；（8）净化效率高（三室＞99%）；（9）维护工作量少、操作安全可靠；（10）有机沉淀可周期性的清除，蓄热体可更换；（11）整个装置的压力损失较小；（12）装置使用寿命长；3.1.5工艺缺点（1）装置重量大，因为采用陶瓷蓄热体（2）装置体积大，只能放在室外（3）要求尽可能连续操作（4）一次性投资费用相对较高（5）不能彻底净化处理含硫含氮含卤素的有机物3.2固定床吸附脱附-催化氧化处置装置

吸附催化燃烧净化是利用工业废气中污染物可以燃烧的特性，将污染物中含有碳氢化合物，经活性炭吸附浓缩后，在催化剂和较低温度（250~450℃）下进行氧化分解，使其转化为二氧化碳和水蒸汽；或者将分子结构中含有卤素及其他元素的有机物转化成卤化氢、二氧化硫、二氧化氮或其他金属氧化物，在经过吸收等净化措施，将有害气体彻底转化为无害气体的一种净化方法。3.2.1基本原理

沸石转轮浓缩-催化氧化装置，包括了沸石转轮浓缩装置和催化氧化装置。在沸石转轮浓缩装置中，VOCs气体进入吸附区

被吸附，成为净化气体排放。当吸附区接近饱和时，旋转至脱附再生区释放VOCs浓缩气体，并送至催化氧化炉燃烧分解。

经脱附再生处理后的转轮在旋转至冷却区降温后，继续进行吸附处理。典型的工艺流程如图2所示。A：吸附区；R再生区；P冷却区图2沸石转轮-催化氧化装置流程示意图3.2.2应用要点轮转吸附区的设计面风速不应小于3m/s，轮转厚度不宜小于400mm。蓄热燃烧装置应设置保温，保证炉体外表面温度须小于60℃。如果进口VOCs浓度高于

1.5g/m3，则需要考虑后续处理技术，以确保达标。3.2.3净化工艺特点与普通的吸附催化燃烧净化有机废气工艺相比，本工艺中有几个新特点，可确保系统运行安全和废气达标排放。1）保证车间生产能正常进行在漆雾过滤器前，加装一安有电动风阀的放空旁路。在净化设备正常运行时，该风阀关闭；当净化设备需维修时，该风阀自动开启，不会因净化系统故障而影响车间的正常生产。2）系统运行费用节省吸附材料采用蜂窝状活性炭和活性炭纤维两种材料，并将活性炭纤维置于蜂窝状活性炭前。利用活性炭纤维吸附容量大、阻力小和吸附速度、脱附速度快的特点，以减少系统运行阻力，缩短脱附时间，节省运行费用，拦截透过漆雾过滤器的微小颗粒，防止污染蜂窝活性炭吸附材料，降低吸附材料的更换费用。3）系统吸附功能得到最大程度的发挥在吸附床出口管内设置有机废气浓度检测装置，当废气出口浓度因吸附床达到饱和即将超标排放时，指示吸附床自动进行切换，确保废气达标排放，以充分发挥吸附材料的吸附能力，避免脱附时间的盲目性。4）系统运行更有安全保障一是在吸附床前、后、脱附风机后，催化燃烧床前、后等处加装有阻火阀，防止燃烧火焰回串；而是在吸附床内、催化燃烧床内设有烟火探头和喷淋系统，确保系统安全运行；三是在脱附床、催化燃烧床等处设置高温热电偶，及时反映出各床温度。5）运行期经济能力运行期内的经济性能时工艺选型的重要一环。除了尽可能增长吸附时间，缩短催化燃烧时间，减少电加热器的启用次数；选择相匹配的动力；增强系统的预处理能力，在确保达标排放的前提下延长活性炭、催化剂的使用寿命外，充分利用催化燃烧过程中产生的大量热量尤其重要。为此，可在系统中增添浮头式换热器，换热回收率在70%以上，将其热量用于回收加热进入催化燃烧床的脱附气体，以减少辅助燃料的消耗。6）系统的安全生产

任何可燃物与氧或空气的混合物都有两种临界组成，即爆炸下限和爆炸上限。从理论上讲，在这两个极限之间的混合气体是可燃的或爆炸性的，因为当一定浓度范围内的氧和可燃组分混合物被点着后，在有控制的条件下就形成火焰，维持燃烧，而在一个有限空间内无控制的迅速发展则会形成爆炸。因此，严格控制可燃物浓度和氧气含量极为重要。由于各种碳氢化合物在空气中爆炸浓度下限时，其燃烧的热值及燃烧时的升温大致相同，因而常将可燃物浓度与热值、温升联系起来，把可燃物浓度用爆炸浓度下限的百分数来表示，为1%LEL（LowerExpsiveLimit）。大多数碳氢化合物每1%LEL所含热值，大约可以使混合气体温升15.3℃。为安全计，通常将可燃物浓度冲淡在爆炸浓度下限以下燃烧，即将废气中可燃物浓度控制在25%LEL以下，以防止由于混合物比例及爆炸范围的偶然变化，可能引起的爆炸或回火。为此，需要在系统中的脱附风机、补冷风机进口，安装新鲜空气进口管道。3.2.4整套设备技术性能及特点

1）原理先进，用材独特，性能稳定，操作简单，安全可靠，我二次污染。设备占地面积小，重量轻。

2）采用新型的活性炭吸附材料-蜂窝状活性炭，与其粒（棒）状相比具有优势的热力学性能，低阻低耗，高吸附率等，极适合于大风量下使用。

3）催化燃烧室采用陶瓷蜂窝体的贵金属催化剂，阻力小，用低压风机就可以正常运转，不但耗电少而且噪音低。

4)催化燃烧装置的风量是废气源风量的十分之一，同时加热功率维持时间为1小时左右，节约能源。

5）吸附有机物废气的活性炭床，可用催化燃烧处理废气产生的热量进行脱附再生，脱附后的气体再送催化燃烧室净化，不需要外加能量，运行费用低，节能效果显著。3.3固定床吸附脱附-冷凝回收装置3.3.1基本原理

有机废气由高压离心风机抽送进入装有活性炭的吸附槽内。在通过活性炭层时，有机溶剂被活性炭吸附在孔隙

中。吸附槽吸附一定时间，系统自动启动真空泵进行抽

吸，同时通入低压蒸汽加热提溶剂，使活性炭得到再生。从活性炭表面脱附下来的有机溶剂和水蒸气进入冷凝器

冷凝成液体后，混合液体进入比重分离槽自动分离。

“活性炭吸附+冷凝回收装置”是一种固定环式吸附床装置，以新型吸附材料活性炭纤维（ActivatedCarbonFiber,ACF）为吸附材料，通过先进高效、安全可靠的工艺，机电一体化全自动控制技术处理各行业在生产过程中排出的有机废气。该技术具有吸附效率高、运行能耗低的优点，可充分回收工业废气中的有机溶剂，实现了保护环境和企业利益最大化的目标。图3固定床吸附脱附-冷凝回收装置示意图3.3.2工艺流程此技术以活性炭纤维（颗粒）为吸附剂，油气先通过冷却器进行降温，然后进入活性炭纤维（颗粒）吸附箱，油气组分吸附在吸附剂表面，然后再经过变温脱附，富集的油气用饱和蒸汽脱附出来，进入冷凝器。液态化学品进入储罐，净化后的尾气经排气管排放。工业有机废气自动化回收装置对传统的有机溶剂吸附回收工艺进行了彻底的改造，在工艺的核心部分吸附材料的选择上，以性能优越的活性炭纤维替代了性能较差的普通颗粒活性炭，在吸附器的设计上参考了环式吸附器结构，设计了一种组合式吸附器。结合实际生产过程，采用了连续的吸附-脱附-再生操作程序。在甲苯回收工程中，设计选用了三箱吸附系统。3个吸附器共用一套管路系统，运行时可相互切换。含有机溶剂的废气经过预处理后依次进入3个吸附器，当吸附器1吸附饱和后，切换到吸附器2吸附，吸附器2吸附饱和后，再切换到吸附器3吸附；脱附-干燥再生工序也是依次进行的。运行时，含有机溶剂的废气由吸附器下部进入。在吸附器内，废气穿过活性炭纤维，其中的有机溶剂被活性炭吸附下来，净化后的气体由吸附器顶部排出。脱附介质采用水蒸气，由吸附器顶部进入，穿过活性炭纤维，将被吸附槽浓缩的有机溶剂脱附出来并

带出吸附器带入冷凝器。进过冷凝，有机溶剂和水蒸气的混合物被冷凝下来流

入分层槽。在分层槽内，有机溶剂和冷凝水分离回收，冷凝水排入污水管道。

吸附器完成脱附并经干燥再生后，继续进行吸附。该循环系统连续运行。系统

运行过程中所有的动作切换，均由PLC系统自动完成，整个系统运行无人值守。3.3.3吸附回收工艺

活性炭纤维吸附回收装置使用优质不锈钢为箱体，吸附箱内安