常用的处理废气中VOCs的膜分离工艺

常用的处理废气中VOCs的膜分离工艺
采用膜分离技术处理废气中的VOCs，具有流程简单、VOCs 回收率高、能耗低、无二次污染等优点。

近10年来，随着膜材料和膜技术的进一步发展，国外已有许多成功应用的范例。

常用的处理废气中VOCs的膜分离工艺包括：蒸汽渗透(vaporpermeation，VP)、气体膜分离(gas/vapormembraneseparation，GMS/VMP)和膜接触器(membranecontactor)等。

1、VP法
80年代末出现的VP工艺是一种气相分离工艺，其分离原理与渗透汽化工艺类似，依靠膜材料对进料组分的选择性来达到分离的目的。

由于没有高温过程和相变的发生，因此VP比渗透汽化更有效、更节能，同时，VOCs不会发生化学结构的变化，便于再利用。

据报道，德国GKSS研究中心开发出了用于回收空气中VOCs的膜。

据报道，当膜的选择性大于10时，用于VOCs的回收具有很好的经济效益，一个膜面积为30m2的组件与冷凝集成系统，VOCs的回收率可达到99%。

VP过程常常与冷凝或压缩过程集成。

从反应器中出来的含VOCs的废气通过冷凝或压缩，回收部分VOCs返回到反应器中，余下的气体进入膜组件回收剩余的VOCs。

VP法回收废气中的VOCs，常用的膜材料是VOCs优先透过的硅橡胶膜。

M.Leemann等采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)中空纤维半渗透膜分离空气中VOCs，发现二甲苯、甲苯及丙烯酸等的通量是空气的100倍以上，而涂有硅橡胶皮层的膜，对
VOCs的选择性却有所下降。

同时，根据试验结果进行的经济可行性分析，发现在较高VOCs浓度和较低通量下，VP工艺比传统工艺有较大的经济可行性。

2、气体膜分离法
膜法气体分离的基本原理是，根据混合气体中各组分在压力推动下透过膜的传质速率不同而达到分离的目的。

目前，气体膜分离技术已经被广泛应用于空气中富氧、浓氮以及天然气的分离等工业中。

近年来，GKSS、日东电工以及MTR公司已经开发出多套用于VOCs回收的气体分离膜。

K.Ohlrogge等采用GKSS膜-平板膜来回收汽车加油站加油过程中挥发的汽油，当膜面积大于12m2时，汽油的回收率大于99%。

X.Feng等通过相转化法制得不对称聚醚亚酰胺(PEI)膜，用于VOCs/N2混合体系的分离，发现该膜对甲苯/N2和甲醇/N2体系具有很好的分离效果，渗透选择性(JV/JN)分别达到1024.3和1147.1，远远大于硅橡胶膜的渗透选择性(分别为46.4和30.4)。

R.W.Baker等利用开发出的膜，采用压缩、冷凝与气体膜分离集成系统回收废气中的VOCs，其流程如下图所示。

含有VOCs的废气经压缩后进入冷凝器，冷凝液中含有大量的VOCs，气体进入膜组件，透余气中几乎不含VOCs，可以直接排放到
大气中；渗透气中富含VOCs，将其循环至压缩机的进口。

由于VOCs 在系统中的循环，回路中VOCs的浓度迅速上升，当进入冷凝器的压缩气达到凝结浓度时，VOCs会被冷凝下来。

采用该工艺回收的VOCs 包括苯、甲苯、丙酮、三氯乙烯、CFC11/12/113和HCFC123等20种左右。

工业生产中产生的HCFC123体积分数为6.3%的气体经过此装置处理后，排入大气的尾气中HCF1123体积分数为0.01%。

常用的VOCs气体分离膜是有机物可优先透过的硅橡胶膜，但硅橡胶很难制成机械性能好、皮层薄的膜。

W.I.Sohn等采用等离子体接枝法在聚丙烯底膜上接枝六甲基二甲硅醚(HMDS)，红外表征及试验证明，此膜的性能优于聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜。

3、膜基吸收法
气/液或液/液接触的传统操作方式是通过塔、柱或混合澄清器来实现的。

这些操作方式需要两相直接接触，这样就容易出现乳化、泡沫化、液泛及液漏等现象。

膜基吸收是采用合适的膜(如中空纤维微孔膜)使需要发生接触的两相分别在膜的两侧流动，两相的接触发生在膜孔内或膜表面的界面上,，从而避免了乳化等现象的发生。

与传统的膜分离技术相比，膜基吸收的选择性取决于吸收剂，且膜基吸收只需要用低压作为推动力，使两相流体各自流动，并保持稳定的接触界面。

B.Xia等用硅酮油作为吸收剂，采用中空纤维膜组件脱除废气中的VOCs。

含有VOCs的废气走中空纤维膜内，吸收剂走壳程，两相在微孔内发生接触，大量的VOCs被吸收剂吸收；吸收剂进入另
一个中空纤维膜组件，通过气提脱附、再生，气提组件的膜外侧涂上VOCs易透过的硅氧烷皮层，以防吸收剂在低压下流失。

K.Sirkar 等将变压吸附理论用于膜基辅助吸收。

由于壳程的VOCs分压远远小于管程的压力，让废气间歇式进入膜管内，当管内压力降到与壳程分压相近时，再次通入废气，这样操作会提高VOCs的吸收效率。

P.V.SHanbhag等将2组硅橡胶毛细管膜和一组Teflon膜装填在碳氟
化物(FC)中，组成一个装置，称为膜基吸收-吸附氧化集成反应器。

在该反应器的运转过程中，一组硅橡胶膜内走含VOCs的废气，VOCs 通过膜渗透到FC相，与由另一组硅橡胶膜内渗透到FC相的氧和臭氧发生氧化反应，VOCs被降解，产物进入第3组Teflon膜内，并溶解在膜内的水流中，被带出反应器。

采用此装置处理含三氯乙烯的废气，具有很好的降解效果。