第5章-挥发性有机物污染控制.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第五章 挥发性有机物污染控制,第一节 挥发性有机化合物来源及危害,定义：挥发性有机化合物,(volatile organic compounds,，简称,VOC,）是除,CO,、,CO,2,、,H,2,CO,3,、金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵外，任何,沸点介于,50,260,之间,并,参加大气光化学反应,的,碳化合物,(,美国联邦环保署,EPA,）。,从环保意义上说，挥发和参加大气光化学反应这两点是十分重要的，不挥发或不参加大气光化学反应就不构成危害。,VOCs,排放及来源,危害,环境危害：雾霾、光化学烟雾等大气污染的元凶，温室效应气体。,人体健康：刺激眼睛和呼吸道，伤害人的肝、肾、大脑和神经系统。,如果没有足够的通风设备使空气流通，室内,VOC,空气污染程度比室外严重,10,倍之多。,VOCs,控制技术,一、以改进工艺技术、更换设备和防止泄露为主的,源头控制,措施；,二、以吸附、吸收及燃烧等排放控制技术为主的,末端治理,措施。,第二节,VOCs,源头控制,工艺技术的改进和设备的更新是减少,VOCs,排放的最佳选择,VOCs,替代,：替换原材料，减少生产过程中引入的,VOCs,总量,工艺改革,：改变运行条件，减少,VOCs,的形成和挥发；更换设备，减少,VOCs,泄漏,VOCs,替代,油漆、涂料和油墨中的醇、芳烃等溶剂，在生产与使用过程中汽化进入大气中，形成,VOCs,污染。,从油基到水基的转变，显著减少了,VOCs,排放,工艺改革,非挥发性溶剂工艺取代挥发性溶剂工艺，如流化床粉粉剂涂料和紫外平版印刷术,减少石油及石化生产工艺过程中的原料和成品的各种耗损是减少,VOCs,排放的重要措施：改进、改善工艺设备，减少油品的挥发损失，回收利用放空气体,泄漏损耗及控制,操作损耗：当,VOCs,溶液充入容器或从容器中导出时，由于温度和气压的变化导致,VOCs,气体溢出,呼吸损耗温度变化使容器产生“吸进和呼出”而导致的有机物损耗。,充入、呼吸和排空损耗可通过在容器出口附加的蒸气保护阀（真空压力阀）来控制。,汽油的转移损耗控制阶段,1,控制,汽油：,50,余种碳氢化物（,C,3,C,12,）和其他痕量物质，,C,8,H,17,，平均分子量,113,汽油的转移损耗控制阶段,2,控制,第三节,VOCs,控制方法和工艺,燃烧法,吸收（洗涤）法,冷凝法,吸附法,生物法,1.,燃烧法（,Combustion,）,适用于可燃或高温分解的物质,不能回收有用物质，但可回收热量,燃烧反应，如,燃烧时放出的热量,VOCs,燃烧原理及动力学,燃烧动力学,单位时间,VOCs,减少,多数化学反应，遵循阿累尼乌斯方程,氧气浓度远高于,VOCs,浓度,VOCs,燃烧原理及动力学,VOCs,A,1/s,E,kcal/mol,k,1/s,538,o,C,649,o,C,760,o,C,丙烯醛,丙烯腈,丙醇,3.30E+10,2.13E+12,1.75E+06,35.9,52.1,21.4,6.99258,0.01946,2.99528,102.37,0.96,14.83,841.47,20.34,52.07,氯丙烷,苯,1-,丁烯,氯苯,环己胺,1,，,2-,二氯乙烷,乙烷,乙醇,Ethyl acrylate,乙烯,3.89E+07,7.43E+21,3.74E+14,1.34E+17,5.13E+12,4.82E+11,5.65E+14,5.37E+11,2.19E+12,1.37E+12,4.39E+11,5.20E+05,29.1,95.9,58.2,76.6,47.6,45.6,63.6,48.1,46.0,50.8,44.7,14.7,0.56034,0.00011,0.07760,0.00031,0.76467,0.24851,0.00411,0.05869,0.88094,0.02804,0.39562,58.86353,4.93,0.14,6.02,0.09,26.84,7.51,0.48,2.14,27.44,1.25,11.18,170.64,27.21,38.59,183.05,8.41,438.42,109.11,19.93,35.97,407.99,24.64,154.04,404.29,燃烧工艺,直接燃烧,适用于可燃有害组分浓度较高或热值较高的废气,设备：燃烧炉、窑、锅炉,温度,1100,o,C,左右,火炬燃烧：产生大量有害气体、烟尘和热辐射，应尽量避免,燃烧工艺热力燃烧,适于低浓度废气的净化,温度低，,540,820,o,C,必要条件：温度、停留时间、湍流混合,燃烧工艺热力燃烧,燃烧工艺催化燃烧,燃烧工艺催化燃烧装置,具有热回收装置的催化燃烧器,燃烧工艺催化燃烧优点,无火焰燃烧，安全性好,温度低：,300,450,o,C,，辅助燃料消耗少,对可燃组分浓度和热值限制少,不同燃烧工艺比较,2.,吸收（洗涤）法（,Absorption,）,溶剂吸收法：采用低挥发或不挥发性溶剂对,VOCs,进行吸收，再利用,VOCs,分子和吸收剂的物理性质差异进行分离,吸收剂在,吸收塔吸收,VOCs,吸收了,VOCs,的吸收剂通过热交换进入,汽提塔,，在高于吸收温度、低于吸收压力时,解吸,吸收剂经过溶剂冷凝器冷凝后进入吸收塔循环使用,解吸,VOCs,气体经过冷凝器、气液分离器后以纯,VOCs,气体形式回收利用,适用于,VOCs,浓度较高、温度较低和压力较高的场合。,吸收工艺,对吸收剂的要求,对被去除的,VOCs,有较大的溶解性,蒸气压低,易解吸,化学稳定性和无毒无害性,分子量低，吸收能力最大化,3.,冷凝法（,Condensation,）,冷凝法：利用物质在不同温度下的不同饱和蒸汽压，采用降低温度、提高压力，使,VOCs,冷凝并与废气分离,冷凝温度处于露点和泡点温度之间,越接近泡点，净化程度越高,接触冷凝：被冷凝气体与冷却介质直接接触,表面冷凝（间接冷却）冷凝气体与冷却壁接触,适于废气体积分数,10,-2,以上的有机蒸气,常作为其它方法的前处理,4.,吸附法（,Adsorption,）,吸附工艺：利用多孔固体表面存在的未平衡的分子吸引力或化学键力，吸附混合气体中的,VOCs,组分并与废气分离,适用于处理中低浓度,VOCs,尾气,不饱和化合物吸附优于饱和化合物，环状化合物吸附优于链状化合物,活性炭吸附优于极性吸附剂（硅胶、氧化物）,部分,VOCs,不易解吸（酸、酯、酮），不宜用活性炭吸附,5.,生物法（,Biological Oxidation,）,微生物以,VOCs,作为碳源和能源，将其分解为,CO,2,和,H,2,O,悬浮生长系统：微生物及其营养物存在于液相，气相中的,VOCs,转移到液相，被微生物降解,附着生长系统：微生物附着生长于固体介质表面，气相中的,VOCs,被固体介质表面吸附，被微生物降解,气相主体中的,VOCs,在液相或固体表面的传质过程和微生物生物降解过程的耦合,微生物菌种的筛选、驯化和接种,最先进的,VOCs,处理技术，设备简单、运行费用低，适用于大风量、低浓度、难降解,VOCs,的处理,生物法工艺比较,专题,1,：,大风量、低浓度,VOCs,净化处理技术,大风量、低浓度,VOCs,净化处理,吸附浓缩,+,催化氧,化或蓄热燃烧组合式,VOCs,处理工艺,适用于解决此类,VOCs,净化。,越来越多的风量大、浓度低、组分复杂的,VOCs,净化处理面临一次性投资大，运行费用大的困境。,随着排放法规的进一步加严，任何单一技术路线难以使风量大、浓度低的,VOCs,实现达标排放。,吸附浓缩,+,催化氧化,VOCs,处理工艺,吸附床,1,电加热器,排空,催化燃烧床,新鲜空气,换热器,低浓度、大风量废气（室温）,吸附床,2,吸附床,3,除尘、脱水,排空,VOCs,吸附,浓缩,+,催化氧,化或蓄热燃烧系统,吸附浓缩,+,催化氧化处理工艺,吸附浓缩,+,蓄热燃烧处理工艺,吸附浓缩,+,催化氧化,VOCs,处理工艺,吸附床一般使用蜂窝活性炭、蜂窝沸石分子筛作为吸附剂，在安全因素、连续运行、脱附后浓度波动性等方面，沸石分子筛更有优势；,沸石分子筛转轮可以实现,吸附脱附浓缩三项连续变温的吸、脱附程序，,转轮吸附浓缩成主流处理工艺；,沸石分子筛转轮吸附浓缩技术使低浓度、大风量有机废气浓缩为高浓度、小流量的浓缩气体。,沸石分子筛转轮,吸附浓缩技术,沸石分子筛转轮的密封系统分为处理区域和再生区域，吸附转轮缓慢旋转，以保证整个吸附为一个连续的过程。,含挥发性有机化合物,(VOCs),的废气通过转轮的处理区域时，其中的废气成分被转轮中的吸附剂所吸附，逐渐趋向饱和，处理废气被净化而排空。,在再生区域，高温空气穿过吸附饱和的转轮，使转轮中已吸附的废气被脱附并由高温空气带走，从而恢复了转轮的吸附能力，达到连续去除,VOCs,效果。,沸石分子筛转轮,吸附浓缩技术,高温空气（,220,）来自于经过换热处理的新鲜空气，热源来自于催化燃烧室内产生的能量。,脱附产生的浓缩废气进入催化床，进行催化氧化反应，有机成分被氧化成无毒无害的,CO2,和,H2O,无害排放，并放出热量用于预热脱附气体。,思考题,简述,VOC,的定义及危害,从资源、环境角度分析,VOCs,污染预防与处理措施,设计风量大、浓度低、组分复杂的,VOCs,净化技术路线与处理工艺,以丙烯和氨气为原料采用丙烯氨催化氧化法合成丙烯腈是目前丙烯腈生产的主流工艺。丙烯氨催化氧化工艺从吸收塔顶排出的废气（,35,）除了主要成份氮气外，还包括非甲烷烃类、一氧化碳、氮氧化物与微量的丙烯腈等污染物（见下表），,设计丙烯腈吸收塔废气治理技术路线。,项目,CO,丙烯,丙烷,NOx,丙烯腈,氧气,组成,mol%,0.89,0.22,0.25,0.03,0.03,0.5,