第十二章 VOC污染控制.ppt

第十二章 挥发性有机物污染控制 1.蒸气压及蒸发 2.VOCs（volatile organic compounds）污染预防 3.VOCs污染控制方法和工艺 第一节 蒸气压与蒸发 蒸气压是判断有机物是否属于挥发性有机物的主要依据 温度越高，蒸气压越大 蒸气压 空气中VOCs的含量低，可视为理想气体，拉乌尔定律 蒸气压 气液平衡：克劳休斯－克拉佩龙（Clausius－Clapyron）方程 挥发与溶解 VOCs排放 第二节 VOCs污染预防 VOCs控制技术可分为两类 防止泄漏为主的预防性措施 替换原材料 改变运行条件 更换设备等 末端治理为主的控制性措施 VOCs控制技术 VOCs替代 工艺改革 非挥发性溶剂工艺取代挥发性溶剂工艺，如流化床粉剂涂料和紫外平版印刷术 石油及石化生产过程：回收利用放空气体 泄漏损耗及控制 充入、呼吸和排空损耗 充入、呼吸和排空损耗 充入、呼吸和排空导致的VOCs排放 充入、呼吸和排空损耗 呼吸损耗 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 白天呼出，夜晚吸进 可通过在容器出口附加的蒸气保护阀来控制 汽油的转移和呼吸损耗 汽油 50余种碳氢化物和其他痕量物质，C8H17 汽油的转移和呼吸损耗 转移损耗控制方法 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 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 VOCs燃烧原理及动力学 燃烧动力学 单位时间VOCs减少量 VOCs燃烧原理及动力学 VOCs燃烧原理及动力学 例：试计算燃烧温度分别为538、649和760oC时，去除废气中99.9%的苯所需的时间。 解：假设燃烧反应为一级，即n=l，对式（10-8）积分，得 当T=5380C时，由上表得k=0.00011/s，代入式（10-9），得 同理可求得T=649、7600C时所需的燃烧时间分别为49s、0.2s。 VOCs燃烧原理及动力学 燃烧与爆炸 燃烧极限浓度范围＝爆炸极限浓度范围 空气中含有的可燃组分浓度低于爆炸下限或高于上限时，因发热量不够或氧气不足，都不能引起燃烧。 多种可燃气体与空气混合，爆炸极限范围 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1100oC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（Thermal Combustion) 适于低浓度废气的净化,作为助燃气体或燃烧的对象 温度低，540～820oC 必要条件：温度、停留时间、湍流混合(三T条件) 燃烧工艺 热力燃烧 燃烧工艺 催化燃烧（Catalytic Combustion） 燃烧工艺 催化燃烧装置 燃烧工艺 催化燃烧 优点： 无火焰燃烧，安全性好； 温度低：300～450oC，辅助燃料消耗少； 对可燃组分浓度和热值限制少。 缺点： 投资高； 催化剂较贵且需要再生； 不能用于使催化剂中毒的废气。 燃烧工艺 吸收（洗涤）法（Absorption） 吸收工艺 吸收工艺 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 吸收设备 主要设计指标 液气比 塔径 塔高 冷凝法（Condensation） 适于废气体积分数10-2以上的有机蒸气，若浓度太低，则需采取进一步的冷冻措施，运行成本很高，故常作为其它方法的前处理过程，以降低有机负荷，回收有机物。 冷凝原理 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 冷凝计算 压力P，温度t，进料中i组分的摩尔分率zi，计算液化率f、冷凝后气液组成xi、yi 冷凝类型和设备 接触冷凝 被冷凝气体与冷却介质直接接触 喷射塔、喷淋塔、填料塔、筛板塔 吸附法（Adsorption） 吸附法控制VOCs：利用多孔固体表面存在的未平衡的分子吸引力或化学键作用力，把混合气体中的VOCs组分吸附在固体表面的过程。 通入蒸汽进行脱附； 脱附后用热空气干燥活性炭。 不饱和化合物比饱和化合物吸附更完全； 环状化合物比直链结构的物质更容易被吸附。 吸附工艺 活性炭吸附VOCs的性能最佳(为什么？) 对具有极性的吸附剂，在水蒸气共存的条件下，水分子与吸附剂极性分子结合，降低了吸附剂的吸附性能。而活性炭则不易与极性分子结合。 亦有部分VOCs不易解吸，不宜用活性炭吸附，参见下表。 吸附工艺 吸附容量 利用波拉尼曲线估算 华氏温标：F＝(C×9／5)＋32 冉肯氏温标(Rankine scale)： 以水的冰点为491.67oR，正常