燃燒法與吸附法

1、、燃燒法燃燒法是利用某些廢氣中污染物可以燃燒氧化的特性，將其燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害或易于進(jìn)一步處理和回收物質(zhì)的方法。該法的主要化學(xué)反應(yīng)是燃燒氧化，少數(shù)是熱分解。石油煉制廠、石油化工廠產(chǎn)生的大量碳?xì)浠衔飶U氣和其他危險(xiǎn)有害的氣體；溶劑工業(yè)、漆包線、絕緣材料、油漆烘烤等生產(chǎn)過程產(chǎn)生的大量溶劑蒸氣；咖啡烘烤、肉食煙熏、搪瓷焙燒等過程產(chǎn)生的有機(jī)氣溶膠和煙道中未燒盡的碳質(zhì)微粒以及所有的惡臭物質(zhì)，如硫醇、氟化物氣體、硫化氫等，都可用燃燒法處理。該法工藝簡(jiǎn)單，操作方便，可回收熱能。但處理低濃度廢氣時(shí)，需加入輔助燃料或預(yù)熱。燃燒發(fā)生的化學(xué)作用是燃燒氧化作用和高溫下的分解作用。因此，燃燒法只適用于凈化可燃的或高溫下分解

2、的物質(zhì)，有機(jī)廢氣一般都具有可燃性，適合燃燒處理。有機(jī)廢氣的燃燒工藝主要有直接燃燒、熱力燃燒、催化燃燒以及蓄熱燃燒。1、直接燃燒法直接燃燒亦稱直接火焰燃燒，它是把廢氣中可燃有害組分當(dāng)作燃料直接燃燒。因此，該方法只適用于凈化含可燃有害組分濃度較高的廢氣，或者用于凈化有害組分燃燒時(shí)熱值較高的廢氣，因?yàn)橹挥腥紵龝r(shí)放出的熱量能夠補(bǔ)償向環(huán)境中散失的熱量時(shí)，才能保持燃燒區(qū)的溫度，維持燃燒的持續(xù)。直接燃燒的設(shè)備包括一般的燃燒爐、窯，或通過某種裝置將廢氣導(dǎo)入鍋爐作為燃料氣進(jìn)行燃燒。直接燃燒的溫度一般在1100c左右，燃燒的最終產(chǎn)物為CO2、H20和NOx。直接燃燒法不適于處理低濃度廢氣。石油煉制廠或石油化工廠所

3、產(chǎn)生的有機(jī)廢氣通常排放到火炬燃燒器直接燃燒，不僅浪費(fèi)資源，而且造成大氣污染，近年來已較少使用。2、熱力燃燒法熱力燃燒法是在廢氣中VOCs濃度較低時(shí)添加燃料以幫助其燃燒的方法。在熱力燃燒中，被凈化的廢氣不是作為燃料，而是作為提供氧氣的輔燃?xì)怏w；當(dāng)廢氣中氧的含量較低時(shí)，需要加入空氣來輔燃。熱力燃燒所需的溫度較直接燃燒低，大約為540820C。本法工藝簡(jiǎn)單、投資小，適用于高濃度、小風(fēng)量的廢氣，但對(duì)安全技術(shù)、操作要求較高。熱力燃燒的過程可分為三個(gè)步驟：輔助燃料燃燒，提供熱量；廢氣與高溫燃?xì)饣旌希_(dá)到反應(yīng)溫度；在反應(yīng)溫度下，保持廢氣有足夠的停留時(shí)間，使廢氣中可燃的有害組分氧化分解，達(dá)到凈化排氣的目的。熱

4、力燃燒可以在專用的燃燒裝置中進(jìn)行，也可以在普通的燃燒爐中進(jìn)行。進(jìn)行熱力燃燒的專用裝置稱為熱力燃燒爐，具結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足熱力燃燒時(shí)的條件要求，即應(yīng)保證獲得760c以上的溫度和0.55s左右的接觸時(shí)間。熱力燃燒爐的主體結(jié)構(gòu)包括兩部分：燃燒器，其作用是使輔助燃料燃燒生成高溫燃?xì)?；燃燒室，其作用是使高溫燃?xì)馀c旁通廢氣湍流混合達(dá)到反應(yīng)溫度，并使廢氣在其中的停留時(shí)間達(dá)到要求。3、催化燃燒法催化燃燒法是在系統(tǒng)中使用合適的催化劑，使廢氣中的有機(jī)物在較低溫度(200400C)下完全氧化分解的方法。該法的優(yōu)點(diǎn)是催化燃燒為無火焰燃燒,安全性好，要求的燃燒溫度低（大部分姓類和CO在300450c之間即可完成反應(yīng)），輔助燃料

5、費(fèi)用低，對(duì)可燃組分濃度和熱值限制較少，二次污染物NOx生成量少，燃燒設(shè)備的體積較小，VOCs去除率高。缺點(diǎn)是催化劑的價(jià)格較貴，且要求廢氣中不含有使催化劑中毒的成分。有機(jī)廢氣中的有毒物或惡臭物質(zhì)，幾乎都能用催化燃燒法處理。催化燃燒法與直接燃燒法相比，優(yōu)點(diǎn)是催化燃燒需要的適宜溫度較直接燃燒法低，一般控制預(yù)熱溫度在250300C之間，借助于熱交換器回收熱量，可使過程的熱量自給或只需較少的補(bǔ)充。當(dāng)廢氣中有機(jī)物含量較高時(shí)，例如，油漆、涂料干燥中揮發(fā)出大量有機(jī)溶劑，經(jīng)催化燃燒后排出的熱氣體，可被用來進(jìn)行干燥作業(yè)。這樣，不僅消除了污染，回收了熱能，還由于熱風(fēng)的循環(huán)強(qiáng)化了干燥過程的對(duì)流傳熱與傳質(zhì)作用，因而大大

6、改善了油漆或涂料的干燥過程。催化燃燒有機(jī)廢氣的催化劑有三類：貴金屬催化劑（鉗、鉗）；過渡金屬氧化物催化劑（銅、銘、鈕、鉆、鍥等的氧化物）；稀土金屬氧化物催化劑。在催化燃燒的操作中，為保護(hù)催化劑，在廢氣溫度未達(dá)起燃溫度前，不應(yīng)加入催化劑。在操作結(jié)束時(shí)，催化劑降溫前，最好用新鮮空氣吹掃，以便清除吸附在活性中心的殘留物，延長催化劑的使用壽命。當(dāng)發(fā)現(xiàn)催化劑表面積炭、活性下降時(shí)，可吹進(jìn)新鮮空氣，適當(dāng)提高燃燒溫度，燒去積炭。4、定律影響蓄熱燃燒法和蓄熱式催化氧化法蓄熱式燃燒法和蓄熱式催化氧化法采用熱量回收系統(tǒng)，回收燃燒后高溫氣體的熱量用于預(yù)熱進(jìn)入系統(tǒng)的廢氣。蓄熱式燃燒的裝置為蓄熱式氧化器（Regenera

7、tiveThermalOxidizer,RTO）,是在熱氧化裝置中加入蓄熱式熱交換器，預(yù)熱VOCs廢氣，再進(jìn)行氧化反應(yīng)RTO裝置可分為閥門切換式和旋轉(zhuǎn)式。閥門切換式RTO是最常見的，具由兩個(gè)或多個(gè)陶瓷填充床，通過閥門的切換，改變氣流的方向，從而達(dá)到預(yù)熱VOCs廢氣的目的。蓄熱式氧化器有兩個(gè)陶瓷填充床熱回收室，每個(gè)熱回收室有兩個(gè)自動(dòng)控制閥門，分別與進(jìn)氣總管和排氣總管相連。VOCs廢氣交替進(jìn)入蓄熱式氧化器的左右兩部分，當(dāng)廢氣從右側(cè)進(jìn)入時(shí)，左側(cè)熱回收室用燃燒尾氣加熱填料，蓄存熱量；切換進(jìn)氣方向后再用蓄存的熱量來預(yù)熱廢氣。兩個(gè)熱回收室按預(yù)先設(shè)定的時(shí)間問隔切換蓄熱和供熱。相對(duì)于其他燃燒工藝，蓄熱式燃燒法

8、和蓄熱式催化氧化法有較高的熱回收效率，一般可達(dá)85%以上。近年來，國外又研制開發(fā)出旋轉(zhuǎn)式RTO。該裝置由一個(gè)燃燒室、一個(gè)分成幾瓣的圓柱形獨(dú)立區(qū)域陶瓷蓄熱床和一個(gè)旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)向器組成。通過旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)向器的旋轉(zhuǎn)，就可改變陶瓷蓄熱床不同區(qū)域的氣流方向，從而連續(xù)地預(yù)熱VOCs廢氣，在燃燒室氧化燃燒后就可去除VOCs。間壁式熱交換器是熱氧化器的第一代熱回收系統(tǒng)，其熱回收率最高可達(dá)85%,在1980年之前問壁式熱交換器是最先進(jìn)的熱回收系統(tǒng)。隨著蓄熱材料的發(fā)展，目前蓄熱式熱交換器的熱回收率已能達(dá)到95%以上，而且占用空間越來越小。這樣輔助燃料的消耗很少，甚至不用輔助燃料，且當(dāng)VOCs的濃度達(dá)到一定值以上時(shí)，還可從

9、RTO輸出熱量。同時(shí),由于目前的蓄熱材料都選用陶瓷填料，所以可處理腐蝕性或含有顆粒物的VOCs廢氣。二、吸附法吸附法是一種傳統(tǒng)的VOCs處理方法，具有低能耗、工藝成熟、去除率高、凈化徹底、易于推廣的優(yōu)點(diǎn)，有很好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。缺點(diǎn)是設(shè)備龐大，流程復(fù)雜，吸附劑需要再生，且當(dāng)廢氣中有膠粒物質(zhì)或其他雜質(zhì)時(shí)，吸附劑易中毒。近幾年來，由于環(huán)保要求日益嚴(yán)格，吸附技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了新的吸附工藝和設(shè)備；同時(shí)吸附劑的改進(jìn)，如活性炭纖維和沸石的使用，也擴(kuò)大了吸附技術(shù)的應(yīng)用范圍，使吸附成為有機(jī)廢氣（溶劑）處理技術(shù)的首選方法。1、影響氣體吸附的因素（1）吸附劑性質(zhì)的影響吸附量隨吸附劑表面積的增大而增大。通

10、常用比表面積來比較不同吸附劑的表面積，即單位質(zhì)量吸附劑所擁有的表面積。吸附劑的比表面積與它的孔隙率、孔徑、顆粒度等因素有關(guān)。影響吸附劑吸附能力的另外一個(gè)參數(shù)是微孔尺寸。在多孔吸附劑中，起主要吸附作用的是直徑與被吸附分子大小相當(dāng)?shù)奈⒖祝肿硬荒軡B入比它的臨界直徑還小的微孔?？讖椒植紝挼奈絼┻x擇性較差，能夠吸附多種不同大小的分子；孔徑單一的吸附劑只能吸附臨界直徑比它的微孔還小的分子。此外吸附劑的極性也是影響吸附的一個(gè)重要因素。通常極性分子（或離子）型的吸附劑容易吸附極性分子（或離子）型的吸附質(zhì)；非極性分子型的吸附劑容易吸附非極性的吸附質(zhì)。（2）吸附質(zhì)性質(zhì)的影響吸附質(zhì)的性質(zhì)除了上述所講的臨界直徑、

11、極性等影響吸附外，它的濃度、相對(duì)分子質(zhì)量、沸點(diǎn)和飽和性都會(huì)影響吸附量。從等溫吸附式可知，吸附質(zhì)在氣相中濃度越大，吸附量越大。針對(duì)同一種吸附劑，結(jié)構(gòu)類似的有機(jī)物其相對(duì)分子質(zhì)量越大、沸點(diǎn)越高，被吸附的量越多。對(duì)結(jié)構(gòu)和相對(duì)分子質(zhì)量都相近的有機(jī)物，不飽和性越大，越容易被吸附。(3)操作條件對(duì)吸附的影響操作條件首先要考慮的是溫度，其次要考慮操作壓力的影響，最后還要考慮吸附操作中的氣流速率。止匕外，吸附設(shè)備還要有足夠的氣體流通面積和接觸時(shí)間，保證氣流分布均勻，充分利用所有的過氣斷面。如果氣流當(dāng)中含有粉塵、水蒸氣等雜質(zhì)時(shí)，要設(shè)預(yù)處理裝置除去雜質(zhì)，以免污染吸附劑。2、吸附劑的種類(1)活性炭活性炭是許多具有吸附性能的碳基物質(zhì)的總稱，活性炭經(jīng)過特殊工藝處理后，能產(chǎn)生豐富的微孔結(jié)構(gòu)，比表面積可達(dá)8002000m/g,具有優(yōu)異的吸附性能。(2)沸石分子篩在工業(yè)吸附過程中，活性炭是使用最為廣泛的一種吸附劑。但它也存在不耐高溫、在濕潤條件下不能保持很好的吸附能力、易燃等缺點(diǎn)。沸石作為一種很好的替代吸附劑，已被逐步開發(fā)應(yīng)用。(3)活性氧化鋁773K活性氧化鋁是將含水氧化鋁(如鋁土礦)在嚴(yán)格控制的加熱速率下于加熱制成的多孔結(jié)構(gòu)的活性物質(zhì)。根據(jù)晶格構(gòu)造，氧化鋁可分為a型和丫型，具有吸附活性的主要是丫型，尤其是含一定結(jié)晶水的丫氧化鋁