再生器专利

有机废气种类多，来源广，处理难度大，一次性投资和运行费用高，基本没有回收利用价值。成分复杂的有机废气更难净化、分离和回收。

挥发性有机化合物(VOCs)作为有机化合物的主要分支，是指常温下饱和蒸气压大于70Pa，常压下沸点小于260℃的有机化合物。从环境监测的角度来说，是指氢火焰离子检测器检测到的非甲烷碳氢化合物的总称，包括碳氢化合物、氧碳氢化合物、含卤碳氢化合物、氮碳氢化合物和硫碳氢化合物。VOCs种类繁多，分布广泛。根据国外一些主要环境优先污染物清单，VOCs占80%以上。据日本1974-1985环境调查，检出的化学毒物中，卤代烃最多***52种，其次是普通烃* * 43种，含氮有机化合物(主要是硝基苯和苯胺类化合物)* * 40种，占检出毒物总量的70%。VOCs污染严重，在太阳光的作用下与氮氧化合物和CnHm发生反应，吸收表面的红外辐射，造成温室效应。臭氧洞是破坏臭氧层形成的，导致人体致癌和动植物中毒。

随着VOCs污染范围的不断扩大和人们对其危害的逐渐认识，联合国欧洲经济委员会于1991年在日内瓦召开了跨国大气污染会议，通过了《VOCs跨国大气污染议定书》，要求签约国采用1938。1990年，美国修订了《清洁空气法案》(CAA)，要求到2000年VOCs排放量减少70%。因此，开发VOCs替代产品，寻找最优的VOCs控制技术，已成为解决VOCs污染的唯一途径。

随着世界各国对VOC污染的日益重视和环保法规对VOC排放标准的严格要求，其治理技术也在逐步改进和完善。

(一)有机废气处理技术

早在1925年，欧洲就开发了固定床活性炭吸附装置，日本在1958年就开始使用这项技术。这是一种非常经典和成熟的方法，可以在常温下处理任意浓度的有机废气，但是在处理低浓度、大风量的有机废气时，设备庞大且不经济。对于排气温度高的高浓度有机废气的处理，美国在1950年开发成功了以天然气为燃料的直燃技术。1965日本与美国合作，将这项技术引入日本。这种方法需要将有机废气加热到760℃，有机溶剂才能被氧化分解成无害的CO2和H2O。它的缺点是燃料成本高，所以在天然气便宜的欧美被广泛使用。后来，人们发展了催化燃烧技术。由于有机溶剂可在300-350℃的低温下氧化分解，燃料成本大大降低，产生的氮氧化合物量很少。其缺点是需要对废气中容易引起催化剂中毒的物质和粉尘进行预处理。此外，催化燃烧装置中使用的热交换器具有大约50%的低热交换效率。为了提高热效率，降低运行成本，美国在1975中开发了换热效率超过90%的蓄热式燃烧装置。由于降低了运行费用，可用于处理中浓度有机废气。随后，欧洲也开发了该技术。鉴于美国的蓄热式燃烧方式，日本开发了一种改进的催化燃烧装置——蓄热式催化氧化法，产品由新日铁化机在1977首次销售。该产品能经济地处理高、中浓度、高温有机废气。

一般来说，根据处理方法，有机废气的处理方法主要有两种:一种是回收法，另一种是消除法。回收方法主要有活性炭吸附、变压吸附、冷凝和膜分离技术。回收方法是用物理方法分离VOC，如温度、压力、选择性吸附剂、选择性渗透膜等。消除方法包括热氧化法、催化燃烧法、生物氧化法和集成技术；消除法主要利用热量、催化剂和微生物，通过化学或生化反应将有机物转化为CO2和水。

1，回收技术

(1)碳吸附法

活性炭吸附是目前应用最广泛的回收技术，其原理是利用吸附剂(颗粒活性炭和活性炭纤维)的多孔结构来捕集废气中的VOC。含有VOC的有机废气通过活性炭床，其中的VOC被吸附剂吸附，废气被净化后排入大气。

当碳吸附达到饱和时，饱和碳床脱附再生；通入蒸汽加热炭层，VOC被吹脱释放，并与蒸汽形成蒸汽混合物，一起离开炭吸附床，蒸汽混合物经冷凝器冷却，使蒸汽冷凝成液体。如果VOC是水溶性的，液体混合物通过精馏提纯；如果它是不溶于水的，VOC可以通过沉淀器直接回收。因为涂料中使用的“三苯基”与水不相溶，可以直接回收。

碳吸附技术主要用于废气中成分简单，有机物回收价值高的情况。废气处理设备的大小和成本与气体中的VOC量成正比，而与废气流量相对独立。因此，碳吸附床更倾向于稀释大气质量流量，一般在VOC浓度小于5000PPM时使用。适用于油漆、印刷、粘合剂等低温、低湿、排气量大的场合，尤其适用于卤化物的净化回收。

(2)冷凝法

冷凝法是最简单的回收技术，将废气冷却到有机物露点温度以下，使有机物凝结成液滴，从废气中分离出来，直接回收。然而，在这种情况下，离开冷凝器的废气仍然含有相当高浓度的VOC，这不能满足环境排放标准。为了获得高回收率，系统需要高压和低温，并且设备成本显著增加。

冷凝法主要用于回收高沸点、高浓度的VOC，适宜的浓度范围> 5%(体积)。

(3)膜分离技术

膜分离系统是一种高效的新型分离技术，具有工艺简单、回收率高、能耗低、无二次污染等优点。

膜分离技术的基础是利用一种对有机物具有选择性渗透能力的高分子膜，它对有机蒸气的渗透能力是空气的10-100倍，从而实现有机物的分离。

最简单的膜分离是单级膜分离系统，直接让压缩气体通过膜表面，实现VOC的分离。但单级膜由于分离度低，难以满足分离要求，而多级膜分离系统会大大增加设备投资。

MTR开发了一种新型集成膜系统，仅使用单级膜就可以大大提高回收率，降低系统成本。

该技术结合了压缩冷凝和膜分离的特点来实现分离。先用压缩机将原料气升压到一定压力，然后送入冷却器冷凝，使部分VOC冷凝，冷凝液直接放入储罐。离开冷凝器的不凝性气体仍含有相当数量的有机物，压力较高，可作为膜渗透的驱动力，使膜分离不需要额外的动力。不凝性气体被送入膜系统，气体被有机选择性渗透膜分成两股，去除VOC的非渗透侧的净化气体被排出；渗透流是富含有机物的蒸汽，其循环到压缩机的入口。该系统通常能脱除原料气中99%以上的VOC，使废气中的VOC达到环保排放标准。

该系统的特点是最终渗透物流的浓度与进料气体的浓度无关，而进料气体的浓度是由冷凝器的压力和温度决定的。

(4)变压吸附技术

该技术首先在一定压力下用吸附剂吸附有机物。当吸附剂饱和时，吸附剂被再生。再生不使用蒸汽，而是通过压力变换解吸有机物。当压力降低时，有机物从吸附剂表面解吸。其特点是无污染物，回收效率高，可回收活性有机物。但该技术运行成本较高，吸附需要加压，解吸需要减压，在环保方面应用较少。

回收技术的适用范围:

颗粒活性炭主要用于回收脂肪和芳烃、大部分含氯溶剂、常用醇类、部分酮类和酯类。常见的有苯、甲苯、二甲苯、己烷、庚烷、甲乙酮、丙酮、四氯化碳、乙酸乙酯等。活性炭纤维吸附可以回收苯乙烯、丙烯腈等反应性单体，但成本远高于颗粒活性炭吸附。吸附法已广泛应用于回收油漆工业中的三苯、乙酸乙酯、制鞋工业中的三苯、印刷工业中的甲苯、乙酸乙酯、电子工业中的二氯甲烷和三氯乙烷。碳吸附法要求废气中VOC不超过5000PPM，湿度不超过50%。当浓度大于> 5000PPM时，需要稀释后再吸附，不适用于一些活性物质如酮、醛、酯等。这种VOC会与活性炭或其表面发生反应，堵塞其孔隙，使其失活。

冷凝法对高沸点有机物效果好，对中高挥发性有机物效果不好。这种方法适用于VOC浓度> 5%，回收率不高的情况。但废气中大多含有水分，温度低于0℃时会结冰，降低了系统的可靠性，所以很少单独使用。

膜分离法适用于处理浓物流，即0.1% < VOC浓度< 10%。膜系统的成本与入口流速成正比，而与浓度关系不大。适用于高浓度、高价值有机物的回收，设备成本高。

工业上从聚烯烃装置的冲洗气中回收烯烃单体和氦气。在环保领域，从加油站回收碳氢化合物；氟氯化碳从制冷设备、气雾剂和泡沫塑料的生产和使用中回收，氯乙烯单体从聚氯乙烯加工中回收。这项技术很有前途。随着新型高效膜的出现和系统成本的降低，它将成为回收的重要手段。

2.淘汰技术

(1)热氧化

热氧化系统是火焰氧化剂，通过燃烧消除有机物，工作温度高达700℃-1000℃。这不可避免地具有高燃料成本，并且为了降低燃料成本，需要回收离开氧化器的废气中的热量。热量回收有两种方式，传统的分区换热和新型的非稳态蓄热换热技术。

壁面热氧化是用管式或板式壁面换热器捕捉净化废气的热量，可回收40%-70%的热能，并利用回收的热量预热进入氧化系统的有机废气。预热后，废气通过火焰达到氧化温度并被净化。墙间换热的缺点是热回收效率不高。

蓄热式热氧化(RTO)采用一种新的非稳态传热方法来回收热量。主要原理是有机废气和净化废气交替循环，通过多次改变流向，最大限度地捕捉热量。储热系统提供极高的热回收。

在某一循环中，含有VOC的有机废气进入RTO系统，先进入耐火蓄热床层1(已被上一循环净化气加热)，废气从床层1吸收热能升温，然后进入氧化室；VOC在氧化室内被氧化成CO2和H2O，废气得到净化；被氧化的高温净化气体离开燃烧室并进入另一个冷再生床层2，该冷再生床层2从净化废气中吸收热量并将其储存(用于在下一个循环中预热进入系统的有机废气)并降低净化废气的温度。当该过程持续一定时间时，气流方向反转，有机废气从床2进入系统。这种循环不断吸收和释放热量，蓄热床作为热沉，在进、出口的运行方式上不断变化，产生高效的热量回收，热量回收率高达95%，VOC消除率高达99%。

(2)催化燃烧

催化燃烧是一种类似热氧化处理VOC的方法。它用铂、钯等贵金属催化剂和过渡金属氧化物催化剂代替火焰，工作温度比热氧化低一半，通常为250℃-500℃。由于温度较低，允许使用标准材料而不是昂贵的特殊材料，大大降低了设备成本和运行成本。类似于热氧化，该系统仍可分为两类热回收方式:分区式和蓄热式。

在分区催化燃烧中，热交换器安装在催化床的后面。换热器不仅降低了废气温度，还预热了含有VOC的有机废气，其热量回收达到60%-75%。这种氧化剂在工业过程中已经使用了很长时间。

蓄热式催化燃烧是一种新的催化技术。它既具有RTO高效能量回收的特点，又具有低温操作和催化反应能效的优势。催化剂置于蓄热材料顶部，优化净化，其热回收率高达95%-98%。

RCO系统性能的关键是使用特殊的催化剂，浸渍在马鞍或蜂窝陶瓷上的贵金属或过渡金属催化剂，允许在RTO系统一半的温度下发生氧化，既降低了燃料消耗，又降低了设备成本。

目前，一些国家已经开始使用RCO技术消除有机废气，许多RTO装置开始转换为RCO，可以降低33%-75%的运行成本，增加20%-40%的排放气体流量。

(3)集成技术(碳吸附+催化氧化)

对于大流量、低浓度的有机废气，单独采用上述方法成本太高，不经济。利用活性炭吸附处理低浓度和大气体积的优势，废气中的有机物先被活性炭捕获，再被流量小得多的热空气解吸，可富集VOC 10-15倍，大大减少废气体积和后处理设备规模。将浓缩后的气体送入催化燃烧装置，利用催化燃烧适合处理高浓度的特性，消除VOC。催化燃烧释放的热量可以通过隔板换热器预热进入碳吸附床的脱附气体，从而降低系统的能量需求。

该技术是一种非常有效的集成技术，利用炭吸附处理低浓度和常压滞留的优势，利用催化床处理中等流量和高浓度的优势。在国内，这项技术也被用于处理大流量低浓度有机废气的行业，如油漆、印刷、制鞋等。

淘汰技术的适用范围:

(1)热氧化

热氧化系统工作温度为700℃-1000℃，适用于流量为2000-50000m3/h，VOC浓度为100-2000ppm的条件。

与回热式相比，隔板式的优点是可以用简单的金属热交换器捕获热量，只需几分钟就可以达到所需的操作条件，因此最适合循环运行。

蓄热式热氧化具有非常高的氧化温度，可以处理难以分解的有机物。这个系统98%-99%的VOC消除率是很常见的。热回收效率为85%-95%。它可以在很少或没有燃料的情况下运行，特别是对于具有相对低的VOC含量的气体，其低于隔墙的热氧化。

热氧化的缺点是:①高温燃烧产生氮氧化合物，也是危险排放，需要进一步处理；②缓慢的热反应；(3)卤化物处理不理想，需增加后处理装置洗涤塔处理酸性气体；(4)进气浓度不能大于25% LEL；⑤设备投资成本高。

(2)催化氧化

催化氧化在比热氧化更低的温度下进行，通常为250℃-500℃，处理能力为2000-20000 m3/h，适用于100-2000 ppm的VOC浓度，消除效率高达95%。低操作温度结合隔板热交换器可以减少启动所需的燃料。

催化燃烧比热氧化有几个优点:①反应温度比热氧化低一半，节省燃料；(2)停留时间短，这减小了设备的尺寸；(3)由于燃料的减少，产生的CO较少，CO和VOC一起转化；④启动和冷却时间比热氧化系统短；⑤较低的工作温度消除了氮氧化合物的产生；⑥由于温度下降，允许用标准材料代替昂贵的特殊材料，RCO系统的整体机械寿命将增加。

催化氧化也有一些缺点:①催化剂容易被重金属或颗粒覆盖而失活；(2)处理卤化物和硫化物时，会产生酸性气体，需要洗涤塔进一步处理；(3)不能回收的废催化剂应进行处理；(4)进气浓度不能大于25%。

(3)集成技术(碳吸附+催化燃烧)

活性炭吸附回收VOC已广泛应用于油漆、印刷、电子等行业，消除率可达90%-95%。但对于低浓度废气，回收不经济，所以采用淘汰技术。

集成技术的优势是低成本处理低浓度、常压废气。通过对废气进行浓缩，减少了待处理废气的体积，使用小体积的催化燃烧氧化器处理大流量废气，降低了设备成本和运行成本。

这种方法也有一些缺点。该技术不适用于废气中含有高活性、易反应的VOC，相对湿度大于50%的情况。含有卤素化合物的废气仍然需要后处理设备。

可见，以上方法各有优缺点和适用对象。几种常用方法的优缺点总结比较如下。

治理方法的主要优点和缺点

热的

力

烧伤

烧伤

方法转换为1。高净化效率

2.无需预处理即可净化各种有机废气，不稳定因素少，可靠性高。

3.在废气浓度高、设计合理的情况下，热能可回收至1。处理温度高，能耗高。

2.存在二次污染。

3.燃烧装置、燃烧室和热回收装置价格昂贵且难以维护。

4.处理大流量低浓度废气耗能太大，运行成本高。

RTO 1。它具有TO的所有优点，但需要对复杂的有机废气进行预处理。

2.能耗远低于TO，可以处理大流量低浓度的1。处理温度比TO低，但还是高，所以还是有一点二次污染。

2.成本很高

3.它占地很大

冲动

变化

烧伤

烧伤

Co 1。净化效率高，无二次污染。

2.能耗低，在同等条件下比TO低50%左右，因此运行费用为1。用电能预热时，低浓度废气无法处理。

2.催化剂成本高，使用寿命有限。

3.复杂废气需要预处理。

RCO 1。净化效率高，无二次污染。

2.在所有燃烧方式中能耗最低，废气浓度为1-1.5g/m3时可以无消耗运行。

3.它能处理各种有机废气1。整体式占地面积小，但维护困难。

2.分体式占地面积大。

3.整体式不适合高浓度(4g/m3)，否则催化床会过热。

4.复杂废气需要预处理。

吸附法1。它能净化大流量、低浓度的废气。

2.溶剂可以从单一种类的废气中回收。

3.运营成本低，1。吸附剂需要补充和再生。

2.温度较高的废气需要首先冷却。

3.复杂废气需要预处理。

4.管理不便

5.存在二次污染。

6.安全性差

吸收法1。当使用亲水性溶剂蒸汽作为吸附剂时，设备成本低，运行成本低且安全。

2.苯废气可被油脂吸收，净化率高。

3.适用于大流量低浓度废气1。以水为吸附剂时，产生的废水需要处理。

2.吸收和解吸的控制和管理是复杂的。

(2)低浓度大风量有机废气处理技术

在使用有机溶剂的行业，如汽车涂装、印刷等行业，有机废气具有有机溶剂浓度低、风量大的特点。如果采用上述方法，将会使用庞大的设备，消耗大量资金。目前，国际上主要采用以下方法处理这种低浓度、大风量的有机废气。

(1)蜂窝轮聚光系统

这个系统是日本在1977-1979研制成功的，瑞典的Munter和Zeol公司也在1985-1986研制销售。在1990左右实施更严格的有机溶剂排放总量控制后，欧美也从日本引进了这项技术，市场迅速扩大。该系统采用蜂窝轮连续吸附分离低浓度大风量尾气中的有机溶剂。然后通过小风量的热空气解吸，得到含有高浓度小风量有机溶剂的气体。然后将浓缩气体与小型催化燃烧或活性炭回收装置结合，形成经济的处理系统。该系统的关键部件是一个圆柱形的吸附轮，吸附轮由活性炭或疏水沸石制成，呈波纹状，然后卷成蜂窝状结构。整个蜂窝轮分为吸附区和再生区，在运行过程中以非常低的速度连续旋转。当含有有机溶剂的废气通过吸附区时，有机溶剂被吸附，净化后的气体被排出。被转轮吸附的有机溶剂随着转轮的转动被送到再生区，被120-140℃的热空气加热解吸，随热空气排出。由于解吸风量远小于吸附风量，解吸后气体中有机溶剂的浓度可提高10-20倍。解吸后，废气可通过吸收超过十分之一空气体积的装置进行处理。该系统体积小、成本低，已成为国外处理低浓度、大体积有机废气的首选，并得到广泛应用。但其引进价格昂贵，在中国的推广经济中难以承受。国内一些研究机构利用其净化工艺的优势，对主要设备进行改造，使之适合中国国情。比如用几个装有蜂窝活性炭的固定吸附浓缩装置代替蜂窝轮浓缩装置，通过在几个固定床之间切换吸附和解吸过程来完成蜂窝轮旋转的功能。由于这种方法没有转动部件，不存在动密封问题，所以设备制造简单，维护方便，价格低廉，具有原工艺集中的优点。邮电部邮票印刷局从法国引进的六色印刷机废气处理中，完成了处理风量为21000-30000 m3/h的微机自动控制工业试验，经过两年的运行，取得了满意的效果。为我国处理低浓度大风量有机废气提供了一种合适的方法。

(2)液体吸收法

在该方法中，有机废气与液体吸收剂接触，使得有机溶剂被吸收剂吸收，然后解吸，除去或回收有机溶剂，使得吸收剂可以再生和再利用。因为在该过程中可以使用比吸附和催化燃烧装置的气体处理能力大几倍的塔式吸收设备，所以设备的体积可以做得小得多，并且设备成本低。但是很难找到理想的吸收剂，因为有机溶剂一般是非极性物质，它们会和极性水分子产生相互排斥作用，所以很难溶解。但在有机溶剂中溶解度高的油类或芳烃类萃取剂一般价格较贵，且部分有异味。国内有人研究过在水中加入表面活性剂等活性成分来提高有机溶剂溶解度的方法。研究表明，用该吸收剂处理含苯喷漆尾气是可行的，但这一实验室研究成果未能推广，可能与吸收能力有限的吸收剂再生问题尚未解决有关。过去几年，国内以柴油和芳烃萃取剂为吸收液的有机废气吸收装置在一些工业应用中得到了应用，但由于吸收剂本身损耗大或无法处理饱和吸收剂而全部被拆除。液体吸收法在国外很少使用，报道也不多。据报道，日本印刷厂使用液体吸收法。所用吸收剂为含催化剂的液体，运行成本低，但效率有待进一步提高。液体吸收仍有许多问题有待解决，限制了它的应用。

(3)生物处理法

生物除臭在20世纪40-50年代在德国和美国发展成功。日本在1970左右开始了土壤除臭和活性污泥除臭的研究，各种装置已经开发出来并投入实际使用。这种方法通过微生物分解有机溶剂。由于其低能耗和低运行成本而受到人们的关注，尤其是在欧洲，技术开发以德国为中心，应用实例逐渐增多。其缺点是对各种有机溶剂的选择性，限制了其应用领域。目前已用于污水处理厂和饲料加工厂对硫化氢、低分子醛类、乙醇、有机酸等极性物质的除臭。对彩色胶片乳剂涂布干燥过程中产生的甲醇和乙酸乙酯的处理也取得了良好的效果。用于处理非亲水性芳族化合物如甲苯和二甲苯的生物处理技术也已成功开发。与其他方法相比，这种方法占用面积大，这是另一个缺点。

(4)其他方法

除上述三种工业化方法外，还有两种仍处于实验室研究阶段。

a)固体膜分离和纯化方法

这种方法利用膜分离来净化有机废气，气体的膜分离过程是利用被分离组分对膜的渗透性的差异来实现的。国内科学家研究了管式硅橡胶膜分离处理含苯废气，测定了二甲苯对空气的分离因子，推导了分离因子与气体流经管式膜分离器雷诺数的关系。目前，通过膜分离富集低浓度有机废气，然后回收或催化燃烧处理的研究处于实验室研究阶段。结果表明，去除对甲苯和二甲苯时，净化率可达90%，浓缩倍数可达10-20倍，可大大降低处理低浓度大体积苯系物废气的成本。因此，膜分离技术是处理低浓度大风量苯系废气的一种经济有效的新途径。

b)光催化氧化技术

国外科学家以臭氧为辅助氧化剂，以各种光催化氧化反应为补偿技术，研究了苯的光催化氧化和含苯、甲苯、二甲苯、乙苯废气的处理。研究表明，与活性炭吸附和催化燃烧等补偿技术相比，光催化氧化具有经济潜力。

无论采用哪种方法处理低浓度、大风量的有机废气，资金消耗都较高。相比之下，目前活性炭吸附浓缩与催化燃烧相结合的方法或活性炭吸附浓缩与活性炭回收有机溶剂相结合的方法更经济、有效、应用更广泛。固体膜分离法仍处于实验室研究阶段。生物处理因其低能耗、低运行成本而受到各国的重视，其工业应用实例和应用领域不断扩大，是一项极具应用前景的技术。

鉴于此，杭州习字环保设备厂研制了1988蓄热式(换向)催化燃烧器，用于处理低浓度大风量有机废气。燃烧器采用整体结构，经过两年的努力，在1990获得成功。1991被浙江省科委评为省级新产品，并获得国家专利。1992被评为国家重点新产品，1996被国家环保局授予环境保护最佳实用技术(A类)。这种燃烧器采用陶瓷作为蓄热材料。当相对表面积达到150-200m2/m3时，换热效率为90-95%，远远超过隔墙(管式或板式)的换热效率，因此能耗明显降低。当废气浓度达到1-1.5g/m3时，可以无消耗运行，因此运行成本极低。基本上这是一种技术先进、结构新颖、净化率高、能耗低的VOC污染控制设备。然而，单片RCO也有一些主要缺点。其中，倒车时残留气体无法处理，就是倒车设备的问题。另外，很难维持。当废气的连续浓度高于4 g/m3时，催化床的温度会上升到600-700℃，如果长时间在高温下工作，会影响催化剂的使用寿命。另外，设备重量大也是它的缺点。为解决整体结构存在的问题，该厂还研制成功了分体结构的催化净化器(该产品于2002年通过浙江省科技厅鉴定)，较好地解决了燃烧器在废气浓度波动时的适应性问题。例如，当废气浓度高(超过3 g/m3)时，热气体可以被导出并排放或在上部空间中重新使用，这对于整体式RCO来说是困难的。另外，分体式结构的维护和复用，但是，设备占地面积大，主机占地面积几乎翻倍，成本高，控制复杂。