工业VOCs治理整体解决方案

发布时间:
2019/05/16
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一、项目概述

近年来,我国大气污染正在逐步由传统的以SO2和 PM10为特征的煤烟型污染向以 PM2. 5和 O3为特征的复合型污染转变。VOCs 作为形成 O3和 PM2. 5的重要前体物,其排放量上升正是造成大气复合污染形势日益严峻的重要原因之一。

 

VOCs对人体的危害主要有两个方面:

1. 为其有害成分直接影响人体健康,

2. VOCs会形成PM2.5前体物,从而间接影响人体健康。

 

因此,《大气污染防治行动计划》“国十条”和大气污染防治“十二五”规划等相关文件提出综合整治高 VOCs 排放行业的要求,并且明确了重点行业 VOCs 排放源的减排目标。

 

安装VOCs治理设施,对工业VOCs进行收集处理,是控制工业源VOCs排放的最主要方法之一。目前较为成熟的工业VOCs治理技术主要包括以回收VOCs为目的的吸收技术、吸附技术、冷凝技术和膜分离技术,以及以破坏VOCs为目的的燃烧技术、光化学技术、低温等离子技术和生物处理技术等。

 

 根据当前工业VOCs污染特点,车佳科技设计、提供多种VOCs解决方案,包括技术方案整合,实地勘察,方案设计、产品制造、安装、维护等。针对维护要求高的治理设施,安装在线监测装置或预报预警装置,加强对治理设施的维护保养。

 


 

二、设计标准

GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》

GB50054—1995《低压配电设计规范》

GB50055—1993《通用用电设备配电设计规范》

GB2894—82《安全标志》

GBJ93-86《工业自动化仪表工程施工及验收规范》

GB50236-98《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》

GB4720-84《电控设备低压电器电控设备》

GBJ304—88《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》

 


 

三、VOCs治理技术

根据大气中VOCs产生的原理和VOCs的理化性质,其控制技术可以分为两大类,过程控制和末端控制。过程控制是针对VOCs的生产过程,从VOCs的原理上减少VOCs的产生,一般通过工艺提升、技术改造和泄漏控制来实现。末端控制则是针对VOCs的化学特性,着力于VOCs废气的治理,利用燃烧、分解等方法来控制VOCs的排放。此外,根据实际情况,有组合技术和单一技术之分。

 


 

四、组合技术方案-推荐使用

1、沸石转轮吸附浓缩+蓄热式催化燃烧(RCO)技术

技术原理图

适合苯类、酮类、酚类、醛类、醇类等多种有机物超标治理。

 

沸石转轮吸附浓缩技术原理

其基本构造可分为处理区,再生区,冷却区浓缩转轮在各个区内连续运行。VOCs通过前置过滤器后,再通过浓缩转轮装置的处理区。在处理区VOCs被吸附剂吸附去除,净化后的空气从浓缩转轮的处理区间排出。

 

蓄热式催化燃烧RCO原理

该技术的原理是废气在250℃~400℃的温度下,通过催化剂的作用将废气中的有机污染物氧化成无害的二氧化碳和水,同时,反应后的高温烟气进入特殊结构的陶瓷蓄热体,绝大部分的热量被蓄热体吸收(95%以上),温度降至接近进口的温度后经烟筒排放,达到净化废气的目的。

 

优点

1. 操作方便:设备工作时,实现自动控制。

2. 能耗低:设备启动,仅需15~30分钟升温至起燃温度,耗能仅为风机功率,浓度较低时自动补偿。

3. 安全可靠:设备配有阻火除尘系统、防爆泄压系统、超温报警系统及先进自控系统。

4. 阻力小。

5. 净化率高:采用当今先进的贵金属钯、铂浸渍的蜂窝状陶瓷载体催化剂,比表面积大。

6. 吸附、脱附效率高,使原本高风量、低浓度的VOCs废气,转换成低风量、高浓度的废气,浓缩倍数达到5-15倍,大大缩小后处理设备的规格,运行成本更低。

 


 

2、等离子催化氧化技术

技术原理图

适合苯系物、酯类、恶臭物质等多种有机物超标治理。

 

第一阶段:废气激发、离解活化

当外加电压达到气体的放电电压时,气体被击穿,产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体,利用高能粒子与气体分子(原子)发生非弹性碰撞,将能量转换成基态分子(原子)的内能,发生激发、离解、电离等一系列过程,使气体处于低温活化状态。

 

第二阶段:活化废气催化氧化分解

采用高能射线照射稀有金属氧化物,活化废气在金属氧化物表面发生催化氧化反应,利用废气中的氧气与废气反应生成水和二氧化碳,实现废气的净化。

 

优点

1. 能耗低:可在室温下与催化剂反应,且无需加热,极大地节约了能源;

2. 成本低:设备投资少,运行成本低安全稳定,维护方便,使用寿命长;

3. 占地面积小:设备体积小,结构紧凑,安装工期短;

4. 无二次污染:不产生副产物,催化剂可选择性的降解等离子反应中所产生的副产物。

 


 

3、复合型催化氧化技术

技术原理图

适合芳烃类、醇类、酮类、 醚类、油气等多种有机物超标治理。

 

UV光量子光解技术原理

采用高能射线照射在氧分子上,会产生活性很高的氧原子及臭氧;同时有机物分子曝露在高能射线中,会产生有机物断链,生成活性小分子有机物;活性很强的小分子有机物分子与氧原子、臭氧反应生成水及二氧化碳。

 

紫外光催化氧化技术原理

采用波长254nm的紫外光射线照射某些稀有金属氧化物(催化剂)表面,有机物分子及氧分子会在催化剂作用下生成水及二氧化碳。

 

高级氧化剂技术原理

雾化高级氧化剂,增强了设备内部的氧化能力,提高了设备效率,最终与有机物生成水及二氧化碳。

复合型催化氧化设备综合运用UV光量子光解、光催化氧化、高级氧化剂等多种技术净化废气,可实现多种有机物的高效处理,使有机物尾气达标排放。具有占地小、安全、无二次污染、能耗低、适应性强、效率高等特点。

 

优点

1. 高效:废气去除效率高,可达90%以上

2. 安全:常温反应,不添加任何有毒物质

3. 无二次污染:净化及运行过程不产生废水、废渣等

4. 适应性强:-20℃-70℃温度下均可工作,可适应不同浓度组分的废气净化

5. 运维简单、费用低:遇故障自动报警,运行费用低,低耗节能

6. 防腐耐用:设备采用304不锈钢,防腐性能高,寿命长达15年

 


 

4、活性炭吸附燃烧技术

技术原理图

适合酮类、醚类、酯类、芳烃、苯类等多种物质超标治理。

 

活性炭吸附原理

活性炭吸附其原理是是由于吸附剂和吸附质分子间的作用力引起的。吸附主要靠分子间的范德华力,把吸附质吸附在吸附剂表面,从而起到吸附浓缩的作用。

 

沸石转轮吸附浓缩技术原理

其基本构造可分为处理区,再生区,冷却区浓缩转轮在各个区内连续运行。VOCs通过前置过滤器后,再通过浓缩转轮装置的处理区。在处理区VOCs被吸附剂吸附去除,净化后的空气从浓缩转轮的处理区间排出。

 

蓄热式热氧化技术原理

其原理是把有机废气加热到760-1000摄氏度,使废气中的VOCs在氧化分解成二氧化碳和水。氧化产生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。

 

优点

1. 几乎可以处理所有含有机化合物的废气

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. 维护工作量少、操作安全可靠

9. 有机沉淀物可周期性的清楚,蓄热体可更换

10. 整个装置的压力损失较小

11. 装置使用寿命长

 


 

5、生物过滤法技术原理

技术原理图

适合甲苯、乙苯、甲醇、甲酸等多种有机物超标治理。

 

生物过滤原理

生物过滤法的基本原理:生物过滤法是指将废气先通过增湿塔增湿,然后通入填充有填料如土壤、堆肥、泥煤、树皮、珍珠岩、活性炭等的生物过滤器中,与在填料上所附着生长的生物膜(微生物)接触,被微生物所吸附降解, 最终转化为简单的无机物。

 

增湿塔

原理:普遍应用于现代新型水泥干法工艺生产中,窑尾烟气进入电除尘器以前都要向烟气中喷入适量的水雾,水分应以雾状分布在烟气中并附着在粉尘表面,此时的粉尘易被电除尘器补集。

 

优点

处理能力大,操作方便,工艺简单,能耗少,运行费用低,具有较强的缓冲能力;菌种繁殖代谢快,不会随流动相流失。

 


 

五、单一技术方案

1、蓄热式热力焚化炉技术(RTO)

技术原理

RTO工作原理流程图

 

旋转式RTO工艺流程图

 

把有机废气加热到760-1000摄氏度,使废气中的VOCs在氧化分解成二氧化碳和水。氧化产生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”后应立即引入部分已处理合格的洁净排气对该蓄热室进行清扫(以保证VOC 去除率在95%以上),只有待清扫完成后才能进入“蓄热”程序。

 

优点

1. 几乎可以处理所有含有机化合物的废气

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. 有机沉淀物可周期性的清楚,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

 


 

2、蓄热式催化燃烧技术(RTO)

技术原理

技术原理图

RCO是一种新的催化技术,它具有RTO高效回收能量的特点和催化反应的低温工作的优点,将催化剂置于蓄热材料的顶部,来使净化达到最优,其热回收率高达95%。

其原理是通过催化剂对VOC分子的吸附,提高了反应物的浓度,其次催化氧化阶段降低反应的活化能,提高了反应速率。借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度下,发生无氧燃烧,分解成CO2和H2O,释放出大量热量,能耗较小,某些情况下达到起燃温度后无需外界供热,反应温度在250-400℃。既降低了燃料消耗,又降低了设备造价。现在,有的国家已经开始使用RCO技术取代CO进行有机废气的净化处理,很多RTO设备也已经开始转变成RCO,这样可以消减操作费用达33%-50%。经反应后,有毒的HC化合物转化为无毒的CO2和H2O,从而使污染得到治理。

 

优点

1. 操作方便:设备工作时,实现自动控制。

2. 能耗低:设备启动,仅需15~30分钟升温至起燃温度,耗能仅为风机功率,浓度较低时自动补偿。

3. 安全可靠:设备配有阻火除尘系统、防爆泄压系统、超温报警系统及先进自控系统。阻力小。

4. 净化率高:采用当今先进的贵金属钯、铂浸渍的蜂窝状陶瓷载体催化剂,比表面积大。

 


 

3、沸石转轮吸附浓缩技术

技术原理

技术原理图

沸石转轮吸附浓缩是将低浓度,大风量的废气浓缩成高浓度,小风量的废气,从而减少设备的投入费用和运行成本,提高VOCs废气的高效率处理。

其基本构造可分为处理区,再生区,冷却区浓缩转轮在各个区内连续运行。VOCs通过前置过滤器后,再通过浓缩转轮装置的处理区。在处理区VOCs被吸附剂吸附去除,净化后的空气从浓缩转轮的处理区间排出。

 

优点

1. 吸附、脱附效率高。

2. 沸石转轮吸附VOCs所产生的压降极低,可大大减少电力能耗。

3. 使原本高风量、低浓度的VOCs废气,转换成低风量、高浓度的废气,浓缩倍数达到5-15倍,大大缩小后处理设备的规格,运行成本更低。

4. 整体系统采用模组化设计,具备了最小的空间需求,且提供了持续性及无人化的操控模式。

5. 系统自动化控制,单键启动,操作简单,并可搭配人机界面监控重要操作数据。

 

沸石转轮装置应用领域

凹版印刷行业的有机废气处理、半导体制造业的有机废气处理,锂电池制造业的有机废气处理、涂装行业的有机废气处理、化工行业的有机废气处理、制药行业的有机废气处理  、食品行业的有机废气处理  、薄膜行业的有机废气处理、家电行业的有机废气处理。

 


 

4、催化剂焚烧技术

技术原理

技术原理图

有机废气先通过热交换器预热到200~400℃,再进入燃烧室,通过催化剂床时,碳氢化合物的分子和混合气体中的氧分子分别被吸附在催化剂的表面而活化。由于表面吸附降低了反应的活化能,碳氢化合物与氧分子在较低的温度下迅速氧化,产生二氧化碳和水。

催化燃烧反应的关键是选择合适的催化剂。对催化剂的要求是:活性高,特别要低温活性好,以便在尽可能低的温度下开始反应。燃烧反应是放热反应,释放出大量的热可使催化剂的表面达到 500~1000℃的高温,而催化剂容易因熔融而降低活性,所以要求催化剂能耐高温。

 

优点

1. 可以降低有机废气的起始燃烧温度。例如甲醇、甲醛在以氧化铝为载体的Pt催化剂(Pt/Al2O3)的作用下,室温下就开始燃烧,而直接燃烧法起始燃烧点通常为300~600℃。

2. 燃烧不受碳氢化合物浓度的限制。

3. 基本上不会造成二次污染。

4. 设备较简单,投资少,见效快。

 


 

5、活性炭吸附技术

技术原理

技术原理图

由于吸附剂和吸附质分子间的作用力引起的。吸附主要靠分子间的范德华力,把吸附质吸附在吸附剂表面,是可逆过程,只能暂时阻挡污染而不能消除分解污染物。活性炭外观为粉末或颗粒状,活性炭中微孔对活性炭吸附量起着支配作用,中孔和大孔一般为吸附质分子进入通道,在通道内的扩散讨程的快慢也会影响吸附量的大小。

 

优点

1. 适用于低浓度的各种污染物;

2. 活性炭价格不高,能源消耗低,应用起来比较经济;

3. 通过脱附冷凝可回收溶剂有机物;

4. 应用方便,只与空气相接触就可以发挥作用;

5. 活性炭具有良好的耐酸碱和耐热性,化学稳定性较高

 


 

6、生物滴滤技术

技术原理

技术原理图

生物滴滤法处理VOCs的原理与生物过滤法基本相同, 它是介于生物过滤法与生物洗涤法之间的一种生物处理技术。生物滴滤反应器中一般填充惰性填料, 如陶瓷、碎石、珍珠岩、塑料材质填料等,在此系统中填料仅为微生物提供一定的附着表面。废气同生长在惰性填料上的生物膜(微生物)接触, 从而被生物降解。与生物过滤法相比,生物滴滤法有如下优势:避免产生生物过滤反应器中的填料压实、短流以及填料降解等缺陷,营养物和缓冲溶液可以方便的通过回流液投加等。

 

适用条件

1. 气量大、浓度低、

2. 有机负荷高、降解

3. 过程中产酸或产能

4. 较大的VOCs

 

运行特性

处理能力大,不易堵塞,适用寿命长;菌种易随流动相流失。

 


 

7、生物过滤技术

基本原理

技术原理图

 

生物过滤法是指将废气先通过增湿塔增湿,然后通入填充有填料如土壤、堆肥、泥煤、树皮、珍珠岩、活性炭等的生物过滤器中,与在填料上所附着生长的生物膜(微生物)接触,被微生物所吸附降解, 最终转化为简单的无机物如(如CO2、H2O 、SO42-、NO3- 和Cl-等)或合成新细胞物质的过程,处理后的气体在从生物过滤器的另一端排出。

 

可采用生物过滤法的有机污染物有

苯、甲苯、乙苯、甲醇、乙醇、丁醇、乙酸丁脂、甲酸、甲烷、乙烷等。

 

使用要求

微生物的活性决定了反应器的性能,因而,反应器的环境应适合微生物的生长,如应保证60%的填料颗粒直径大于4mm,保持温度在20-40℃,pH在6-9的范围内。

 

相比于其他工艺,生物滤池具有以下优点

工艺设施简单、能耗小、处理费用低、效果好等。

 

适用条件

气量大,低浓度的VOCs。

 

运行特性

处理能力大,操作方便,工艺简单,能耗少,运行费用低,具有较强的缓冲能力;菌种繁殖代谢快,不会随流动相流失。

 


 

8、UV光解技术

技术原理

技术原理图

利用220v低电压高强度的宽波幅光光子管发出特定波段能量均衡的双波段光(185nm,254nm)照射废气,裂解废气中如:氨,三甲胺,硫化氢,甲硫氢,甲硫醇,甲硫醚,二甲二硫,二硫化炭,苯乙烯,VOsC类,使有机或无机高分子污染物分子链,在高能紫外线光束照射下裂解,氧化成小分子化合物。利用UV高能紫外线光束分解空气中的氧分子产生的游离氧,因游所负电子不平衡所以需与氧气分子结合,进而产生臭氧。

 

其反应式为:  UV+O2→O+O(游离氧)  O或O+O2→O3(臭氧)

 

运用高能UV高能紫外线光束及臭氧对恶臭气体进行协同分解氧化反应,使恶臭气体物质其降解转化成低分子化合物,水和二氧化碳,再通过风管排出。

 

适用范围

各类化工企业,包括医疗,喷涂喷漆,橡胶,印染,食品等;化工企业污水站废气;含氮化合物,如氨,胺类,腈类,硝基化合物,含氮杂环化合物等;碳氢,或碳氢化合物,如低级醇,醛,脂肪酸等。

 

特点

占地小,投资抵;即开即用,清洗简单,方便维护;耐冲击负荷,不易受污染物浓度计温度变化影响;适用范围广,尤其对恶臭气体有很好的去除率。

 


 

9、回收式热力焚烧技术

技术原理

技术原理图

 

利用风机将烘干室内的废气抽出,送入废气焚烧集中供热装置,在燃烧室内经约750℃的高温氧化燃烧,将废气完全分解,变成CO2和水,产生的高温烟气通过配套的多级换热装置,加热生产过程需要的空气或热水,充分回收利用氧化分解有机废气时产生的热能,最终排放的烟气温度可以控制在160℃左右,这样降低整个系统的能耗。

 

优点

1. 有机废气分解率高达99%,热回收率可达76%

2. 燃烧过程逗留时间短,燃烧输出调节比高

3. 几乎可以处理所有有机废气

4. 装置使用寿命长