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几个关键因素

如何选择*经济、*合理而且是*有效的有机废气净化方法；同时还要符合各 种政策、法规的要求，是每个企业在选择废气净化系统时必须考虑的现实问题。这 里应考虑以下几个关键因素。

（1）政策、法规 各国、各级政府、行业社团等所颁布的环保政策、法规，例 如：GB 16297—1996《大气污染物综合排放标准》和GB 14554—1993《恶臭污染 物排放标准》，以及各种可燃物的防火、防爆技术法规等；这些政策、法规决定了 所选择的废气净化系统必须达到的要求和排放标准。

（2）技术因素 在选择净化方法之前，首先必须正确和充分了解有机废气中所 含有机物的性质，生产过程对回收溶剂的要求和热能的需求状况；同时还应了解各 种废气净化方法的原理、装置特点，并结合生产现场的实际情况，考虑该方法在技 术上的可行性。例如应该对以下一些问题了解清楚。

①有机废气的体积流量； 

②有机废气的温度；

③有机废气中VOC的浓度及其波动情况；

④有机废气中VOC的种类和组成，是否含有氯、氟、硫等杂原子，以及含尘量等；

⑤现有的生产手段、场地大小；

⑥生产过程的操作方式，例如连续或间隙操作；

⑦生产过程的物料和能量的利用和配置状况，例如：生产过程溶剂价值很高 或有毒，必须回收溶剂，以及生产过程是热能过剩还是需要补充热量等；

⑧是新建净化装置，还是在原有净化装置基础上进行更新、改造；

⑨对净化装置操作弹性要求，例如必须能适应废气流量、浓度的变化等；

⑩对装置操作、管理、维护方面的方便性要求；

⑪所选方法单独能否达到符合法规的排放限值，还是必须与其他方法联合使 用才能达到要求。

（3）经济决策 对所选方法的总投资、日常的操作费用，以及可能存在的风险 作出经济评价。

（4）生态评价所选方法对生态的影响，例如资源利用状况、温室效应、是否 低碳、减排、有无二次污染（例如：吸收液、生化过滤材料、催化剂、陶瓷蓄热材 料用过后的处理），以及能否持续发展等，应作出相应的生态评价。

在*终确定方案之前，应选一两个比较可行和较为接近的方案作技术经济分析 和生态评价。在符合各种要求的条件下，所选用装置的投资费和操作费是十分关 键的。

关于各种净化方法的比较和评价，不乏许多实例，例如：有的案例中在处理含甲烷废气时，对生化过滤、高温焚烧、蓄热式燃烧（VocsiBox,另一种类型的 RTO）三种方法，在投资费、操作费、维护保养费、排放限值和降低温室效应 （按CO2计算）方面作了比较，结果认为VocsiBox*优；有的实例对处理喷涂 过程中排放VOC废气的热力燃烧、蓄热式燃烧（RTO）、生化过滤三种方法，在 投资费、操作费和CO2的排放（由辅助燃料和VOC的燃烧产生）三方面作了比 较，结果认为生化过滤方法*合理；又如有的对于在处理VOC浓度非常低 的废气情况下，将生化法、蓄热式燃烧法、等离子体法（后续催化过程或分子筛吸 附〉作了比较，结论是等离子体法*佳。由上面的例子可知，所选出的*佳方法都 是在特定条件下得出的，各种方法都有其优缺点，而且都能找到它*合适的应用场 合，但必须具体问题具体分析。

根据经验推荐

如上所述，虽然在某些新闻中也报道过不少关于几种净化方法进行技术经济分析的 实例，但这些往往都是在一定条件下得出的结论，可以参考，但并非普遍规律。

多年来，国外许多环保工程公司在世界各国已建造过许多有机废气的净化装 置，具有成功的业绩和丰富的经验。因此，许多企业和环保工作者往往根据自己的经验，提出了选择净化有机废气方法和装置的依据，即使只考虑了其中两三个因 素，但可以作为初选时的根据。

例如有人按废气中VOC浓度的大小来区分采用回收法还是氧化法，然 后再根据浓度大小确定采用哪种方法。

按废气流量、浓度高低和操作温度来区分三种净化方法的适用范 围，见表2.2。

用图2. 17表示了各种方法所适用的废气流量和VOC浓度范围。 这样再结合对净化效率、热效率、操作费和投资费的考虑，选择合适的净化方法。 该作者认为：如果希望或要求选用一个*简便的控制VOC方法，那么热力焚烧是 非常有效、简单、灵活的净化方法；它可适应污染物的不同浓度和流量；此外，目 前热力焚烧装置的热效率也可达到高于95%的水平。催化焚烧也能达到高的净化 效率，而且辅燃料消耗较少，但废气中的颗粒物和金属物质对催化剂引起的污染极 为敏感。吸附方法的净化率很高(某些场合可大于99%),而且回收的溶剂可以再 利用；但不是所有的VOC都适合用吸附方法，以及用于再生的蒸汽或热量的来源 也是一个问题；如无再生系统，则增加了额外的废物处理。生化过滤的净化率可以 达到大于90%,但这种方法对废气的温度、浓度、湿度的突然变化极为敏感。冷 凝法的净化率一般比其他方法都低，但如果用冷剂冷却废气，净化率也可接近 90%。对于膜分离、紫外线处理和臭氧催化氧化等方法，该作者认为还要进一步研 究其适用的场合，以及对工业装置的效能作评估。选择一个方法，*终希望操作、 维护简单方便，而且可在长期运转中得益。 

对各种方法（分子筛吸附、催化燃烧、热力燃烧和蓄热式燃 烧）用图（略）划分了相应的应用范围（废气流量/废气温度，废气流量/废气浓 度）。选用哪种方法主要取决于废气中有机物的种类和浓度的大小，以及废气的流 量和温度。当废气温度高于400°C时，可采用热力燃烧方法，并用换热器回收热 量；若温度较高，还可产生蒸汽。催化燃烧一般是在200〜400°C的中等废气温度 下工作，而且仅在低到中等浓度条件下可采用，一般浓度*高至10g/m3,风量* 大至40000m3/ho热力燃烧和催化燃烧的投资费用大致相仿；就操作费而言，由于 催化燃烧的温度较低而节省，但不能不考虑催化剂的价格和使命寿命，以及当有害 物质的负荷经常变化或浓度太高时，会导致催化剂床层的燃烧，因而对催化燃烧装 置的要求更高。

当废气温度低的情况下，可用吸附法，例如废气温度为50°C,浓度为Ig/nP 的废气可用分子筛吸附剂来处理。

RTO适用于溶剂浓度大致在10g/m3以下，风量可至250000Nm3/h;蓄热式 催化燃烧的应用范围是浓度在6g/m3以下，风量至100000Nm3/h；而对于高温催 化燃烧和热力燃烧，则要求有机物浓度较高，但风量较小，一般低于 40000Nm3 /ho

有的文章中将有机废气分为高、低浓度两类（无定量数据），然后分别按氧化 法和吸附法处理，并提出了与此相应的装置，基本上是各种方法的联合。
（1）低浓度场合
吸附法固定床吸附装置。
先经活性炭吸附浓缩，然后进行氧化分解。根据不同情况，后续可采用催 化燃烧装置、热力燃烧装置和蓄热式燃烧装置。
高浓度场合(吸附法)
在高沸点低蒸气压情况下，采用吸附浓缩再冷却、冷凝。
在回收溶剂再利用情况下(特别是含氯溶剂)，采用溶剂回收装置。
高浓度场合(氧化法)
催化燃烧装置；
热力燃烧装置；
蓄热式燃烧装置。

有的文章废气浓度分为四大类，并按废气处理量大和小对几种净化方法作 了比较，见表2.3。

 

有的将间壁换热式热力燃烧、蓄热式热力燃烧、浓缩/热力燃烧、带换 热器的催化燃烧四种方法的应用范围表示在浓度■•流量图中，如图2. 18所示。由图 可知，间壁换热式热力燃烧的应用范围：流量0〜30000scfm (0-50970Nm3/h), 浓度15%〜25%LEL°蓄热式热力燃烧的应用范围：流量5000 ~ 30000scfm (8495〜50970Nm3/h),浓度0〜8%LEL。浓缩/热力燃烧的应用范围：流量 10000—30000scfm (16990 —50970Nm3/h),浓度在 0〜6%LEL。带换热器的催化 燃烧应用范围：流量0〜15000scfm (0~25485Nm3/h),浓度。〜20%LEL或流量 15000—30000scfm (25485-5O97ONm3/h),浓度 5% 〜20%LEL。当废气浓度在 15%〜20%LEL时，*好用带换热器的催化燃烧器或间壁换热式热力燃烧器；当 废气浓度在20%〜25%LEL时，则优先用间壁换热式热力燃烧器。RTO、RCO和 浓缩/热力燃烧系统的投资费用虽然相对较高，但由于处理大流量、低浓度的操作 费低，因而具有很大的吸引力。

从物理、化学角度考察

如前所述，选择方法时极为重要的是要正确了解有机废气中所含VOC的性 质、组成、浓度等情况，以及从物理、化学角度来分析哪些方法是可能选用的，而 哪些方法是根本不能用的。V()c的化学性质及其评价，在很大程度上影响到对方 法的舍取。特别是VOC的可降解性，可增浓性，毒性和气味强度，以及VOC在降解或反应过程中生成的中间产物的作用等因素格外重要。

关于在选择有机废气净化方法时应该注意的一些物理、化学因素，某篇文章提出了一些可供参考的观点。以下分别对燃烧、吸附、冷凝、洗涤、生化过滤方面 作一简要分析。

（1）燃烧法 选用燃烧法来实现有机废气的净化，如同其他非回收方法一样， 也是出于无奈！因为碳氢化合物的燃烧必然产生不受欢迎的温室气体CO2,还可 能生成N（X的二次污染，*好方法是将VOC回收再利用。但是，由于废气中 VOC的浓度很低、经常波动、有些很难溶于水、很难吸附、或不易降解等原因， 而不能采用其他方法，或用其他方法显得很不经济而不得不用燃烧法。就一般而 论，燃烧法不论是催化燃烧、蓄热式燃烧还是其他燃烧法，毕竟投资和操作费用相 对较大。

在选用燃烧法时，如果先不考虑燃烧卤代炷类化合物可能生成二嗯英的危害 性，但生成的盐酸足以使后续设备引起腐蚀，还必须增加洗涤设备。

还应考虑的是：任何燃烧过程都伴随N（A的生成，特别在燃烧胺类化合物或 含氮有机化合物时更应注意。因此，在选用燃烧法时应预先估计可能生成*高 NQr的量，它必须控制在法规限值之内（虽然目前已有低NCX.的燃烧器）。

燃烧含氮有机化合物时可能生成NO.的*高浓度可用下式估算：

当选用催化氧化法来净化有机废气时，应尽可能避免催化剂的中毒，因为催化 剂中毒后大多数是不能再生的。基于催化剂的多样性，这里只能就一般而论，即贵 金属催化剂不适用于含硫和卤素的有机化合物催化氧化；而对含醇、低分子的酯和 酮的废气则用催化氧化法来净化是合适的。

（2）吸附法 一般讲，如果能选择对VOC合适的吸附剂，那么无论有机废气 在什么样的浓度情况下，直至吸附剂达到饱和前，都能使净化气比较恒定地符合排 放限值。因此，吸附装置非常适合于废气浓度低而且浓度经常变化的场合。特别是 对于含浓度稀释得极低的卤代炷类废气，当它既不能用冷凝法，也不适合用燃烧法 和洗涤法时，吸附法是*佳的选择。另外，吸附法还可回收溶剂。

对于吸附法首先应注意的是“吸附剂/吸附质”的自燃问题。常用的吸附剂是 活性炭，其可燃性众所周知；分子筛吸附剂虽然不可燃，但吸附有机分子后也可着 火。“吸附剂/吸附质”的自燃有两个相互有关的原因：首先，吸附过程是放热过 程；其次是被吸附分子的活化而降低了燃点。如果不及时地将吸附热导出，那就可 能在床层中产生所谓的热点或过热部位。当活化分子在吸附状态时，在这些过热部 位就可能发生自燃（当然先决条件是存在自由的或结合的氧）。就活性炭而言，例 如：当存在油类、胺类物质或氧化剂时，较容易自燃；而用泡沸石则很少发生自 燃，但当存在含硫有机化合物和氧化剂时，在气相中也出现过自燃现象。

特别是在吸附多组分混合物的情况下，要想选择一种合适的吸附剂是较难的， 许多被吸附的物质往往会相互干扰。

在实际中，因为分子筛吸附剂的再生必须提高温度，所以这种方法不适用于热 敏性有机化合物的净化和回收。在这种情况下，解吸出的气体中常带有分解产物， 而且分解产物容易导致结垢、结焦，甚至覆盖分子筛的内表面。

（3）冷凝法 冷凝法常用于有机溶剂的回收，当然也可用吸附/解吸法，但有 时因为需要较高的解吸温度，而不适合于热稳定性差的一些有机化合物，例如：大 多数的单体或有支链的醇类物质，因此不得不用冷凝法来回收有机溶剂。

应用冷凝法的*大障碍是经济问题，因为若要使VOC用冷凝法使废气排放达 到规定的限值，则要求很低的冷凝温度，例如：二氯甲烷要求低于一100°C，而甲 醇约一80笆。

若废气中所含的VOC是由多种溶剂组成的混合物，则冷凝液的蒸气压可粗略 地按拉乌尔定律确定(已知各个组分的蒸气压曲线)。按此，一个混合物的蒸气压 力等于各组分的分压久之和；而Pi是组分/的蒸气压与该组分在混合物中分子分 数的乘积。如果在给定温度下已知各组分的饱和浓度曲线，就可粗略估计大概 所需的冷凝温度，如用C表示饱和浓度(mg/m3),则：

C( Total) = St',- Xj"- (2. 14)

应该指出：首先，对于化学性质差别很大的化合物可能存在混合效应；其次， 随着气相的冷凝，有些化合物在冷凝液中不断增浓，而另一些可能被蒸出。因此， 在两级冷凝*不利的情况下，求得的第*级冷凝温度不能满足第二级冷凝要求。

此外也应考虑到在冷凝液中可能出现的反应，例如聚合反应和水解反应。一方 面这是由于极低的冷凝温度；另一方面是必须在进行低温冷凝前将气体中的水分除 去。含单体类物质不应在热的冷凝液贮罐中存放时间过长，应及时送走作进一步 处理。

根据有机废气的组成情况，当水蒸气冷凝时往往已将大部分有机溶剂一起冷凝 下来，这时在贮罐中可能出现所期望的分层；但也不一定；这是因为有些冷凝组分 溶解于水而有些不溶解于水，以及杂质的存在，所以可能出现乳化或泡沫状态。

(4)洗涤法在选用洗涤法时应注意，甲醇、乙醇、1-丙醇与水可以无限制地 混合，而水与1 -丁醇、二氯甲烷或苯则形成两相。但构成两相并非表示该溶剂完 全不溶于水，例如：1L水中可溶解0.52g甲苯，而二氯甲烷则可溶解20g, 1-丁醇 可溶解79g (在20°C时)。因此，当必须用水洗涤有机化合物时，要计及部分不溶 于水的有机化合物是否要作进一步的后处理。

极为重要的是溶解于水中的VOC的蒸气压。在个别难溶的和易挥发的化合物 情况下，例如：苯乙烯或甲苯，可用下式估计每小时*低的用水量(在排放净化气 限值＜50mg/m3和标准压力、20°C的情况下)：

Mwater =(V(roh)Xc(roh))/(KHX 1. 12X1。—3) (2. 15)

式中Mwater 一*低用水量，kg/h；

V (roh) 一废气体积流量，m3/h；

J roh) 一废气含VOC浓度，g/m3

KL 亨利常数，mol/LX atm。

废气中溶剂混合物的状况是各不相同的；有些组分可能会降低其他组分的溶解 度，而有些组分可能会提高其他组分的溶解度；另外也与洗涤水的处理方法有关, 例如：通过蒸出和冷凝或添加氧化剂等。 

对于非常难溶于水的化合物，如果不能采用其他方法来处理，则可用低挥发度 的有机溶剂来洗涤，例如：聚乙二醇的衍生物，聚乙二醇-二甲醍(PEG-DAE). 这种有机溶剂的洗涤效果显著，废气的净化率极高。但其缺点是投资和能耗非常 高，因为洗涤液要用真空蒸搐再生，而且一般要求装置连续运转。

选用洗涤法*好先经过实验室验证。

(5)生化过滤法虽然许多生化净化装置都表明可以处理从一般直至难降解的 有机化合物。但毕竟还是存在许多化学物质而不能用此方法来处理。例如：凡能杀 死、抑制微生物的化学品，以及消毒、抗菌的化学品，或者以其他方式方法能阻止 微生物物质交换的化学物质，都不能长时间地用生化过滤法来净化VOC废气。

生化过滤法比较适合于脱臭，特别是净化肉类、植物原料加工过程所产生的臭 气。虽然有时分析净化气的总有机碳含量(FID测定)与原料废气无明显降低，因 为没有完全降解为CO2和H2O,但作为脱臭目的来讲是完全合格的。

(6)其他 除上述观点外，有些特殊情况也应考虑，例如在废气流中夹带 灰尘、气溶胶等颗粒物质。如果这种颗粒物质不能用洗涤器一起洗掉，那么就 要用过滤器除尘。除尘器种类很多，一般是按所要捕获颗粒的大小和化学性质 来确定。通常电除尘的除尘效率比机械式过滤器高，但应用电除尘是有一定限 制的，即要考虑废气温度、颗粒物质的着火点、是否容易结垢等因素。*好通 过试验来确定。

若要除去的有机物质的量极少，则可用一次性吸附剂进行吸附，通常采用活性 炭。对某些有机物可采用具有催化性能的吸附剂或涂氧化剂的吸附剂，借以提高吸 附分解性能；特别是一些不易吸附的有机物也能氧化分解，从而达到高的净化率。

对于一些容易氧化的有机物，可用紫外线/催化反应装置来净化有机废气，因 为在UV的照射下，在湿的气相中不断生成羟基自由基，而催化剂又加速了有机 物与羟基自由基的反应。当然，这种方法并不一定能使有机物完全分解为CO2和 H2o (视不同类型的有机物而定)，而是生成较小分子的有机物，也如上所述，有 时分析净化气的总有机碳含量与原料废气无明显降低，但确实能有效地脱臭。

在选择方法时先可区分两大类，即用回收法还是转化法(破坏法)。如果可以 回收溶剂，则应尽可能采用回收法；如果不值得或很难回收，则采用破坏法。然后 再从某一大类中对各种方法作进一步比较。在转化法中，相对于RT()而言，生化 法是其*有竞争力的对手。但采用生化法的前提是：有机物必须可溶于水并能生物 降解。催化氧化也是其竞争对象，因为催化氧化毕竟可在较低温度下操作，但也必 须考虑催化剂的中毒和寿命，即对废气有一定的要求。从目前来看，由于RTO高 的热效率和净化率，已明显地排挤了经典的热力燃烧。即使采用其他方法时， RT()也经常作为*后一道净化工序。因此，目前在已运转的众多净化装置中， RTO差不多占绝对优势。

综上所述，在选用哪种方法时，主要涉及有机废气的物理和化学性质、废气的 流量、浓度、温度等诸参数。上述对一些物理、化学因素的考虑，虽然并不全面，但无论从技术方面还是从安全角度看都是十分关键的。*终的方案还是要通过技 术、经济、生态方面的分析和综合比较，即通过可行性论证后，才能定论；在必要 时甚至还要做些试验。不能说哪一种方法就是特别适合于哪一种工艺过程；但每一 种方法都有其优缺点，都能找到它合适的应用场合。在方法选择的策略上，与其要 找优点多的，还不如选用弊病少的、简单的、经久耐用的方法。