Voc的吸附回收技术及其应用

Voc的吸附回收技术及其应用1．概述挥发性有机化合物简称VOC，一般是作为溶剂使用后而散发到大气中的，它主要来自石油化工、涂石油化工环境保护料、医药、烤漆、电子元器件的脱脂、印刷、人造革、衣物干洗、胶片织物涂层、粘胶剂、农药、橡胶等行业。据美国EPA报道，1995年美国共排放VOC22900k，中国在1996年共使用溶剂2600kt，这些溶剂大部分被排放到大气中。2．VOC现状及其危害2.1现状目前，我国城市室内空气污染主要来源于室内装修装饰材料。室内VOC的主要来源是装修装饰材料，而且VOC的浓度随着装修时间的延长逐渐呈现下降趋势。同时还发现，经过装修的室内空气中，检出率最高的是苯、甲苯等苯系物和乙酸乙酯、乙酸丁酯等低分子脂类物质以及环己酮、戊醛等低分子醛酮类和蒎烯类。室内空气中挥发性有机化合物无论是从其组成、来源和毒性都表现出相当的复杂性，其污染引发的一系列问题已经引起人们的广泛关注。在积极采用绿色清洁环保的装饰装修材料的同时，对于污染物的治理需要我们不遗余力。2.2危害根据化学物质的性质，通常用作溶剂的有脂肪族化合物、芳香族化合物、卤代烃、醇、醛、酮、醚、酯等。这些有机溶剂挥发到大气中，不仅会污染环境，还会危害人体健康。如苯是一种常用的溶剂，它既可以被皮肤所吸收也可以被人体吸入，造成急性和慢性中毒，但是大多数中毒都是由于吸入人体内而造成的。苯类化合物会损害人的中枢神经，造成神经系统障碍，其被摄入人体后会危及血液和造血器官，严重时，有出血症状或感染败血症。苯在生物体内能逐步氧化成苯酚，诱发肝功能异常，阻止骨骼的生长，发生再生障碍性贫血。苯蒸气浓度高时(空气中含量2%)会导致致死性的急性中毒。所以，ACGIH将苯列为可疑潜在致癌物质。卤代烃类物质能引起神衰征候群及血小板减少、肝功能下降、肝脾肿大等病变，还可能导致癌症。CFC类物质对大气臭氧层有破坏作用。所有这些促使世界各国尤其是发达国家纷纷颁布法律对VOC的排放进行控制。3．回收及处理技术VOC的回收技术主要有冷凝法、吸附法、吸收法和膜分离法;吸附法、吸收法和膜分离法是通过采用选择性吸附剂和吸收剂、选择性膜渗透来分离回收废气中的有机溶剂。处理技术主要有催化燃烧、直接燃烧等，它是通过化学反应，将气体中的有机物转变为CO2和水。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。通常使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VOC含量高(百分之几)、气体量较小的有机废气的回收处理。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，回收效果不好。由于大部分VOC系易燃、易爆气体，受到爆炸极限的限制，气体中的VOC含量不会太高，所以，要达到较高的回收率，需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，有机物蒸汽压较高，故离开冷凝器的排气中的VOC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它技术结合使用。3.2吸附法吸附法早已用VOC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VOC的原理是利用比表面积非常大的粒状活性炭、炭纤维、沸石等吸附剂的多孔结构，将VOC分子截留。当废气通过吸附床时，VOC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。3.2.1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2台或2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℃、气体相对湿度超过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，这种情况可采用炭纤维或沸石作为吸附剂。活性炭纤维是以有机化合物纤维(如聚丙烯、酚醛树脂、聚乙烯醇等)为基本原料经特殊加工制成的。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，纤维上有很多微孔可以直接与有机物接触而不是象颗粒活性炭那样要先通过大孔、过渡孔，才能到达微孔，因此，活性炭纤维更易于吸附低浓度的VOC。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。由于活性炭纤维的吸附能力强，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。3.2.2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，自下而上地流动，使吸附剂流态化，VOC与吸附剂接触后被吸附，净化后的废气由顶部排出，吸附了VOC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。3.2.3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VOC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VOC得到浓缩，大大降低了设备投资。3.3吸收技术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VOC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VOC转移到吸收剂中。吸收按其机理可分为物理吸收和化学吸收，通常VOC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。当吸收液为水时，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。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VOC渗透而达到分离的目的。当VOC气体进入膜分离系统后，膜选择性地让VOC气体通过而被富集，脱除了VOC的气体留在未渗透侧，可以达标排放;富集了VOC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VOC。膜分离法适用于中高浓度(VOC含量高于1×10-3)的废气的处理。膜系统的费用与进口气体流速成正比，与VOC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。4.应用（1）等离子体-吸附剂组合工艺等离子体-吸附剂组合工艺是在等离子体装置的放电空间填充一定量的吸附剂，利用吸附剂吸附等离子体放电空间内被激活的大量短寿命的活性物质，或者在放电之前就吸附有利于产生高活性自由基的物质，在放电时形成局部的自由基富集，促进吸附剂微孔结构表面的多想降解反应，多孔性吸附剂表面在电子撞击下也可成为反应活性中心，最终提高VOC气体的去除率等采用等离子体-吸附剂组合工艺降解甲苯和丙烷，吸附剂分别为玻璃小球、γ-Al2O3、分子筛与γ-Al2O3的混合物。研究结果显示，吸附剂的加入使VOC的去除率得到提高，运行温度的升高有利于去除效率的提高。另外，采用γ-Al2O3作为吸附剂时还可减少反应过程O3和HNO3的产生。等研究了等离子体-活性炭组合工艺降解甲苯和三氯乙烯，组合工艺对三氯乙烯的去除率高达90%，比单独电晕放电对三氯乙烯的去除率40%高50个百分点，而且整个反应过程没有检测到O3和HNO3。（2）等离子体-催化剂组合工艺等离子体-催化剂组合工艺是在等离子体放电空间填充催化剂的，从而提高VO降解率的治理工艺。等离子体-催化剂组合工艺比单独等离子体作用或单独催化剂作用对VOC的降解效果都有明显的改善等研究得出在等离子体反应段之后加入催化剂能显著提高对丁醋酸的降解率，且其效果优于单独等离子体和单独催化剂作用时的效果之和。Li等利用等离子体-TiO2光催化剂组合工艺处理甲苯时发现，组合工艺对放电能量的利用率是单独等离子体时的2倍，甲苯的降解率达76%，比等离子体单独作用时高32个百分点。（3）紫外-生物法组合工艺紫外-生物法组合工艺是指在传统的生物法前增加紫外处理单元，目的为利用紫外光将部分难生化降解物质转化为易生化降解的产物，同时降低后续生物单元的处理负荷。紫外-生物法组合工艺最早是被应用于土壤和废水处理当中，近年来才逐渐应用于VOC气体的处理当中来，而且已经得到国内外学者较广泛的研究。（4）臭氧-催化法组合工艺臭氧-催化法组合工艺是将臭氧氧化与催化法结合的处理挥发性有机物的组合工艺，是一项较有前景的技术，目前已被用于去除甲烷、链烷烃、芳香族化合物等气态有机物。（5）活性炭对VOC的吸附活性炭具有多种性能主要是因为其具有的多孔结构，并且不同的孔发挥出与其相应的性能。微孔(孔隙直径2nm)拥有很大的比表面积，呈现出很强的吸附性能;中孔(孔径2～50nm)能用于添载触媒和脱臭用化学药品，因其所添载介质的不同呈现不同的性能;大孔(孔径大于50nm)通过让微生物及菌类在里面繁殖，从而使无机碳材料发挥生物质性能。5.展望随着社会经济的发展和科技的进步，人们将会对赖以生存的环境提出更高的要求，对VOC治理的关注越来越大，治理VOC的措施也会更加的合理和有成效。