化工行業有機廢氣治理新技術探討

孟鑫 周霈沨

臺州市前進化工有限公司 浙江 臺州 318000

1 化工行業傳統有機廢氣治理缺陷分析

1.1 化工行業傳統有機廢氣治理技術

化工行業傳統有機廢氣常見治理技術，主要集中于熱燃燒法、吸收法、生物法、吸附法、催化燃燒法。

（1）熱燃燒法。熱燃燒法是一種以高溫燃燒為手段去除有機廢氣中污染物的技術，通過高溫燃燒將有機物分解為二氧化碳和水。式（1）為熱燃燒法原理表達式：

（2）吸收法。吸收法是通過將有機廢氣與吸收劑接觸，使得廢氣中的污染物被吸收劑吸收，以此來達到除去有機廢氣污染物的目的。式（2）為吸收法原理表達式：

（3）生物法。生物法也稱生物濾塔法，采用微生物降解有機物的原理將有機物轉化為微生物體質和代謝產物（二氧化碳和水）。式（3）為生物法原理表達式：

（5）催化燃燒法。催化燃燒法是一種利用催化劑在較低的溫度下加速有機廢氣氧化反應的技術，將有機污染物轉化為二氧化碳和水。式（5）為催化燃燒法原理表達式：

1.2 化工行業傳統有機廢氣治理技術缺陷分析

（1）熱燃燒法。熱燃燒法作為一種常用的有機廢氣處理技術，去耦通過高溫燃燒將有機物轉化為二氧化碳和水。熱燃燒法的主要缺陷在于高能耗和高成本。燃燒過程需要提供大量的熱能，并且需要長時間維持高溫條件，這導致了廢氣處理的高能耗和高運營成本[1]。

（2）吸收法。吸收法是利用溶劑將廢氣中的有害物質吸收，并將其轉移到廢液中。然而，吸收法的主要問題在于廢液的處理。由于吸收過程會產生含有高濃度有毒有害物質的廢液，對廢液的處理和安全處置將為企業帶來難題。廢液需要經過嚴格處理和回收，以避免對環境和人體健康造成二次污染。

（3）生物法。生物法是利用微生物將有機廢氣中的有害物質降解為無害物質的技術，但是生物法的處理效率受到環境因素的限制。微生物對溫度、濕度、養分和pH值等環境條件有較高的要求，對于某些廢氣成分較復雜且條件苛刻的情況，生物法的效果可能不理想。

（4）吸附法。吸附法主要是通過將廢氣中的有害物質吸附到吸附劑中進行處理。然而，吸附法的廢氣處理效率相對較低。由于吸附劑容易飽和，吸附效果會隨著時間的推移逐漸降低，需要定期更換或再生吸附劑。

（5）催化燃燒法。催化燃燒法是利用催化劑在較低溫度下使廢氣中的有機物燃燒的技術，但催化劑的穩定性和壽命是限制催化燃燒法廣泛應用的主要因素。催化劑需要具備較高的穩定性和活性，才能保證長期穩定的催化活性。但隨著時間的推移，催化劑活性會逐漸降低，需要定期更換和維護，增加了運營成本和維護難度[2]。

2 化工行業有機廢氣治理新技術探討

2.1 變壓吸附分離與凈化技術

變壓吸附是一種運用吸附劑吸附物理特性，通過改變系統的壓力實現吸附和脫附的過程，從而實現廢氣分離和凈化的技術。相對于傳統的有機廢氣治理技術，變壓吸附分離與凈化技術具有高效率、低能耗、高穩定性等優點，目前已經得到廣泛應用。式（6）為變壓吸附分離與凈化技術原理表達式：

變壓吸附分離與凈化技術原理是利用吸附劑對有機廢氣中的有害物質進行物理吸附。吸附劑具有大的比表面積，使得有機廢氣中的有害物質可以在其表面上吸附。然后，通過調節系統的壓力，將有害物質從吸附劑上解吸下來，實現廢氣分離和凈化的過程。圖1為變壓吸附分離與凈化技術應用流程。

其次，昂昂溪文化原始美術分布的特殊性根源在于傍水而居的生活方式，其發展的規模性根源在于部落多達數百人的文化規模。

圖1 化工行業有機廢氣處理中變壓吸附分離與凈化應用流程

如圖1所示，空氣凈化環節下，將有機廢氣中的灰塵和顆粒物通過過濾和除塵等處理方法，將廢氣的顆粒物濃度降至較低水平，以避免顆粒物對吸附劑的污染。吸附環節下，將有機廢氣引入吸附器中，在吸附劑的表面上吸附有機分子，并將廢氣中的清潔氣體通過吸附器排放出去。脫附環節下，通過調節系統的壓力和溫度，將吸附劑表面的有機分子脫離吸附劑。沖洗-再生環節下，通過從逆向部分引入洗氣體，在吸附器中將吸附劑表面殘留的有機分子排放出去。然后將吸附劑以逆向流入吸附器，從而將有機分子排出。循環再生環節，即對附后的吸附劑進行更新、再生和循環利用，以提高廢氣治理效率和經濟性。

綜合分析，相對于傳統的有機廢氣治理技術，變壓吸附分離與凈化技術具有以下優點。第一，高效率。變壓吸附分離與凈化技術能夠高效地去除廢氣中的有機物，其去除率可以接近100%。這是因為吸附劑具有大的比表面積，能夠高效地吸附和分離廢氣中的有害物質。第二，低能耗。相對傳統有機廢氣治理技術，變壓吸附分離與凈化技術的能耗較低。該技術的能耗主要來自于吸附和脫附的壓力差和溫度控制等方面，而這些能源的消耗相對較少。第三，高穩定性：變壓吸附分離與凈化技術具有很高的穩定性，能夠長期在高溫和高壓環境下運行，不易受到廢氣中其他成分的污染。第四，低二次污染。與其他的有機廢氣治理技術相比，變壓吸附分離與凈化技術不會造成二次污染。廢氣中的有害物質能夠被提取、分離和處理，所產生的廢棄物和二次污染都可以得到有效的控制。綜合分析，變壓吸附分離與凈化技術具有高效率、低能耗、高穩定性、少二次污染、能循環利用吸附劑等優點，在有機廢氣治理領域中具有廣泛的應用前景，同時亦有著很大的研究與優化空間[3]。

2.2 光催化技術

光催化技術是一種利用光照以及催化劑的作用，將有機廢氣中的有害物質轉化為無害物質的治理技術。它具有高效率、低能耗、無二次污染等優點，對于化工行業有機廢氣的治理具有重要的應用潛力。式7為光催化技術原理表達式：

光催化技術的原理主要涉及光催化劑和光照的作用。光催化劑是一種半導體材料，如二氧化鈦（TiO2）。當光照射到光催化劑表面時，光激發了光催化劑中的電子，形成空穴和自由電子對。然后，這些空穴和自由電子對會參與有機廢氣中有害物質的氧化還原反應，將其轉化為無害物質。圖2為光催化技術在化工行業有機廢氣處理中的應用流程。

圖2 化工行業有機廢氣處理中光催化技術應用流程

如圖2所示光催化劑制備環節下，需要化工企業制備具有良好光催化性能的光催化劑，通常采用溶膠-凝膠法、水熱法等方法進行制備。反應體系構建環節，是將光催化劑與有機廢氣混合，并在適當的條件下，如溫度、濕度等進行調控。光照條件控制環節下，由化工企業技術部門利用紫外光、可見光或光電化學發光等光源，照射到光催化劑表面，激發其中的電子，并促使光催化反應的進行。降解轉化緩解下，光催化劑表面的光激發電子和空穴將參與氧化還原反應，有機廢氣中的有害物質被降解轉化為無害物質（如CO2和H2O）。電子-空穴再生環節，是有機廢氣經過一段時間的催化作用后，光催化劑表面的電子和空穴會重新組合，或者通過外加電場的激勵重新分離，以保持光催化劑的活性。

相比化工行業傳統有機廢氣處理技術，光催化技術作為一種有機廢氣治理的全新技術，在許多方面具有明顯的優勢：一是高效降解性，二是無二次污染，三是低能耗[4]。

2.3 膜分離技術

膜分離技術是一種能有效地分離過濾物質的技術，與傳統的吸附和催化劑技術相比，它具有分離效果好、操作簡單維護容易、成本低等優點，可以被廣泛應用于化工行業有機廢氣治理。膜分離技術的原理是基于膜的選擇性分離作用實現廢氣的凈化。膜分離技術的工作原理是通過一些特質膜，在壓力差的作用下將廢氣中的有機物與無機雜質分離出來。廢氣在進入膜裝置前會經過前期處理，如冷凝、干燥等，以提高廢氣干度和集中度。然后，通過容器內的壓力差、電場作用等傳動方式，使廢氣壓入膜模組內，膜模組內的氣為微脹氣，從而使膜孔內的孔隙被壓縮，從而在膜表面形成濾芯。廢氣經過濾芯后的純凈氣體流出。圖3為化工行業有機廢氣處理中膜分離技術應用流程：

圖3 化工行業有機廢氣處理中膜分離技術應用流程

如圖3所示，前期處理環節，將廢氣通過冷凝、干燥等預處理過程，以提高其干度和集中度。進料壓力環節，將廢氣進入分子膜的一側，分子膜通過選擇性吸附和阻擋廢氣中的有機物與無機雜質，使之凈化。出料壓力環節，膜瓶的出氣口與廢氣冷凝器連接，將凈化后的氣體通過出料壓力便捷高效地排除。同時，膜分離過程可以式（8）表示：

式中，Q為透過量，m3/d；A為膜面積，m2；σ為膜的分離系數；ΔP為入口和出口壓差[5]，kPa。

3 結束語

綜上所述，在分析傳統化工行業有機廢氣處理技術原理、技術缺陷背景下，針對目前廢氣處理領域全新技術——變壓吸附分離與凈化技術、光催化技術、膜分離技術進行詳細探討，分析了技術的原理、流程以及技術優勢。化工行業可以本文作為參考，對企業內有機煙氣處理系統加以改造、優化，從而落實國家相關政策與行業標準提出的要求，實現企業可持續發展目標，推動化工企業實現綠色生產。