有機廢氣處理工藝的探討及處理效果

蘇玉文，吳品章，張月

(江蘇洋井環保服務有限公司，江蘇 連云港 222000)

0 引言

在當前社會經濟發展水平以及科學技術發展水平不斷提升的背景下，工業生產規模也會不斷擴大，也導致其所面臨環保壓力大幅提升，工業企業需積極將自身發展與生態環境充分結合，落實綠色生產要求。其中，有機廢氣是工業生產附帶的重要污染源之一，企業方面需要合理選擇廢氣處理工藝手段以提升處理效率，本文對不同有機廢氣處理工藝處理效果進行測定與評價對企業決策具有重要參考價值。

1 揮發性有機廢氣概述

揮發性有機物一般是指在大氣中易揮發的有機物，例如苯酚、甲苯以及乙酸乙酯等。當前國際上尚未形成揮發性有機物統一標準，很多國家或區域都用有機物在特定溫度下的蒸汽壓為判定標準，例如：澳大利亞、瑞士、德國等。而美國為代表的其他國家則以光化作用為判定標準。

從近年來頒布的有關國家標準來看，我國是將揮發性有機化合物界(VOCs)定為在空氣中參與大氣光化學作用的有機物。具體標準如下：用于核算或者備案的VOCs 指20 ℃時蒸汽壓不小于10 Pa 或者101.325 kPa標準大氣壓下沸點不高于260 ℃的有機化合物，或者實際生產條件下具有以上相應揮發性的有機化合物的統稱，但是不包括甲烷。

2 有機廢氣處理工藝概述

有機廢氣處理工藝相對較多，其中常用的就是吸附法。而吸附法可分為兩種，分別是物理吸附法和化學吸附法。工業領域中一般采用物理吸附法來處理尾氣，常用的物理吸附技術有：固定床吸附系統、旋轉式吸附系統，其均具有初設成本低、適用于多種污染物等優點，適合低濃度、大風量的廢氣處理和低濃度雜質、間歇生產的流水線。活性炭、分子篩等是目前比較常見的吸附材料。與分子篩轉輪相比，活性炭材料的投資成本更低，吸附效果也更好，工業適應性更強。

可溶解于水的有機廢氣可以用水吸收的方法來處理。該工藝以物理和化學吸收為前提，工藝簡單、設備費用低廉，對水溶性有機廢氣有良好的處理效果，而且也有不會受到高沸點物質的影響，消耗材料少的優點。水吸收處理工藝的理論依據是雙膜理論，氣膜和液膜分別存在于氣相側和液相側，在尾氣吸收的過程中，由于膜物質的影響，有機物質的吸收會產生一定的阻力，在吸收氣體經過兩層膜的傳輸之后被液相吸收，最后實現了氣液一致目標。在利用水吸附法處理有機廢氣時，由于不同材質的影響，所產生的影響值各不相同，必須按公式逐個計算，才能得到最優的吸附條件。

冷凝吸收有機廢氣方法的基本原理是：在氣、液兩相共存的系統中，有一組分的蒸氣態物質因凝結而變成液體，也有一組分的液態物質因蒸發而變成氣體。同一物質的飽和蒸汽壓力是隨溫度而變化的，隨著溫度的降低，飽和熱氣體的壓力也隨之降低。對某一濃度有機蒸氣廢氣，經冷卻后廢氣中有機蒸氣的濃度保持不變，而其對應的飽和蒸汽壓隨著溫度的下降而下降。當廢氣降到一定溫度，其對應的飽和蒸汽壓已經低于廢氣的組分，則此組分就會凝結成液態，廢氣中的組分就會減少，進而達到進行氣體分離目的。

3 冷凝回收工藝廢氣處理效果測定

本文研究中利用定量分析法對冷凝工藝處理效果進行測定。具體工作中可利用Antoine 方程對純液體在不同溫度條件下蒸汽壓進行計算，計算式(1)所示：

式中：P*為純液體在溫度T(K)條件下的蒸汽分壓；A、B、C分別為Antoine 常數。

在計算過程中，假定廢氣中溶媒體積分數以及冷凝后廢氣中體積分數分別為x1以及x2。考慮到冷凝處理前后空氣總量不產生變化，由此實際計算溶媒干基含量過程中可以空氣為基準，具體計算如式(2)和式(3)所示：

式中：1x′以及x2′分別為廢氣經過冷凝處理前后的有機溶媒干基含量。

考慮到存在式(4)及式(5)中情況：

式中：P為系統總壓；P1以及P2分別為廢氣經冷凝處理前的溶媒分壓值以及純液體在冷凝溫度條件下的平衡分壓，即P*。冷凝前后回收率y算方式如式(6)所示：

將式(4)和式(5)帶入到式(2)和式(3)之中，并利用壓力表示式(6)，可得出如式(7)所示結果：

當系統總壓為1 標準大氣壓背景下，式(8)可變為如下結果：

以工業生產中較為常見的幾種有機溶媒為例，通過對其在9 ℃、-5 ℃以及-15 ℃冷凝溫度條件下的廢氣中平衡分壓及回收率進行計算可以發現：在同樣的凝結溫度下，有機溶媒的沸點越高，廢氣中溶媒含量越低，溶媒回收率較高。大部分的有機溶媒，在-15 ℃冷鹽水冷凝條件下回收率均可超過90%，而甲醇、乙醇、二氯甲烷和二甲苯等，在-5 ℃冷鹽水冷凝條件下的回收率可達90%以上，其減排效果十分顯著。但從分析處理后廢氣濃度數值可以發現，當廢氣降溫至-15 ℃時廢氣經過冷凝回收處理后，其中的有機物含量仍然很高，難以達到標準。

4 冷凝處理工藝效果評價

由實際計算結果可知，盡管在冷凝回收處理工藝應用階段，溶媒回收效率較高，但在達到最佳處理溫度情況下，廢氣中殘留的溶媒含量與大氣排放標準仍有一定差距。這就要求對處理工藝的方向和形式進行調整，采用干式真空泵對溶媒進行回收，可使排出的廢氣中水分減少，與低溫冷凝處理工藝相比，其優勢更加顯著。

目前我國廢氣治理過程所涉及的過程種類在某種程度上呈現出多樣性特征。從綜合角度進行分析，冷凝回收工藝應用效果最佳，其具有設備投資少、占地少、可再循環利用等優勢，其相關設備整體運營費用也相對較低，而且通常情況下還能帶來一定的附加收入。在治理過程中，設備的正常運轉不需大筆投資，還能依靠回收的溶媒來提高經濟效益。

但是如果廢氣中有機組分含量過低，則可大幅降低溶劑回收率，且會影響廢氣處理的節能效果。所以，在采用冷凝回收處理工藝前，應該對廢氣中的有機物質進行計算，若廢氣中的有機物質回收率太低，則應考慮選擇其他處理工藝。此外，冷凝處理工藝另一項缺陷為，處理后廢氣中的有機物質含量較高，不能達到標準，因此還應該與吸附處理工藝等其他處理方法相配合。

5 結語

綜上所述，低溫冷凝處理工藝適用于處理高濃度有機溶媒廢氣。其實際應用過程中具備投資成本低、資源消耗量少、操作便捷以及回收效率高等優勢，在提升減排效果的同時還可回收數量可觀的可回收利用的溶媒，整體綜合效益較高。雖然廢氣中溶媒含量經過冷凝處理后已經被削弱至較低水平，但仍難以滿足我國現行《大氣污染物綜合排放標準》中規定要求，由此企業在利用冷凝處理工藝進行廢氣處理過程中需要采取后續處理工序。