环境保护中VOCs处理技术研究.pdf

环境污染与治理-134-环境保护中VOCs处理技术研究张家亮（淮安市五洋再生物资回收利用有限公司，江苏 淮安 223001）摘要：目前，VOCs的治理方法主要有活性炭吸附法、催化燃烧法、吸收法、等离子体净化法和生物净化法，这些方法都存在一定的不足之处，而蓄热式催化燃烧（RCO）技术具有吸附能力强、操作简单、设备运行成本低、分解物质能力强等优点，无论是在VOCs去除率还是运行成本方面，都具有较强优势。本文针对VOCs排放对环境的影响，以某化工企业为例，采用蓄热式催化燃烧（RCO）技术进行VOCs治理。结果表明，VOCs最佳燃烧温度为250300，在该温度范围下，VOCs的去除率可以达到97%以上，并且进气风量和气体停留时间对去除效果影响较小，可以实现VOCs的“零污染”排放。关键词：环境保护；VOCs；蓄热式催化燃烧中图分类号：TS5 文献标志码：A DOI：10.20025/ki.CN10-1679.2023-19-46Research on the Treatment Technology of VOCs in Environmental ProtectionZhang Jialiang(Huai an Wuyang Recycling Materials Recycling Co.,Ltd.,Huaian 223001,China)Abstract:At present,the VOCs method of governance mainly activated carbon adsorption,catalytic combustion,absorption,plasma purifi cation and biological purifi cation method,these methods have some shortcomings,and regenerative catalytic combustion(RCO)technology has strong adsorption capacity,simple operation,low equipment operation cost,decomposition ability,both in terms of VOCs removal rate and operating cost,has a strong advantage.In view of the impact of VOCs emission on the environment,taking the production of a chemical enterprise as an example,the regenerative catalytic combustion(RCO)technology is adopted for VOCs treatment.The results show that the optimal combustion temperature of VOCs is 250300,in which the removal rate of VOCs can reach more than 97%,and the intake air volume and gas residence time have little effect on the removal effect,so the“zero pollution emission”of VOCs can be realized.Key words:environmental protection;VOCs;RCO引言近年来，随着社会经济的快速发展，大气环境污染问题日益突出，其中VOCs是主要大气污染物之一。VOCs会对环境造成污染，危害人体健康，同时，还会对大气造成一定影响。因此，我们在环境保护中应重视对VOCs的治理，可采用吸附、吸收、催化燃烧、等离子体净化等多种技术对其进行治理，RCO技术具有较强的吸附能力与催化活性，对VOCs有较好的吸附效果。RCO由于较高的热效率和较好的处理效果，被广泛用于印刷、化工、喷涂等领域。关于RCO工艺的优化，朱跃华1（2017）提出了在RCO工艺中增设缓冲段，降低系统内的空气流动干扰，有效解决了设备运行不稳定的问题；吴国平2（2018）为提高装置的自动化水平，在装置入口安装了多台热传感器，可实时监测烟气温度，并将各部分温度的变化，反馈给调节阀门，实现更精准的控温，使装置的控制水平得到了进一步提升。为了减少环境污染，很多企业在废气处理过程中采用了清洁生产技术，以降低有机废气的排放量。然而，目前仍有部分企业存在设备陈旧，不重视清洁生产技术等问题，不能很好地处理VOCs废气。本文根据工业生产VOCs废气排放的特点，并根据其排放的有机废气对周边环境造成的影响，利用蓄热式催化燃烧（RCO）技术，对VOCs废气进行处理，实现了对有机废气的高效处理和排放，从而保证环境安全。1蓄热式催化燃烧技术的工作原理蓄热式催化燃烧技术是一种将废气和催化剂结合起来的处理方法，该方法主要由蓄热单元和催化剂两部分组成。首先，在活性炭吸附单元中加入活性炭，将废气吸附至活性炭内部；然后，通过加热炉对气体进行加热，使其在催化剂的作用下发生氧化反应3；最后，利用余热将废气进行冷却，使废气再次达到一定的温度后再进行排放。1.1蓄热单元蓄热式催化燃烧技术中，蓄热单元的主要功能是将废气的 作者简介：张家亮（1975-），男，大专，工程师，研究方向：环境保护。环境污染与治理-135-热量吸收并存储起来，进而保证气体在催化燃烧时，热量能够及时传递给反应装置，使废气得到有效处理。一般情况下，蓄热单元主要包括两部分：一是蓄热体；二是蓄热介质。其中蓄热体的作用是将加热过程中产生的热量存储起来，以备后续使用。蓄热体包括陶瓷、陶瓷纤维和金属材料等多种类型。蓄热式催化燃烧技术中，当催化燃烧反应装置开始运行时，需要先对陶瓷蓄热单元进行加热，使其达到一定的温度后再启动催化反应装置。而当催化燃烧反应装置停止运行时，则需要将蓄热单元中的蓄热介质进行回收，以便在下次使用时能够将其加热至相同的温度。1.2催化剂蓄热式催化燃烧技术中，催化剂主要为氧化物、硫化物和氮化物，其氧化物包括氧化镍、氧化铝等；硫化物包括硫化铅、氧化物等；氮化物包括氮化硼、氮化钼等。当废气温度较低时，催化剂可以避免有机物在催化燃烧过程中的反应活性，从而延长其使用寿命；当废气温度较高时，催化剂会发生氧化反应，将有机物完全燃烧掉。催化剂是一种催化材料，能够使有机废气中的有机物进行氧化反应，因此在蓄热式催化燃烧技术中，催化剂是必不可少的组成部分。1.3催化燃烧装置催化燃烧装置主要由蓄热单元、催化剂、燃烧室、温度控制器和通风管道组成。在催化燃烧装置中，催化剂一般被安装在燃烧室的上部，通过催化剂的使用，使废气与空气充分接触，从而提高燃烧反应的效率。一般情况下，催化燃烧装置是一个由高温和低温两部分组成的系统，通常只有在催化剂存在的情况下才能发生催化反应。但在实际工作过程中，由于废气浓度较低，因此，催化剂通常被安装在预热段。预热段是催化燃烧装置中最为重要的部分，一般情况下，其温度范围为250400。预热段的存在可以使催化剂提前达到一定的温度条件，从而使废气与空气充分接触，提高反应效率。1.4RCO燃烧机理RCO主要是将催化剂和加热系统组合在一起，利用热交换系统将废气中的VOCs加热，使其温度升高，之后再通过催化剂进行催化燃烧。这种技术主要通过预热来降低VOCs的排放浓度，从而使燃烧更加充分。这种技术在一定程度上可以对VOCs进行有效控制，并且还能减少污染排放。RCO燃烧是将废气中的可燃性气体和氧气在一定的条件下进行充分混合，形成可燃性气体并进行燃烧处理。RCO的燃烧可分为3个阶段：（1）第一阶段：可燃气体和氧在反应过程中发生化学反应生成CO2和H2O等，在这一阶段中，空气和废气被完全混合；（2）第二阶段：VOCs废气燃烧处理，在该阶段需要做好燃烧尾气的热回收工作，并在保持热能平衡的前提下，尽可能地减少多余的能源消耗4；（3）第三阶段：反应物质分子内的反应性原子完全放出电子，并将其还原成无机物，如水、二氧化碳等，在这一过程中，反应物分子与氧气进行能量释放，VOCs中可燃性气体与氧气混合后燃烧。2基于RCO技术的VOCs治理某化工企业生产过程中涉及到含有机溶剂的聚酯漆等材料，在有机溶剂的挥发物干燥过程中，产生了以二甲苯为主的气体，该气体经过收集后进行活性炭吸附处理，并最终由排气口排出到室外环境中。在目前的流程中，每台生产设备均配备冷却风机排废管道，收集和处理产生的VOCs气体，以满足环境保护要求。该公司为进一步提升废气处理效果，对废气环保处理设施进行改造，采用蓄热催化燃烧技术对VOCs进行治理，实现了VOCs排放浓度的稳定性。2.1VOCs废气治理原理针对VOCs废气的处理，以多孔活性炭为主体，在活性炭床内填充高温催化剂，在温度的影响下，将废气中的有机组分氧化、分解成二氧化碳、水等小分子化合物，从而达到净化VOCs废气的目的。在催化剂的催化下，可以将尾气中的有毒有害成分分解为无害的物质5。2.2影响VOCs废气处理的因素VOCs气体在燃烧室内的时间、VOCs浓度、反应室温度等因素都会对VOCs的去除产生影响。当蓄热式催化燃烧装置反应室温度达不到VOCs的燃烧温度时，就会出现氧化物不完全燃烧的现象；如果VOCs在反应室中燃烧时间过短，其脱除效率将下降；当VOCs浓度过高时，易出现VOCs脱除不彻底的情况，甚至引起反应室爆炸。2.2.1 反应温度对VOCs处理的影响将VOCs燃烧温度控制在200250、250300、300400 三个范围内，气体停留时间设置为3 s，测试VOCs的热回收率（TRE）和去除率（DRE），测试结果如表1所示。表1不同燃烧温度下VOCs去除的热回收率和去除率项目300400 250300 200250 总风量（m3/h）26 561 27 147 43 791 24 260 25 780 39 653 24 560 26 382 42 392入口非甲烷总烃（mg/m3）7839468828791 052 1 145 1 180870933出口非甲烷总烃（mg/m3）676121010444856入口NOX（mg/m3）413135513043302345出口NOX（mg/m3）000000000入口H2S（mg/m3）685740462646533571571630730出口H2S（mg/m3）000000000入口气温（）565760615663545960出口气温（）101100951019992949794DRE（%）106106106105105105103101101TRE（%）100100101100100102100100101环境污染与治理-136-由表1可知，在VOCs含量相同、空气流速相同的情况下，在200250 的燃烧室温度下，燃烧室输出的VOCs含量平均为49 mg/m3，符合大气污染物排放标准中VOCs废气排放量120 mg/m3的要求，没有检测到NOx、H2S等有害气体。在此温度下，VOCs的脱除率可达94%；在250300 的燃烧条件下，出口VOCs的平均浓度达到11 mg/m3，脱除率达97%；在300400 范围内，出口VOCs的平均浓度可达6 mg/m3，脱除率可达99%；在250 以上的燃烧条件下，VOCs的脱除率从94%上升到99%。因此在治理VOCs废气时，必须保持燃烧炉的温度在250300 范围内。2.2.2 VOCs浓度对去除效果的影响将燃烧室风量控制在26 000 m3/h，燃烧温度控制在250300，VOCs进气浓度设置为4001 200 mg/m3，气体在燃烧室的停留时间设置为3 s，测试结果如表2所示。表2不同进气浓度下VOCs去除的热回收率和去除率单位：mg/m3项目入口非甲烷总烃4006096539591 0651 251总风量23 03043 14127 35539 82325 45426 000出口非甲烷总烃566587入口NOX323025194023出口NOX000000入口H2S293142687660513出口H2S000000入口气温555553555657出口气温889294939092DRE101102102103102103TRE989897979898从表2可以看出，当VOCs浓度在600 mg/m3以下时，在同样的燃烧温度和空气流量下，燃烧室出口VOCs浓度的平均值为5 mg/m3，VOCs的脱除率达到98%；当VOCs的浓度在1 000 mg/m3时，燃烧室出口VOCs浓度的平均值为8 mg/m3，VOCs的脱除率可达97%。由此可以看出，VOCs排气浓度会对VOCs的去除率有一定影响，但影响很小，在不同VOCs废气排气浓度下，VOCs去除率均可以达到97%。2.2.3 气体停留时间对VOCs去除效果的影响使燃烧温度保持在250300，设置VOCs进气浓度为1 000 mg/m3，进气风量分别控制在两个阶段，即26 000 m3/h和72 000 m3/h两个范围段，测试结果如表3所示。表3不同进气风量下VOCs去除的热回收率和去除率单位：m3/h项目总风量26 00026 32626 98170 93071 15672 000气体停留时间3331.51.51.5入口非甲烷总烃9451 3071 0717678131 186出口非甲烷总烃554437入口NOX384432313941出口NOX000000入口H2S462627721578662704出口H2S000000入口气温575758596061出口气温898687979496DRE100100100100100100TRE989999979898由表3可知，在燃烧温度、进气温度和气体停留时间相同的情况下，进气风量控制在26 000 m3/h时，燃烧室出口VOCs含量在5 mg/m3左右，VOCs的去除率可以达到99%；进气空气流量控制在72 000 m3/h时，燃烧室出口VOCs的含量为7 mg/m3，VOCs的去除率为98%。由此可见，将燃烧温度控制在250300 时，VOCs的去除效果已经达到最佳，改变进气风量对VOCs的去除率影响较小，VOCs去除率均可达到98%。3结语综上所述，RCO技术是一种有效的VOCs治理方法，其具有吸附能力强、操作简单、设备运行成本低等优势，在环境保护中可广泛应用。在环境保护中，我们应重视对RCO技术的研究，选择合适的吸附材料和催化剂，并不断优化RCO技术，提高其吸附能力与催化活性，从而提升其治理效果。在不同进气浓度、燃烧温度和气体停留时间下，当燃烧温度达到250 时，VOCs的脱除率可达97%以上。因此在治理VOCs时，必须保持燃烧炉的温度在250300 范围内，以此保证VOCs气体的脱除效率。参考文献：1朱跃华.RTO尾气回收在印制电路板行业中的应用J.山东化工，2017，46（13）：170-171+173.2吴国平，王伟州.挥发性有机物（VOCs）污染空气的防治技术分析J.环境与发展，2018，30（3）：46+48.3陈小燕.低温柴油吸收+催化氧化技术在VOCs治理中的优化研究J.石化技术，2023，30（7）：228-229.4李必怡.固定顶储油罐VOCs回收治理技术及前景分析J.石油石化节能，2023，13（7）：85-88.5魏建波.喷淋吸收-活性炭吸附工艺在化工行业VOCs废气治理与控制中的应用J.机电信息，2023（13）：85-88.