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碳氫化合物:碳氫化合物統稱烴類, 是指由碳和氫兩(liǎng)種(zhǒng)原子組成(chéng)成(chéng)的各種(zhǒng)化合物,碳氫化合物主要來自天然源。在大氣污染中較重要的碳氯化合物有四類:烷烴、烯烴、芳香烴、含氧烴。表面(miàn)上在城市中烴類對(duì)人類健康未造成(chéng)明顯的直接危害,但是在污染的大氣中它們是形成(chéng)危害人類健康的光化學(xué)煙霧的主要成(chéng)分。

碳氫化合物(HC)是污染大氣的重要污染物之一。其中包括簡單的有機化合物,也包括複雜的高分子物。碳氫類化合物不僅對(duì)人體器官有刺澉作用,而且其中不少對(duì)内髒有毒害作用,還(hái)有的是緻突變物與緻癌物。

碳氫化合物類廢氣這(zhè)些有機廢氣的排放主要是在有機溶劑的使用過(guò)程産生的,在工業生産中,尤其在石油化工、印刷、人造革及電子元器件、烤漆和醫藥等領域有比較廣泛的應用,通常作爲溶劑來使用,均有良好(hǎo)的揮發(fā)性。【廢氣處理】

一、介紹污染重要的碳氫化合物類廢氣(即有機廢氣)的分類。

1.1、烯烴:是不飽和烴,通式爲CnH2n。因爲分子中含有雙鍵,故烯烴比烷烴活潑得多,容易發(fā)生加成(chéng)反應。其中最重要的是乙烯、丙烯和丁烯。廢氣處理工程介紹:乙烯對(duì)植物有害,并能(néng)通過(guò)光化學(xué)反就生成(chéng)乙醛,刺激眼睛。烯烴是形成(chéng)光化學(xué)煙霧的主要成(chéng)分之一

1.2、烷烴:又稱飽和烴,通式CnH2n+2o。烴類中CH4的所占數量最大,但它化學(xué)活性小,故讨論烴類污染物時提到的城市地區總碳氫化合物濃度,是指扣除CH4的濃度或稱非甲烷烴類的濃度。其他重要的烷烴有乙烴、丙烴和丁烴。

1.3、含氧烴:廢氣處理工程介紹含氧烴主要有醛(RCHO)、酮(RCR′)兩(liǎng)類,汽車尾氣中的含氧烴約占尾氣中碳氫化合物(HC)的1.5%。大氣中含氧烴的最重要來源可能(néng)是大氣中烴的氧化分解。環境中的醛主要是甲醛。

1.4、芳香烴:分子中含有苯環一類的烴。最簡單的芳烴是苯及其同系物甲苯、乙苯等。兩(liǎng)個或兩(liǎng)個以上苯環共有兩(liǎng)個相鄰的碳原子者,稱爲多核芳烴(簡稱PAH),如苯并[a]芘。芳得烴的取代反應和其他反應介于烷烴和烯烴之間。廢氣處理工程介紹:在城市的大氣中已鑒定出對(duì)動物有緻癌性的多核芳烴,如苯并[a]芘、苯并[b]螢蒽和苯并[j]螢蒽等。

二、碳氫化合物類廢氣(即有機廢氣)的危害。

這(zhè)些揮發(fā)性有機溶劑如果揮發(fā)到大氣環境中,不僅會對(duì)大氣環境造成(chéng)嚴重污染,而且被(bèi)吸入呼入人體後(hòu)會對(duì)人體健康産生危害。比如常見溶劑苯,吸入人體後(hòu)會造成(chéng)慢性或急性中毒,其他的苯類化合物不僅對(duì)人體的中樞神經(jīng)造成(chéng)損害造成(chéng)神經(jīng)系統障礙,而且還(hái)會危害血液和造血器官,情況嚴重的,甚至會有出血症狀或患上敗血症。氧化作用下,苯在生物體内可氧化成(chéng)苯酚,從而造成(chéng)肝功能(néng)異常,對(duì)骨骼的生長(cháng)發(fā)育十分不利,還(hái)會誘發(fā)再生障礙性貧血。如果苯蒸汽濃度過(guò)高,生物可能(néng)因急性中毒而死亡。因此,ACGIH把苯列爲潛在緻癌物質;鹵代烴類化合物會引發(fā)神經(jīng)症候群和血小闆的減少、肝脾腫大等不良狀況,而且很有可能(néng)緻癌。所以,必須控制VOC的排放,這(zhè)不僅是對(duì)環境負責,也是對(duì)我們的生命健康負責。【有機廢氣處理】

三、綠森環保處理技術和解決方案。

VOC有機廢氣處理技術主要包括熱破壞法、變壓吸附分離與淨化技術、吸附法和氧化處理方法等。

3.1熱破壞法

熱破壞法是指直接和輔助燃燒有機氣體,或利用合适的催化劑加快VOC的化學(xué)分解反應,最終達到降低有機物濃度和危害性的一種(zhǒng)處理方法。

熱破壞法對(duì)于濃度較低的有機廢氣處理效果比較好(hǎo),主要分爲兩(liǎng)種(zhǒng),即直接火焰燃燒和催化燃燒。直接火焰燃燒對(duì)有機廢氣的熱處理效率相對(duì)較高,一般情況下可達到99%。而催化燃燒指的是在催化床層的作用下,加快有機廢氣的化學(xué)反應速度。這(zhè)種(zhǒng)方法比直接燃燒用時更少,現階段使用的催化劑大都(dōu)是金屬、金屬鹽,這(zhè)兩(liǎng)種(zhǒng)催化劑的催化效果比較好(hǎo),技術也已經(jīng)相當成(chéng)熟,但是其價格卻比較高,催化劑失效後(hòu)需做回收處理,使用成(chéng)本比較高。近年來,爲了降低成(chéng)本,科學(xué)家們的研制工作更多集中在非貴金屬催化劑方向(xiàng),也取得了比較大的進(jìn)展。【VOC有機廢氣處理】

此外,還(hái)需關注催化劑載體的研發(fā),目前的催化劑載體多以陶瓷爲主,良好(hǎo)的載體能(néng)使催化反應獲得更好(hǎo)的效果。

總之,在未來的催化劑研究當中,應加快研發(fā)更加高效的活性催化劑及其載體。

3.2吸附法

吸附法主要适用于低濃度、高通量的有機廢氣。現階段,這(zhè)種(zhǒng)的處理方法已經(jīng)相當成(chéng)熟,能(néng)量消耗比較小,但是處理效率卻非常高,而且可以徹底淨化有害有機廢氣。

在洽理含碳氧化合物廢氣中,廣泛使用了吸附的方法。吸附法在使用中表現了如下的特點:①可以相當徹底地淨化廢氣,即可進(jìn)行深度淨化,特别是對(duì)于低濃度廢氣的淨化比用其他方法顯現出更大的優勢;②在不使用深冷、髙壓等手段下,可以有效地回收有價值的有機物組分。

由于吸附劑對(duì)被(bèi)吸附組分吸附容量的限制,吸附法最适于處理低濃度廢氣,對(duì)污染物濃度高的廢氣一般不采用吸附法冶理。

這(zhè)種(zhǒng)方法需要的設備體積比較龐大,而且工藝流程比較複雜,如果廢氣中有大量雜質,則容易導緻工作人員中毒。所以,使用此方法處理廢氣的關鍵在于吸附劑。當前采用的吸附劑大多爲活性炭,主要是因爲活性炭細孔結構比較好(hǎo),吸附性比較強。此外,經(jīng)過(guò)氧化鐵或臭氧處理,活性炭的吸附性能(néng)將(jiāng)會更好(hǎo),有機廢氣的處理將(jiāng)會更加安全和有效。

3.3生物處理法

從處理的基本原理上講,采用生物處理方法處理有機廢氣,是使用微生物的生理過(guò)程把有機廢氣中的有害物質轉化爲簡單的無機物,比如CO2、H2O和其它簡單無機物等。一般情況下,一個完整的生物處理有機廢氣過(guò)程包括3個基本步驟:

a)有機廢氣中的有機污染物首先與水接觸,在水中可以迅速溶解。

b)在液膜中溶解的有機物,在液态濃度低的情況下,可以逐步擴散到生物膜中,進(jìn)而被(bèi)附著(zhe)在生物膜上的微生物吸收。

c)被(bèi)微生物吸收的有機廢氣,在其自身生理代謝過(guò)程中,會被(bèi)降解并最終轉化爲對(duì)環境沒(méi)有損害的化合物質。

3.4變壓吸附分離與淨化技術

變壓吸附分離與淨化技術是利用氣體組分在固體吸附材料上吸附特性的差異,通過(guò)周期性的壓力變化過(guò)程實現氣體的分離與淨化。

PSA技術主要應用的是物理法,使用材料主要是沸石分子篩。沸石分子篩在吸附選擇性和吸附量兩(liǎng)方面(miàn)有一定優勢。在一定溫度和壓力下,這(zhè)種(zhǒng)沸石分子篩可以吸附有機廢氣中的有機成(chéng)分,然後(hòu)把剩餘氣體輸送到下個環節中。吸附有機廢氣後(hòu),再通過(guò)一定工序將(jiāng)其轉化,使吸附劑的性能(néng)得以再生,讓吸附劑再次投入使用,循環反複,直到有機廢氣得到淨化。

近年來,該技術開(kāi)始在工業生産中應用,對(duì)于氣體分離有良好(hǎo)效果。因爲有能(néng)源消耗少、成(chéng)本較低、工序操作自動化及分離淨化後(hòu)混合物純度比較高、環境污染小等技術優勢,在回收和處理有一定價值的氣體時效果良好(hǎo)。

3.5氧化法

對(duì)于有毒、有害,而且不需要回收的VOC有機廢氣,熱氧化法是最适合的處理技術和方法。氧化法的基本原理是讓VOC與O2發(fā)生氧化反應,生成(chéng)CO2和H2O,化學(xué)方程式如下:

aCxHyOz + bO2 → cCO2 + dH2O

從化學(xué)反應方程式上看,該氧化反應和化學(xué)上的燃燒過(guò)程相類似,但其由于VOC濃度比較低,在化學(xué)反應時不會産生肉眼可見的火焰。一般情況下,氧化法通過(guò)兩(liǎng)種(zhǒng)方法可确保氧化反應的順利進(jìn)行:

a)加熱。使含有VOC的有機廢氣達到反應溫度。

b)使用催化劑。如果溫度比較低,則氧化反應可在催化劑表面(miàn)進(jìn)行。

所以,有機廢氣處理的氧化法分爲以下兩(liǎng)種(zhǒng)方法:

①催化氧化法。現階段,使用的催化劑有兩(liǎng)種(zhǒng),即貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑。貴金屬催化劑主要包括Pt、Pd等,它們以細顆粒形式依附在催化劑載體上,而催化劑載體通常是金屬或陶瓷蜂窩,或散裝填料;非貴金屬催化劑主要是由過(guò)渡元素金屬氧化物,比如MnO2,與粘合劑經(jīng)過(guò)一定比例混合,然後(hòu)制成(chéng)的催化劑。爲有效防止催化劑中毒後(hòu)喪失催化活性,在處理前必須徹底清除可使催化劑中毒的物質,比如Pb、Zn和Hg等。如果有機廢氣中的催化劑毒物、遮蓋質無法清除,則不可使用這(zhè)種(zhǒng)催化氧化法處理VOC。

催化燃燒實際上爲完全的催化氧化,即在催化劑作用下,使廢氣中有害可燃組分完全氧化爲CO2和H2O。由于絕大部分有機物均有可燃燒性,因此催化燃燒已成(chéng)爲淨化含碳氧化合物廢氣的有效手段之一。又因很大一部分有機化合物具有不同程度的惡臭,因此催化燃燒也是消除惡臭氣體的有效手段之一。

目前催化燃燒法已應用于金屬印刷、絕緣材料、漆包線、煉焦、油漆、化工等多種(zhǒng)行業中淨化有機廢氣。特别是在漆包線、絕緣材料、印刷等生産過(guò)程中排出的烘幹龐氣,因廢氣溫度較高、有機物濃度較髙,對(duì)燃燒反應及熱量回收有利,具有較好(hǎo)的經(jīng)濟效益,因此應用最爲廣泛。

②熱氧化法。目前,熱氧化法分爲三種(zhǒng):熱力燃燒式、間壁式、蓄熱式。三種(zhǒng)方法的主要區别在于熱量回收方式。這(zhè)三種(zhǒng)方法均能(néng)與催化法結合,降低化學(xué)反應的反應溫度。【催化燃燒】

a.熱力燃燒式熱氧化器,一般情況下是指氣體焚燒爐。這(zhè)種(zhǒng)氣體焚燒爐由助燃劑、混合區和燃燒室三部分組成(chéng)。其中,助燃劑,比如天然氣、石油等,是輔助燃料,在燃燒過(guò)程中,焚燒爐内産生的熱混合區可對(duì)VOC廢氣預熱,預熱後(hòu)便可爲有機廢氣的處理提供足夠空間、時間,最終實現有機廢氣的無害化處理。

在供氧充足條件下,氧化反應的反應程度—VOC去除率—主要取決于“三T條件”:反應溫度(Temperature)、時間(Time)、湍流混合情況(Turbulence)。這(zhè)“三T條件”相互聯系,在一定範圍内,一個條件的改善可使另外兩(liǎng)個條件降低。熱力燃燒熱氧化器的缺點在于輔助燃料價格高,導緻裝置操作費用較高。

b.間壁式熱氧化器指的是在熱氧化裝置中,加入間壁式熱交換器,進(jìn)而把燃燒室排出氣體的熱量傳送給氧化裝置進(jìn)口處溫度比較低的氣體,預熱完成(chéng)後(hòu)便可促成(chéng)氧化反應。現階段,間壁式熱交換器的熱回收率最高可達85%,因此大幅降低了輔助燃料的消耗。一般情況下,間壁式熱交換器有三種(zhǒng)形式:管式、殼式和闆式。由于熱氧化溫度必須控制在800℃～1000℃範圍内,因此,間壁式熱交換必須由不鏽鋼或合金材料制成(chéng)。所以間壁式熱交換器的造價相當高,而這(zhè)也是其缺點所在。此外,材料的熱應力也很難消除,這(zhè)是間壁式熱交換的另外一個缺點。

c.蓄熱式熱氧化器,簡稱爲RTO,在熱氧化裝置中計入蓄熱式熱交換器,在完成(chéng)VOC預熱後(hòu)便可進(jìn)行氧化反應。現階段,蓄熱式熱氧化器的熱回收率已經(jīng)達到了95%,且其占用空間比較小,輔助燃料的消耗也比較少。由于當前的蓄熱材料可使用陶瓷填料,其可處理腐蝕性或含有顆粒物的VOC氣體。

現階段RTO裝置分爲旋轉式和閥門切換式兩(liǎng)種(zhǒng),其中閥門切換是最常見的一種(zhǒng),由2個或多個陶瓷填充床組成(chéng),通過(guò)切換閥門來達到改變氣流方向(xiàng)的目的。

用燃燒方法銷毀有害氣體、蒸氣或煙塵,使其變爲無害物質的過(guò)程,稱爲燃燒淨化。燃燒淨化時所發(fā)生的化學(xué)作用主要是燃燒氧化作用及高溫下的熱分解。因此這(zhè)種(zhǒng)方法隻能(néng)适用于淨化那些可燃的或在髙溫情況下可以分解的有害氣體。對(duì)化工、噴漆、絕緣材料等行業的生産裝置中所排出的有機廢氣,廣泛采用了燃燒淨化的手段。燃燒方法還(hái)可以用來消除惡臭。有機氣态污染物燃燒氧化的結果,生成(chéng)了CO2和H2O因而使用這(zhè)種(zhǒng)方法不能(néng)回收到有用的物質,但由于燃燒時放出大量的熱,使排氣的溫度很高,所以可以回收熱量。目前在實際中使用的燃燒淨化方法有直接燃燒和熱力燃燒。

3.6液體吸收法

液體吸收法指的是通過(guò)吸收劑與有機廢氣接觸,把有機廢氣中的有害分子轉移到吸收劑中,從而實現分離有機廢氣的目的。這(zhè)種(zhǒng)處理方法是一種(zhǒng)典型的物理化學(xué)作用過(guò)程。有機廢氣轉移到吸收劑中後(hòu),采用解析方法把吸收劑中有害分子去除掉,然後(hòu)回收,實現吸收劑的重複使用和利用。

從作用原理的角度劃分,此方法可分爲化學(xué)方法和物理方法。物理方法是指利用物質之間相溶的原理,把水看作吸收劑,把有機廢氣中的有害分子去除掉,但是對(duì)于不溶于水的廢氣,比如苯,則隻能(néng)通過(guò)化學(xué)方法清除,也就是通過(guò)有機廢氣與溶劑發(fā)生化學(xué)反應,然後(hòu)予以去除。

在對(duì)碳氫化合物廢氣進(jìn)行治理的方法中,吸收法的應用不如燃燒法、催化燃燒法、吸附等廣泛,特别是對(duì)使用有機溶劑的各種(zhǒng)行業,如噴漆、絕緣材料、漆包線等的生産過(guò)程所排出的廢氣,還(hái)不能(néng)完全達到工業應用水平,影響應用的主要問題是合适的吸收劑的選擇,目前在石油煉制及石油化的生産及儲運中采用吸收法進(jìn)行烴類氣體的回收利用。【有機廢氣處理】

3.7冷凝回收法

在不同溫度下,有機物質的飽和度不同,冷凝回收法便是利用有機物這(zhè)一特點來發(fā)揮作用,通過(guò)降低或提高系統壓力,把處于蒸汽環境中的有機物質通過(guò)冷凝方式提取出來。冷凝提取後(hòu),有機廢氣便可得到比較高的淨化。其缺點是操作難度比較大,在常溫下也不容易用冷卻水來完成(chéng),需要給冷凝水降溫,所以需要較多費用。這(zhè)種(zhǒng)處理方法主要适用于濃度高且溫度比較低的有機廢氣處理。

冷凝法應用于碳氯化合物廢氣治理時,具有如下特點:

(1)冷凝淨化法适用範圍冷凝淨化法适于在下列情況下使用。

①處理高濃度廢氣,特别是含有害物組分單純的廢氣;

②作爲燃燒與吸附淨化的預處理;特别是有害物含量較高時,可通過(guò)冷凝回收的方法減輕後(hòu)續淨化裝置的操作負擔;

③處理含有大量水蒸氣的高溫廢氣。

(2)冷凝淨化法所需設備和操作條件比較簡單回收物質純度髙。

(3)冷凝淨化法對(duì)廢氣的淨化程度受冷凝溫度的限制,要求淨化程度髙或處理低濃度廢氣時,需要將(jiāng)廢氣冷卻到很低的溫度,經(jīng)濟上不合算。