处理挥发性有机废气的几种典型吸附技术

industry and vehicle field, besides, it’s also a key factor that lead to photochemical smog. The governments of various
countries also formulate strict regulations to restrict the emission of VOC. There are many methods to control VOC, such
2 吸附法
2.1 吸附法原理 吸附法的出现已经有上百年，它是一种从废气
中去除可吸附的 VOC 组分或对其进行回收的典型 方法［4］。其原理是：作为吸附剂的固体表面可以选择
收稿日期：2014－05－04；修订日期：2014-08-04。 作者简介：王溪睿，女，1988 年生，助理工程师，主要从事环境保护与辐射监测工作。
sponding absorption method to control them. In view of that, the paper listed some different absorption techniques which
used in controlling different VOC.
参考文献
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2.3 吸附装置 常见的工业吸附装置有转子吸附器、流化床吸
附器、固定床吸附器和移动床吸附器［6］。最经典且 常用的是采用颗粒吸附剂的固定床吸附装置［7］。该 固定床吸附器吸附体积大、吸附循环周期长，且对 废气的浓度波动也有较强的适应性，因而在实际应 用中受到众多厂家的青睐。图 1 所示为一种常见的 活性炭固定床吸附器。实际废气处理中，吸附剂达 到饱和后需要再生处理，因此工业吸附装置至少要 两台，当一台在吸附时，另一台进行解吸和再生，以 确保废气处理过程的连续性。当吸附剂为活性炭 时，常用约 130 ℃的水蒸气与吸附过程相反自上而 下通过床层。
吸附剂
活性炭 活性焦炭
硅胶 分子筛
表 1 常见吸附剂的特性数据
比表面积/ （m2·g-1）
空隙体积/ （cm·2 g-1）
1 000~1 500 0.5~0.8
＞100
0.3~0.4
600~800
0.3~0.45
500~1 000
0.25~0.4
堆积质量/ （kg·m-3） 300~400 300~400 700~800 600~900
针对 VOC 目前有多种的处理方法，其大致可以 分为两类［3］：第一类是过程的改进，主要是对产生 VOC 的过程、设备、工艺进行改进，或者对产生的
VOC 进行回收再利用，即从源头上消除 VOC 的产 生；第二类是对废气的破坏方法，即通过热力氧化将 有害的 VOC 气体转变为无害气体。
实际上，对于 VOC 的处理技术的选择，并不存 在一种能处理各种 VOC 类型废气的处理方法。应用 中需要对 VOC 废气的类型、浓度等各种条件进行综 合考虑，才能确定最佳的废气处理方法，达到最佳的 处理效果。本文以吸附法处理挥 VOC 废气为例，论 述了国际上针对不同类型 VOC 废气处理具有代表 性的吸附技术，并对这些典型技术的研究发展趋势 进行了分析总结。
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处理挥发性有机废气的几种典型吸附技术
王溪睿
（辽宁省核与辐射监测中心，辽宁沈阳 110031）
摘 要：来源于化工、医药、汽车领域的挥发性有机废气（Volatile Organic Compounds，VOC）是一种常见的空气污染物质，也
是造成光化学烟雾的因素之一。近年来各国对 VOC 的排放政策都越来越严格。VOC 的处理方法常见的有吸附法、热力燃烧法等，
作为吸附工艺中最重要的一个因素，吸附剂的 合理选取对于其最终处理 VOC 废气的效果好坏至 关重要。一般常见的吸附剂大致上可以分为含氧 （oxygen- containing）吸 附 剂 、碳 基（carbon- based）吸 附剂、聚合物基（polymer- based）吸附剂［5］。含氧吸附 剂包含了如硅胶、沸石（Zeolite，又称分子筛）和金属 氧化物等，通常具有高极性与亲水性；碳基吸附剂如 活性炭、石墨，则具有低极性与疏水性。聚合物基吸 附剂则通常通过改变聚合物的官能基，以吸附不同 的物质。常见吸附剂的特性数据见表 1。
其中吸附法由于无二次污染、处理效率高而得以普遍应用。对于不同类型的 VOC 废气，采用吸附法处理时需要对吸附技术进行
改进后再应用到实际，针对于此总结了处理不同类型 VOC 废气的吸附技术。
关键词：挥发性有机气体，吸附法，废气处理
Abstract：Volatile Organic Compounds（VOC）is among a common air pollutants emitted from chemical, pharmaceuticals
20 世纪 80 年代，针对 VOC 废气的变压吸附 （Pressure- Swing Absorption）曾盛极一时，并在之后 的近 20 年间得到大幅的推广应用［8］。这主要是由于 变压吸附方法可以应对各种复杂的 VOC 废气的处 理过程，而且处理成本也较传统的吸附技术大大降 低。变压吸附的原理是根据吸附质、吸附量会随压力 变化而变化的特性，通过在吸附过程中调整压力，来 实现废气的最佳处理效果。
对于工业中常见的烃类有机废气，变温吸附 （Temperature- Swing Absorption, TSA）技术是一种不 错的方案。所谓变温吸附，是利用吸附剂的平衡吸附 量随温度升高而降低的特性，采用常温吸附、升温脱 附的操作方法。用此方法吸附烃类有机溶剂，吸附量 高时可用水蒸气加热脱附后冷凝回收；吸附量低时 则用热空气脱附后烧去，或经二次吸附后回收。需要 值得注意的是，对于三氯乙烷、苯乙烯等温敏性化合 物，此方法并不适用。另外，变温吸附方法中可以通 过改变分子筛吸附剂的动能和相平衡参数，来实现 对混合废气中特定气体组分的吸附。 3.2 变压吸附（PSA）
除了上述几种较为普遍的吸附技术，针对特殊 的气体成分，目前也出现了许多针对特定 VOC 气体 的处理技术。例如，针对工业中常见的危险性多组分 VOC 气体（富含醚类、醛类、酚类、酮类、芳香烃类）， Dolidovich 等人［9］提出了一种改进的吸附技术，即吸 附催化和热催化的耦合吸附技术，该技术对于低浓 度的工业有毒 VOC 废气的处理效果较佳。
废气入口 维修门
维修门 温度计 感温棒
洒水头 活性炭 碳床支撑结构
废气入口 差压计 排水孔
图 1 活性炭吸附装置
3 针对不同 VOC 废气类型的吸附方法
挥发性有机废气的处理首先是废气的预处理过 程，这主要是废气中杂质的去除过程。当废气经过预 处理后，就要进行关键的吸附法处理 VOC 废气的过 程。根据废气种类的不同，需要特定的吸附方法来处 理特定的废气。 3.1 变温吸附（TSA）
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性地吸附气相中待分离的气体组分（吸附质），之后 再通过对吸附剂的解析使其回到气相中。这种吸附 分为物理和化学吸附两类，VOC 废气的净化主要采 用物理吸附的方法。
与其他方法相比，吸附法在 VOC 废气处理过程 中，不需要水的参与，自然也就不会产生废水，因而 就不存在二次污染的问题；而且与热力燃烧法处理 VOC 废气相比，吸附法在处理过程中也不需要额外 的辅助燃料的投入，从而大大减轻了处理期间的成 本投入。 2.2 吸附剂
1961 年 Broughton 等人首次提出模拟移动床（Simulated Moving Bed, SMB）的概念。作为一种利用吸附 原理进行分离操作的传质设备，它以逆流连续操作 方式，通过变换固定床吸咐设备的物料进出口位置， 产生相当于吸附剂连续向下移动，百度文库物料连续向上 移动的效果。
模拟移动床主要用于正构烷烃、二甲苯的分离。 该技术高效灵活的工艺设计以及只需适当更换吸附 剂—解吸剂体系，即可适应不同混合物分离需要的 特性，使其具有其他吸附技术不可比拟的优势。 3.4 其他吸附技术
as absorption, thermal oxidation. Between them the absorption method is widely used as its advantages of no secondary
pollution and high removal efficiency over other techniques. However, as the different types of VOC, there need corre-
4 研究展望
由于吸附法具有分离净化效率高、设备简单、操 作方便、能有效地去除（回收）浓度很低的有害物质
的特点，因而在环境工程中得到了广泛的应用。关于 有机气体在固体表面的吸附规律及其吸附工艺是当 前乃至今后几年间化工和环保领域的一个研究热 点。但随着工业的发展，工业废气组分越来越复杂， VOC 气体中各种有毒有害气体混合，而当今 VOC 废 气处理技术应用范围往往过于单一，这就加大了处 理 VOC 废气的难度。基于此，根据传统吸附技术，通 过对工艺的改进、革新以及与其他 VOC 废气处理技 术的耦合，将是今后处理 VOC 废气的一个大趋势。 希望本文中提出的几种吸附改进技术可以为以后的 研究抛砖引玉，尽快发展出适用范围更广的吸附分 离技术。
Key words：volatile organic compounds; absorption method; gas treatment
中图分类号：X701.7
文献标识码：A
文章编号：1674-1021（2014）08-0042-03
1 引言
工业的迅猛发展，在促进经济发展之余，随之也 带来了众多的环境污染问题，其中空气污染问题由 于波及面广而尤其受到人们的关注。空气中存在的 气态有害物质的形态种类各异，其中有一部分挥发 性有机化合物（VOC），主要来自溶剂的生产或使用 过程，如化工行业的橡胶、塑料的生产加工过程以及 行业的喷涂、金属清洗过程［1-2］。这些挥发性有机气 体大多具有毒性，会对人体健康产生诸多损害，轻则 刺激人的眼睛以及呼吸系统，重则引起中毒；长期处 于这种 VOC 气体的环境中，还有致癌、致畸的风险。 有些 VOC 如甲醛、苯、多环芳烃等为人们所熟知的 化合物对人体的健康极其有害。目前 VOC 已经成为 一个全球性问题，其污染控制刻不容缓。
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变压吸附主要有以下几方面的优点：产品纯度
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高；一般可在室温和不高的压力下工作，床层再生时 不用加热，节能经济；设备简单，操作、维护简便；连 续循环操作，可完全达到自动化。该方法尤其适用于 大流量、低浓度的 VOC 废气的处理。
尽管有以上优点，但变压吸附过程由于前期投 入成本高、解吸过程需要的低压环境不易实现、吸附 过程的高压环境耗能高等缺陷，在应用过程中也存 在一定的局限性。 3.3 模拟移动床吸附（SMBA）