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摘要：随着工业的发展，工业排放造成的空气污染越来越严重。工业有机废气主要包括各种碳氢化合物、醇、醛、酸、酮和胺。工业有机废气处理是指对工业生产过程中产生的有机废气进行吸附、过滤、净化的处理。本文主要针对工业废气处理过程中回收技术的讨论和分析。
前言
近年来，随着我国严重雾霾现象的不断发生，挥发性有机化合物VOCs逐渐受到人们的重视，并在国家“十二五”规划中被列为重点污染物防治对象。在排放源中，工业排放源占较大比重，呈上升趋势。为了减少工业有机化合物VOCs排放，缓解雾霾现象，推进工业有机废气VOCs处理技术的研究与发展势在必行。本文主要分析了处理这些气体常用和国内外新型处理技术的应用情况。
1吸附技术
传统的吸附技术适用于绝大多数有回收价值的气体的处理。这类气体主要是苯系列、酮、卤代烃、醇、酯、烯烃。处理废气流量应在2000~4000mg/m3，浓度适合在20~2000ppm。当处理气体流量小于2000mg/m3时，会使技术系统的运行成本大大提高。
国外的压力吸附(PressureSwingAdsorption，PSA)技术比较成熟。该过程一般在0.1至2.5mpa的气体压力之间运行，但有些含气源不需要二次加压。李立清等利用PSA技术回收了单相气体污染物（甲烷、氯氟烃、苯），处理回收率可达99%。本研究结果可为PSA工程操作提供参考。日本Bell公司利用PSA技术分离了乙醇-水体系，并将部分压力为44676Pa和1679Pa的水和乙醇双组分和混合气输入活性炭吸附床，并在加压/常温条件下进行吸附。在第一次减压进行脱附富水蒸汽处理，第二次减压进行脱附高纯度乙醇蒸气处理，最终将第二次解吸气体冷却至-20℃，回收了98%的乙醇产品。将该工艺应用于传统的酒精发酵净化浓缩工艺中，可降低50%的能耗。新型吸附剂的研究与开发是PSA技术的重点。图1显示了PSA过程的简单流程图。表2中列出了常用吸附材料的特性。其中，新型的材料（沸石分子筛吸附剂）因其高吸附性和无污染性而越来越受到世界的欢迎。WeiL等利用粉煤灰合成了高效沸石分子筛。在投入10mol/LNaOH、晶体温度140℃和结晶时间8h的条件下，合成沸石分子筛的Si/Al比为7.9，对苯气的吸附率高达66.51%。在沸石合成中，碱度、Si/Al比、时间和温度的增加会影响苯气的吸附效果。Mukerjee等将煤基活性炭吸附剂浸渍在KI3里，在全碘吸附容器LX-100中，探究正常和限制操作温度下甲基碘的去污因素。结果表明，吸附处理后碘残留量小于0.5μgml-1，煤基活性炭去除稳定碘的去污因子大于1000。
刘丽英等利用质量、气体和能量平衡方程模拟了分子筛对二氧化碳的变压吸附分离系统，并利用沸石A和沸石A+X的模型验证了发电厂烟气的CO2/N2吸收分离实验。数据表明，在0℃下，通过分离纯化，CO2/N2的分离提纯率可达95%。范春辉等利用由飞灰合成的沸石，在不同的初始ph值和反应时间不同的条件下去除亚甲基蓝(MB)和Cr(III)。在初始pH值为6和5时，MB和Cr(III)的最大吸附能力分别为8.14mg/g和6.46mg/g，在10分钟时，总吸附能力分别达到80%和55%（总反应时长为60分钟），由此可推断分布在沸石表面和内部的MB形成的复杂絮凝化合物有利于离子交换和络合化学反应，能提高MB和Cr(III)的去除效率。
2吸收技术
该技术主要用于回收有价值的有机废气。处理对象为浓度低于500mg/m3，流量3000至15,000m3/h，低浓度有机污染气体。污染气体的去除率可达95~98%，但当气体体积过小时，系统的运行成本会增加。吸收技术中常用的设备有喷雾塔、文式洗涤塔、填室塔和板状塔。
李湘凌等用水、无苯柴油、邻苯二甲酸二丁酯与moa乳化剂和dh 27多肽形成复合吸收溶液。该复合吸收剂是可循环利用的，循环周期为90d。在系统7.5m3/h的吸收液用量下，去除低浓度苯有机气体的效率可以超过85%。李甲亮等通过模拟吸收实验，比较了甲苯废气在不同吸收剂组合下的吸收效果。通过实验比较，得出4%4%BDO吸收溶液吸收效果最佳。在甲苯的进气流量为吸收效果，吸收时间为30分钟，与水基BDO的适当比例为1:99的条件下，对甲苯废气的吸收浓度最高可达43.87mg/L。
3冷凝技术
常用的冷凝技术主要用于处理浓度高且具有回收价值的有机废气，处理效率在50%至85%之间。废气浓度应大于10000 mg/m3，流速不应大于55Nm3/min。否则，由于流量过大而增加气体换热面积，导致系统运行成本增加。
根据传热面的结构，冷凝器可分为：管壳式冷凝器、板面式、螺旋螺纹管换热器、卫生级双管板换热器，此外还有螺旋板式、浮头式、板壳式等结构形式，其中螺旋螺纹管换热器性价比最高。
在正常情况下，有机废气的冷凝温度大多低于冷却水温度，因此以凝固点为-33℃、沸点为106℃的乙二醇被选为最佳冷媒。黄维秋等提出了油气“冷凝+吸附”回收集成技术，并利用Aspen模拟软件和实验对该技术进行了研究。利用该技术回收的油气总量回收率可高达99.2%。此外，废气排放浓度可控制在11.2g/m3。该技术可作为各种油气排放过程中的关键共性技术。对于冷凝技术，马天琦等用该软件模拟甲苯的负荷和冷流程，得到经过预冷处理后甲苯混合物气体从5℃冷却到-35℃，甲苯气体冷凝回收率达到90%。
4膜处理技术
膜处理技术的应用范围相对较小，一般适用于处理气体流量小于3000m3/h、浓度超过10,000mg/m3的高浓度VOCs气体。膜处理技术根据半透膜的孔径大小分为MF、NF、UF、RO膜。在分离过程中，可以使用错流过滤方式。
在膜处理过程中常见的有：蒸汽渗膜、气体膜处理和膜基吸收技术。膜处理技术也可用于回收加油站挥发性气体。Ohlrogge等利用GKSS膜板膜回收在加油站加油时挥发的有机废气。基于泵的特性，平板膜的压力比和阶段切割随压力损失的增加而增加，但随着进料流量的增加而减弱。在20毫巴的平均压力损失和20%体积氢进料下，经膜处理后，氢滞留物的HC浓度低至0.2~0.25%，回收率可达99.67~99.77%。
在天然气中，HC通过添加具有8.2%~20%摩尔的分数CO2新原料而改良了胺吸收过程的膜单元，达到去除酸成分的目的。改良的一级膜(OSMAHRD)和TSMAHRD两级膜(TSMAHRD)处理具有不同的摩尔分数（分别为0.15和0.35）的CO2/NG进料，结果表明，一级膜的单位进料最低分离成本(SCPUF)低于两级膜。
3总结
总而言之，采用吸附技术处理单一气相污染物时去除效率较高，而气体相污染物成分复杂时，其去除效率降低。从吸收技术中去除的废物可以通过氧化技术、冷凝技术或提纯后回收处理，但设备容易腐蚀，因此对设备的要求比较高。在冷凝技术中，管壳式冷凝器是目前应用最广泛的换热器。在相同的状态和流速下，板面式冷凝器的传热系数大于管壳式，但换热阻力也较大。在使用膜处理技术时，需要考虑气压对膜形成的影响。
参考文献:
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论文作者:张光华
论文发表刊物:《防护工程》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/26
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