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含苯有机废气

含苯有机废气主要来自石油加工、有机合成、喷漆、制鞋及各种化工生产过程中产生的有害苯系物(苯、甲苯、二甲苯)蒸汽,目前我国“三苯”危害比较严重,特别是在喷漆行业和制鞋行业,多次发生污染事故,如何有效地预防和治理含苯有机废气污染,以引起政府、环保部门和整个社会的高度重视。

苯、甲苯、二甲苯均为无色液体,是常用的化工原料和有机溶剂,易挥发,有强烈的气味。可通过呼吸和皮肤吸收进入人体,引起肝脏损伤、造血器官和神经系统的损害,长期接触可发展为再生障碍性贫血,诱发白血病。

燃烧法

燃烧法分为:直接燃烧法、焚烧法、催化燃烧法和吸附—催化燃烧法。

直接燃烧法和焚烧法适合于高浓度的含苯废气的治理,当废气中含有足量的可燃物,不需外加燃料就能自身点火燃烧时,采用此法非常经济,为了保持稳定燃烧,废气的发热值应大于3345KJ/m³。可采用火炬燃烧器,有条件时可回收部分热能,其优点是设备简单和运行费用低,缺点是浪费热能以及燃烧不完全会造成一定的污染。

 对于热值较低,不能维持自燃的有机废气,有时可采用补充燃料的焚烧法或将废气鼓入焚烧炉或锅炉中焚烧,采用焚烧法处理时必须考虑的三要素是:要有足够高的燃烧温度、充分的氧气含量和相当的停留时间。

催化燃烧法和吸附—催化燃烧法,是利用催化剂的作用降低可燃气体的燃烧温度,加速有机废气的完全氧化过程。常用的燃烧催化剂是以金属网、多孔氧化铝或蜂窝陶瓷作载体,用贵金属PtPb为活性材料。或用贱金属CuMnCrFeCoNi等氧化物作活性材料,但这些金属氧化物的活性相对较小,而且反应温度较高,耐热性差。近年来国内研制的稀土催化剂则活性较好,性能稳定,价格较低,某印铁制罐厂用电加热催化燃烧法,在较低的温度下,将废气中的有机物完全氧化成二氧化碳和水,当选用稀土Q101催化剂时,只需将催化反应温度提升到220~400℃,即可进行催化反应,当废气中的有机物含量在5000 mg/m³以上时,催化反应器便可基本达到热量平衡,不需或少需电能加热,可达到节能的目的。

近年来国内工业应用中较先进的工艺是采用“吸附-催化燃烧法”,既将浓度较低的含苯废气先用蜂窝状的活性炭吸附以达到净化空气的目的,当饱和后再用热空气脱附使活性炭再生,脱附温度控制在120~150℃。脱附出的含苯废气用稀土钙钛矿蜂窝陶瓷催化床进行催化燃烧催化燃烧温度控制在300℃,当脱附浓度达到2000 mg/m³以上,可在催化床上维持自燃,达到节能、节省运行费用的目的。采用该法三苯废气净化率达到95%以上,苯的最小检出量为0.03 mg/m³, 甲苯的最小检出量为0.04 mg/m³

 

吸附法 

吸附法又称为吸附回收溶剂法,因为简单地将饱和后的吸附剂采用焚烧法或废弃法处置,将造成资源浪费、运行费用增高和带来二次污染,是不完整的处理方法。因此采用吸附法必须考虑吸附剂的再生和溶剂的回收。

该方法通常是用活性炭作吸附剂吸附含苯类有机废气,然后用高温蒸汽解吸,活性炭再生后继续使用,解吸出来的有机气体和水蒸汽通过冷凝法冷凝,最后将有机溶剂与水分离进行回收。

活性炭吸附法可根据各种有机废气吸附和解吸条件回收多种有机蒸汽,如用活性炭吸附乙酸钠生产乙基1605原油过程中排放的含苯废气,当吸附苯达饱和后,通过0.2~0.3 kg/cm2的蒸汽解析,控制解吸温度为102℃,将解吸蒸汽经冷凝后,即可回收苯,回收率达70%。

目前用活性炭对含苯系物废气中单一物种和混合物种的吸附量、吸附效率和最佳条件方面的数据资料还不多见,而这些数据正是吸附反应器设计和操作的重要参数,因此值得研究。

 

吸收法 

吸收法又称为溶剂吸收法,可以采用油吸收、溶剂吸收和水吸收,常用的吸收剂为柴油、煤油、664消泡剂、碳酸丙烯脂、醋酸水溶液、乙醇水溶液等,该方法对处理大风量、常温、低浓度含苯废气比较有效且费用低,在工程上得到广泛应用,如采用柴油和碳酸丙烯脂处理喷漆废气,可用不多的塔板数(7~8块),既可达到90%左右的苯类蒸汽吸收率。用110℃的水蒸汽对富柴油进行解吸,解吸率为85%,饱和后的柴油,可作为油炉的燃料,或送定点分馏塔再生。 

由于采用油吸收法,具有易燃易爆和价格较贵的缺点,目前选择合适的液体吸收剂成为研究的重点,目前国内对水-柴油吸收剂处理含苯废气的研究,获得“三苯”吸收率为80%左右的效果。由于水和常用的非油类吸收剂对有机废气吸收过程中的传质阻力主要在气膜与液膜内,其净化效果取决于气液两相接触频率和接触面积,因此反应器结构的优化、吸收液的循环再生和高效吸收剂的研究与开发是该技术发展的方向。

 

光催化氧化法

光催化氧化法是近年来发展成熟的一种先进废气处理工艺,利用紫外光照射锐晶型纳米二氧化钛颗粒所激发电子跃迁能量,催化氧化纳米二氧化钛催化剂环境中存在的有机气态污染物。

相关设备工作的气体环境温度在摄氏60℃以下,湿度在90%以下,无固体粉尘,处理的成分应当只是气体,满足以上三个条件时可以达到最佳的净化效果,如湿度及温度过高需作预处理,在废气处理过程中不可有固体粉尘及大量水蒸气进入设备,这样会直接影响除臭效果,甚至没有效果,光催化氧化停留时间控制在合理范围之内。

光催化氧化能去除各种有机废气如烃类、醛类、酚类、醇类、硫醇类、苯类、氨类、氮氧化物、硫化物以及其他VOC类有机物及无机物。对原子有机物也有和好的去除效果,只要达到一定的反应时间和反应环境配比即可达到完全氧化,氢氧自由基的氧化对象几乎没有选择性,能跟任何现有物质反应。VOC及其他臭气的净化效率可达90%以上,处理后的废气浓度可确保达到国家排放标准。

该方法处理效率高,对芳香族等难降解有机废气去除效果明显,设备运行稳定,维修操作简单,不会产生二次污染问题。