挥发性有机物污染控制

二、燃烧工艺
催化燃烧
优点： • 无火焰燃烧，安全性好 • 温度低：300～450oC，辅助燃料消耗少 • 对可燃组分浓度和热值限制少
二、燃烧工艺
§4吸收（洗涤）法控制VOCS污染
一、吸收工艺及吸收剂
一、吸收工艺及吸收剂
吸收剂的要求
对被去除的VOCs有较大的溶解性 蒸气压低 易解吸 化学稳定性和无毒无害性 分子量低
§3 VOCs控制方法和工艺
燃烧法 吸收（洗涤）法 冷凝法 吸附法 生物法
燃烧法（Combustion）
适用于可燃或高温分解的物质 不能回收有用物质，但可回收热量
燃烧反应，如
C8H17 12.25O2 8CO2 8.5H2O Q C6H6 7.5O2 6CO2 3H2O Q H2S 1.5O2 SO2 H2O Q
活性炭吸附VOCs的性能最佳 亦有部分VOCs不易解吸，不宜用活性炭吸附
二、吸附容量
利用波拉尼曲线估算
三、多组分吸附
过程 • 各组分均等吸附于 活性炭上 • 挥发性强的物质被 弱的物质取代
§7生物法控制VOCS污染
一、生物法控制VOCS污染原理
微生物将有机成分作为碳源和能源，并将其分解为 CO2和H2O
温度越高，蒸气压越大
一、蒸气压
空气中VOCs的含量低，可视为理想气体，拉乌尔定律
yi
xi
pi P
yi －气相中组分i的摩尔分数 xi－液相中组分i的摩尔分数
pi －纯组分i的蒸气压 P －总压
一、蒸气压
气液平衡：克劳休斯－克拉佩龙（Clausius－Clapyron）
方程
lg p A B T
控制措施，包括燃烧法控制VOCs、洗涤法控制VOCs、 冷凝法控制VOCs、吸附法控制VOCs、生物法控制 VOCs污染。 2、教学重点 本章重点介绍各种VOCs污染控制。 3、教学难点 冷凝法控制VOCs污染，生物法控制VOCs污染
§1蒸气压与蒸发
一、蒸气压
蒸气压是判断有机物是否属于挥发性有机物的主要依据
i 1
i 1
i 1
二、冷凝类型和设备
接触冷凝
被冷凝气体与冷却介质直接接触 喷射塔、喷淋塔、填料塔、筛板塔
表面冷凝（间接冷却）
冷凝气体与冷却壁接触 列管式、翅管空冷、淋洒式、螺旋板 传热方程
Q KAtm
§6吸附法控制VOCS污染
一、吸附工艺
一、吸附工艺
冷凝计算
压力P，温度t，进料中i组分的摩尔分率zi，计算液化率f、 冷凝后气液组成xi、yi
液化率 f B / F
物料平衡 F B D i组分的物料平衡 F zi (1 f )F yi f F xi
气液平衡关系yi mi xi 代入上式得
Q －燃烧时放出的热量
一、VOCs燃烧原理及动力学
燃烧动力学
单位时间VOCs减少量
dcVOCs dt
v

k
cVn O
Cs
cm O2
氧气浓度远高于VOCs浓度
v

dcVOCs dt

kcVn OCs
(10-8)
多数化学反应，遵循阿累尼乌斯方程
k Aexp( E ) RT
VOCs燃烧原理及动力学
燃烧与爆炸
燃烧极限浓度范围＝爆炸极限浓度范围 多种可燃气体与空气混合，爆炸极限范围
cm

a

100 b m
c1 c2
ci
cm－混合气体的爆炸极限 ci －i组分的爆炸极限 a,b, m －各组分的百分含量
二、燃烧工艺
直接燃烧
适用于可燃有害组分浓度较高或热值较高的废气 设备：燃烧炉、窑、锅炉 温度1100oC左右 火炬燃烧：产生大量有害气体、烟尘和热辐射，应
xi (1
zi f )mi
f

zi
mi (1 mi ) f
yi

(1
f
zi )
f
/ mi

zi mi mi (1 f )
f
n
n

由
xi
i 1
yi i 1
1 和上式可得f、xi、yi
冷凝热
n
n
n
Qc F Hi zi D Hi yi B hi xi
二、生物法处理VOCS工艺
工艺
生物洗涤塔（悬浮生长系统）
生物滴滤塔
生物过滤塔（附着生长系统）
传质模型＋生物降解模型 VOCs降解模型
1n

1n i
bKmKhn1z
1n 1n
v
ln
ln
i


bKmz v


i


bKmz vKh
(n 1,n 0) (n 1) (n 0)
呼吸损耗－温度变化使容器产生“吸进和呼出”而 导致的有机物损耗
白天呼出，夜晚吸进 可通过在容器出口附加的蒸气保护阀来控制
汽油的转移和呼吸损耗
汽油
50余种碳氢化物和其他痕量物质，C8H17
汽油已挥发部分所占的百分比/%
转移损耗控制方法
浮顶罐，用于储存大量的高挥发性的液体。用于密封的浮顶盖浮在 液面上，液面以上没有空隙。液体注入或流出时顶盖随之上下浮动， 避免上面所讲述的呼吸损耗。但是这种密封方式（一般采用有弹性 的橡胶薄盖，类似于汽车上的雨刷）并不是完美的，仍然会有密封 损失。这张草图没有给出防雨雪装置和其他的细节。
生物过滤塔
三、生物法工艺比较
挥发性有机物污染控制小结
1.要求了解VOCs性质和来源， 2.理解和掌握VOCs污染的控制措施 燃烧法控制VOCs的原理 洗涤法控制VOCs的原理 冷凝法控制VOCs的原理 吸附法控制VO Cs的原理 生物法控制VOCs污染的原理
第十四讲 挥发性有机物污染控制
教学内容 §1蒸汽压与蒸发 §2VOCs污染预防 §3燃烧法控制VOCs污染 §4洗涤法控制VOCs污染 §5冷凝法控制VOCs污染 §6吸附法控制VOCs污染 §7生物法控制VOCs污染
1、教学要求 要求了解VOCs性质和来源，理解和掌握VOCs污染的
末端治理为主的控制性措施
VOCs控制技术
一、VOCs替代
二、工艺改革
非挥发性溶剂工艺取代挥发性溶剂工艺，如流 化床粉剂涂料和紫外平版印刷术
石油及石化生产过程：回收利用放空气体
三、泄漏损耗及控制
充入、呼吸和排空损耗
充入、呼吸和排空损耗
充入、呼吸和排空导致的VOCs排放
mi V i
i

yi M i Vm,g
mi －组分i的排放量 i －排出空气-VOCs混合物中组分i的浓度
M i －组分i的摩尔质量 yi －排出空气中VOCs的摩尔分率 P xi pi M i V P RT RT
充入、呼吸和排空损耗
呼吸损耗
尽量避免
二、燃烧工艺
热力燃烧（Thermal Combustion)
适于低浓度废气的净化 温度低，540～820oC 必要条件：温度、停留时间、湍流混合
二、燃烧工艺
热力燃烧
二、燃烧工艺
催化燃烧（Catalytic Combustion）
二、燃烧工艺
催化燃烧装置
具有热回收装置的催化燃烧器
K1 K2
Kn
Ki－相平衡常数
泡点温度
指空气在水汽 含量和气压都 不改变的条件 下，冷却到饱 和时的温度。 形象地说，就 是空气中的水 蒸气变为露珠 时候的温度叫 露点温度。
K1x1 K2x2 Kn xn 1时，对应温度为泡点
一定组成的液体，在恒压下加热的过程中，出现第一个气泡时的温度，也就是一定组 成的液体在一定压力下与蒸气达到汽液平衡时的温度。
p －平衡蒸气压，mmHg
T －系统温度，K
A、B －经验常数
安托万（Antoine）方程
lg p A B tC
t －温度，oC A、B、C －经验常数，参见表10-2
二、挥发与溶解
§2 VOCs污染预防
VOCs排放
§2 VOCs污染预防
VOCs控制技术可分为两类
防止泄漏为主的预防性措施 • 替换原材料 • 改变运行条件 • 更换设备等
§5冷凝法控制VOCS污染
适于废气体积分数10-2以上的有机蒸气 常作为其它方法的前处理
一、冷凝原理
冷凝温度处于露点和泡点温度之间 越接近泡点，净化程度越高

相平衡常数
m
f
0
il
il
fig0 ig

fil0 fig0
露点温度
y1 y2 yn 1时，对应的温度为露点