淺談低濃度有機廢氣治理技術的選擇

淺談低濃度有機廢氣治理技術的選擇

            北極星VOCs在線訊    :引言

近年來，隨著各地方、各行業            揮發性有機化合物    （VOCs）排放指標的陸續發布，排放濃度限值和排放速率限值的要求越來越嚴格。以表面涂裝行業為例，對國家及各地揮發性有機化合物排放標準要求匯總分析可看出，地方標準較國家標準嚴格，新頒布的標準較以前標準嚴格。

圖1表面涂裝行業國家及各地有機化合物環保標準要求

針對低濃度有機廢氣，如何選擇一套環保達標、投資合理、運維經濟及安全可靠的治理技術成為各治理企業首先要解決的問題。

1常用低濃度            有機廢氣治理    技術

目前，常見低濃度有機            廢氣治理技術    分為：低溫等離子、光催化氧化、蜂窩活性炭吸附濃縮催化氧化、沸石轉輪吸附濃縮催化氧化等。

圖2常見VOCs治理技術技術

1.1低溫等離子治理技術

低溫等離子技術利用在電極間的10~30kV電壓擊穿效應，生成包括光子、電子、離子、基態分子原子和激發態分子原子在內的等離子體的基本粒子，與廢氣中的揮發性有機化合物發生作用，使有機化合物分子在極短的時間內發生分解，生成CO2和H2O以及部分副產物，以達到揮發性有機化合物凈化的目的。

低溫等離子技術一般適用于有機物濃度500mg/m3以下的廢氣。廢氣中有機化合物的去除效率一般低于40%。

低溫等離子技術具有以下技術特點：無選擇性破壞，凈化效率偏低，易產生二次污染物或中間產物，環保達標有困難；易生成臭氧，帶來臭氧超標問題；處理高沸點或粘稠物質（如含有漆渣、焦油等）存在爆炸風險；易受進氣中顆粒物及濕度影響處理效果。

1.2光催化氧化治理技術

光催化氧化治理技術利用特種紫外線波段，在特種催化劑的作用下，將氧氣催化生成負氧離子，再將廢氣中的有機化合物分子氧化還原的一種特殊處理方式。

光催化氧化治理技術一般適用于有機物濃度500mg/m3以下的廢氣。廢氣中有機化合物的單程轉化率低，一般低于40%。

光催化氧化治理技術具有以下技術特點：無選擇性氧化，凈化效率偏低，易產生二次污染物或中間產物，環保達標有困難；存在催化劑表面污染及燈管壽命等問題，導致處理效果衰減快、運行維護成本高。能量綜合利用率低，且無法利用VOCs中的化學能。

1.3蜂窩活性炭吸附濃縮催化氧化技術

蜂窩活性炭吸附濃縮催化氧化技術是活性炭吸附技術、催化燃燒技術的組合，VOCs廢氣經過吸附、濃縮、燃燒3個環節。其凈化原理如下：首先，利用活性炭的多孔性和表面張力，將VOCs溶劑吸附在活性炭空隙中，從而凈化廢氣。然后，吸附達到飽和狀態，使用熱風脫附、再生。最后，在合適的催化劑作用下，促使脫附后的有機物在低溫環境下分解為CO2和H2O，達到廢氣處理目。

蜂窩活性炭吸附濃縮催化氧化技術一般適用于有機物濃度1000mg/m3以下的大風量有機廢氣。實際工程項目運行一定周期后的活性炭吸附濃縮凈化效率≤90%，活性炭的吸附凈化效率呈現持續衰減的情形。

經過多年的運行實踐，活性炭吸附濃縮催化氧化技術也存在一些明顯的缺陷。①采用活性炭材料作為吸附劑的安全性較差。由于活性炭中含有一些金屬成分，會對吸附在活性炭表面上的有機物產生催化氧化作用。當再生熱氣流的溫度達到100℃以上時，由于催化氧化作用的增強而造成熱量蓄積，吸附床容易著火。②采用熱氣流吹掃再生活性炭，因為再生溫度低，當脫附周期完成后部分高沸點化合物不能徹底脫附，會在活性炭床層中積累而使其吸附能力下降。由于存在安全性問題，通常的再生溫度不能超過120℃。因此對于沸點高于120℃的有機物，如三甲苯等則不能利用該工藝進行凈化。③通常活性炭具有很強的吸水能力，當廢氣濕度較高時（超過60%），對有機物的凈化效率較低。

1.4沸石轉輪吸附濃縮催化氧化技術

沸石轉輪吸附濃縮催化氧化技術利用沸石比表面積大和不同溫度條件下分子間作用力不同的原理進行設計。低溫條件下，大風量的有機廢氣通過沸石轉輪，VOC分子吸附其表面，經過沸石轉輪的廢氣可直接排放。吸附有大量VOC的沸石轉輪部分進入高溫脫附區，利用小風量的高溫廢氣將沸石轉輪上的VOC分子脫附出來，形成高濃度廢氣，送入后端的廢氣催化氧化系統催化氧化分解處理成CO2和H2O，凈化后的廢氣可直接排放。

沸石轉輪吸附濃縮催化氧化技術一般適用于有機物濃度范圍在～1500mg/m3的廢氣。沸石轉輪濃縮裝置吸附效率在≥90%。

沸石轉輪吸附濃縮催化氧化技術:沸石轉輪在治理大風量、低濃度有機廢氣方面優勢明顯，但是對廢氣組分要求較高。例如氯甲烷、二氯甲烷等低沸點有機物，吸附效率較低，甚至無明顯效果，對長鏈揮發性有機物吸附效率也不高；當廢氣中含有乙醇和甲苯時，沸石轉輪對乙醇的吸附效果會因競爭吸附而降低，同時沸石轉輪要求進氣溫度在40℃以下；例如苯乙烯等有機物吸附在沸石分子篩微孔內部，脫附時溫度180~220℃，達到了其聚合反應的條件，容易生成大分子聚合物，堵塞沸石微孔，影響吸附效率，久而久之使沸石失去吸附能力，這種損壞是不可逆的。沸石轉輪中具有吸附能力的沸石是弱堿性的，如果廢氣中酸性組分進入沸石轉輪，會與沸石發生反應，損傷沸石表面結構，降低沸石吸附效果。

2低濃度廢氣治理技術對比

2.1低濃度廢氣治理技術環保性能對比

環保達標是有機廢氣治理的首要目的，針對低濃度廢氣的治理要求，選擇一套滿足環保達標的有機廢氣治理技術可從凈化效率、核心設備的使用壽命、適合的治理風量、適合的治理濃度等方面進行綜合的分析研判。低溫等離子、光氧化催化、活性炭吸附濃縮催化氧化、沸石轉輪吸附濃縮催化氧化四種低濃度廢氣治理技術的環保性能對比詳見表1。

表1低濃度廢氣治理技術環保性能對比

通過表1分析可看出，針對常規廢氣，凈化效率方面：沸石轉輪吸附濃縮催化氧化＞蜂窩活性炭吸附濃縮催化氧化＞光氧化催化≈低溫等離子。針對含有＞120℃沸點的有機化合物，沸石轉輪吸附濃縮催化氧化明顯優于其他治理技術。

2.2低濃度廢氣治理技術運維費用對比

在滿足環保達標的前提下，低運維費用體現出有機廢氣治理技術的經濟性。表2與表3的運維費用分別按照入口濃度為500mg/m3和100mg/m3的工況進行理論核算。

表2低濃度廢氣治理技術運維費用對比（入口濃度500mg/m3）

表3低濃度廢氣治理技術環保性能對比（入口濃度100mg/m3）

注：VOCs熱值是按照常規噴涂廢氣的混合熱值約36000kJ/kg核算。維護費用包含了活性炭的危廢處理費用。天然氣單價按照3.3元/Nm3，電單價按照0.86元/kWh。

通過表2與表3分析可看出，針對常規廢氣，當入口濃度500mg/m3和100mg/m3時，運維費用從高到低：蜂窩活性炭吸附濃縮催化氧化＞沸石轉輪吸附濃縮催化氧化＞光氧化催化＞低溫等離子。其中，入口濃度增大，則蜂窩活性炭吸附濃縮催化氧化和沸石轉輪吸附濃縮催化氧化的運維費用均降低。

由于光氧化催化與低溫等離子不利用VOCs的化學能，因此運維費用與入口濃度無關聯。

2.3低濃度廢氣治理技術安全對比

低溫等離子體技術在VOCs治理的工程實踐中多次發生燃燒爆炸事故，極大地限制了該技術在VOCs治理中的推廣。天津市安監局發文強調，對采用“低溫等離子”等可能產生點火能的工藝或設備設施處理易燃易爆揮發性有機物的，或采用濕法除塵處理鋁、鎂等金屬涉爆粉塵的環保設施，要立即停用，并全面進行安全風險評估，嚴防類似事故再次發生。

中國環境保護產業協會發布《有機廢氣（VOCs）治理先進技術目錄匯編（2014-2017）》中：《基于沸石轉輪的中低濃度涂裝VOCs凈化技術與裝備》屬于重點環保實用技術。重點環境保護實用技術及示范工程名錄是中國環境保護產業協會重要的技術評估和推廣項目，也是供用戶選用環境保護技術的重要途徑。

安全可靠是環保設備能穩定環保達標運行的保證，表4對低濃度有機廢氣治理技術安全性能進行對比分析。

表4低濃度廢氣治理技術安全對比分析

通過表4可看出，目前沸石轉輪吸附濃縮催化氧化技術屬于政府鼓勵推薦的國家先進治理技術。而低溫等離子與光氧催化技術屬于不鼓勵技術，甚至某些地方政府明令禁止本地區使用此類有機廢氣治理技術。

3結論

從環保性能、安全性能分析，低溫等離子和光氧化催化技術已經不能滿足低濃度有機廢氣治理的需求。沸石轉輪吸附濃縮催化氧化與活性炭吸附濃縮催化氧化對比分析，沸石轉輪吸附濃縮催化氧化技術在高凈化效率、低運行費用、高安全性方面明顯優于活性炭吸附濃縮催化氧化技術。因此，鑒于目前越來越嚴格的有機廢氣地方環保排放要求，對于常規低濃度有機廢氣建議優先選擇沸石轉輪吸附濃縮催化氧化技術。

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來源:VOCs治理減排技術