一、高濃度 VOC 介紹

1、VOC 的定義與分類

- VOC 是指在常溫下飽和蒸氣壓大于 70 Pa、常壓下沸點在 260℃以下的有機化合物，或在 20℃條件下蒸氣壓大于或者等于 10 Pa 且具有揮發(fā)性的全部有機化合物。

- 按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類，常見的有烷烴類（如丙烷、丁烷等）、烯烴類（如乙烯、丙烯等）、芳香烴類（如苯、甲苯、二甲苯等）、鹵代烴類（如氯甲烷、二氯乙烷等）、醛酮類（如甲醛、丙酮等）、酯類（如乙酸乙酯、乙酸丁酯等）等。

2、VOC 的危害

- 對人體健康的危害：許多 VOC 具有刺激性和毒性，會刺激眼睛、鼻子和喉嚨，引起頭痛、頭暈、惡心、嘔吐等癥狀。長期接觸某些 VOC 還可能導(dǎo)致癌癥、呼吸系統(tǒng)疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等。例如，苯是一種致癌物質(zhì)，長期接觸可能引發(fā)白血??；甲醛對眼睛和呼吸道有強烈刺激作用，還可能引起過敏反應(yīng)。

- 對環(huán)境的危害：VOC 是形成光化學(xué)煙霧的重要前體物之一。在光照條件下，VOC 與氮氧化物等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧、過氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物，形成光化學(xué)煙霧，對大氣環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重危害。此外，VOC 還會參與大氣中的二次有機氣溶膠（SOA）的形成，影響大氣能見度，對氣候產(chǎn)生影響。

二、高濃度 VOC 廢氣來源特點

1、廢氣來源

- 石油化工行業(yè)：

- 煉油過程：在原油的常減壓蒸餾、催化裂化、加氫裂化、延遲焦化等工藝過程中，會產(chǎn)生大量的 VOC 廢氣。例如，在原油蒸餾過程中，塔頂油氣中含有大量的輕烴類 VOC；在催化裂化裝置中，再生器排放的煙氣中含有未完全燃燒的烴類物質(zhì)。

- 化工生產(chǎn)：在合成橡膠、合成塑料、合成纖維等化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，原料的儲存、輸送、反應(yīng)、分離等環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生 VOC 廢氣。例如，在聚乙烯生產(chǎn)過程中，乙烯聚合反應(yīng)未完全反應(yīng)的單體以及溶劑的揮發(fā)會產(chǎn)生 VOC 廢氣。

- 制藥行業(yè)：

- 原料藥合成：在藥物合成過程中，使用的有機溶劑（如甲醇、乙醇、二氯甲烷、丙酮等）在反應(yīng)、結(jié)晶、過濾、干燥等操作過程中會揮發(fā)產(chǎn)生 VOC 廢氣。例如，在抗生素合成過程中，發(fā)酵液的提取、精制過程中會有大量的有機溶劑揮發(fā)。

- 制劑生產(chǎn)：在片劑、膠囊劑、注射劑等制劑的生產(chǎn)過程中，包衣、干燥、消毒等工藝環(huán)節(jié)也會產(chǎn)生一定量的 VOC 廢氣。例如，在包衣過程中，使用的包衣材料中的有機溶劑會揮發(fā)出來。

- 涂裝行業(yè)：

- 汽車涂裝：在汽車車身的底漆、中涂漆、面漆的噴涂和烘干過程中，涂料中的有機溶劑會大量揮發(fā)，產(chǎn)生高濃度的 VOC 廢氣。例如，在使用油性涂料的汽車涂裝車間，噴漆和烘干過程中會產(chǎn)生含有苯系物、酯類、酮類等有機物的廢氣。

- 家具涂裝：在木質(zhì)家具的噴漆和烘干過程中，同樣會有大量的 VOC 廢氣產(chǎn)生。不同的涂料和涂裝工藝會導(dǎo)致廢氣中 VOC 的成分和濃度有所差異。例如，使用聚氨酯涂料的家具涂裝過程中，會產(chǎn)生含有甲苯二異氰酸酯（TDI）等有害物質(zhì)的 VOC 廢氣。

2、廢氣特點

- 濃度高：高濃度 VOC 廢氣的濃度通常在幾千毫克每立方米甚至更高。例如，在一些化工生產(chǎn)裝置的尾氣排放口，VOC 的濃度可能高達數(shù)萬毫克每立方米。這是由于廢氣中含有大量未反應(yīng)的原料、中間產(chǎn)物以及有機溶劑等揮發(fā)性物質(zhì)。

- 成分復(fù)雜：廢氣中往往含有多種不同類型的 VOC，成分復(fù)雜且具有多樣性。例如，在石油化工行業(yè)的廢氣中，可能同時含有烷烴、烯烴、芳香烴、鹵代烴等多種有機物；在制藥行業(yè)的廢氣中，除了有機溶劑外，還可能含有藥物中間體、降解產(chǎn)物等。

- 易燃易爆：許多 VOC 具有易燃易爆的特性，其爆炸極限較低。當(dāng)廢氣中 VOC 的濃度達到一定范圍時，遇到火源或靜電等就可能引發(fā)爆炸或火災(zāi)事故。例如，苯、甲苯、二甲苯等芳香烴類 VOC 以及一些烯烴類 VOC 都屬于易燃易爆物質(zhì)。

- 有刺激性或毒性：部分 VOC 具有刺激性氣味或毒性，對人體健康和環(huán)境造成危害。例如，甲醛、苯、氯乙烯等 VOC 對人體的呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等都有不同程度的損害；一些含氯的 VOC 還可能對臭氧層造成破壞。

三、高濃度 VOC 廢氣處理工藝流程

1、預(yù)處理

- 降溫：對于高溫的高濃度 VOC 廢氣，需要進行降溫處理，以滿足后續(xù)廢氣處理設(shè)備的工作溫度要求。通常采用間接換熱或直接噴淋冷卻的方式。間接換熱可以使用管式換熱器或板式換熱器，利用冷卻水或其他冷卻介質(zhì)將廢氣的熱量帶走；直接噴淋冷卻則是向廢氣中噴水，通過水的蒸發(fā)吸熱來降低廢氣溫度。

- 除油除水：廢氣中可能含有油霧和水分，會影響后續(xù)處理設(shè)備的正常運行和處理效果。因此，需要采用除油器、除霧器或冷凝等方法去除廢氣中的油霧和水分。例如，利用旋風(fēng)除油器可以通過離心力的作用分離廢氣中的油滴；采用電除霧器可以利用電場力去除廢氣中的水霧。

- 除塵：如果廢氣中含有粉塵顆粒，需要進行除塵處理，以防止粉塵堵塞管道和設(shè)備?？梢圆捎么匠龎m器、旋風(fēng)除塵器或電除塵器等設(shè)備進行除塵。袋式除塵器通過濾袋過濾攔截粉塵；旋風(fēng)除塵器利用離心力分離粉塵；電除塵器則利用高壓電場使粉塵帶電并吸附在電極上。

2、主要處理工藝

- 吸附法：

- 工藝步驟：廢氣經(jīng)過預(yù)處理后進入吸附裝置，常用的吸附劑有活性炭、分子篩等。吸附劑通過物理吸附或化學(xué)吸附的方式將 VOC 吸附在其表面或孔隙中，從而使廢氣得到凈化。當(dāng)吸附劑達到飽和后，需要進行脫附再生。脫附后的高濃度 VOC 可以進行回收利用或進一步處理。

- 吸附劑選擇：活性炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，對多種 VOC 都有良好的吸附性能，是常用的吸附劑之一。分子篩則具有選擇性吸附的特點，可以根據(jù)廢氣中 VOC 的種類和性質(zhì)進行選擇。例如，對于分子大小相近的 VOC，可以選擇具有特定孔徑的分子篩進行吸附分離。

- 催化燃燒法：

- 工藝步驟：廢氣經(jīng)過預(yù)處理后與適量的空氣混合，進入催化燃燒裝置。在催化劑的作用下，VOC 在較低的溫度下（一般為 200 - 400℃）發(fā)生氧化分解反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水等無害物質(zhì)。催化燃燒裝置通常包括預(yù)熱器、催化反應(yīng)器、熱交換器等部分。

- 催化劑選擇：催化劑是催化燃燒法的關(guān)鍵，常用的催化劑有貴金屬催化劑（如鉑、鈀等）和非貴金屬催化劑（如銅、鉻、錳等的氧化物）。貴金屬催化劑具有催化活性高、起燃溫度低等優(yōu)點，但價格昂貴；非貴金屬催化劑價格相對較低，但催化活性和穩(wěn)定性可能稍遜于貴金屬催化劑。在選擇催化劑時，需要根據(jù)廢氣的成分、濃度、溫度等因素進行綜合考慮。

- 蓄熱式燃燒法（RTO）：

- 工藝步驟：廢氣首先經(jīng)過蓄熱室預(yù)熱，然后進入燃燒室進行燃燒。燃燒后的高溫氣體通過另一個蓄熱室進行熱量回收，蓄熱室中的陶瓷蓄熱體可以將熱量儲存起來，用于預(yù)熱下一批進入的廢氣，從而大大降低了能耗。經(jīng)過熱量回收后的氣體達標(biāo)排放。

- 特點：RTO 具有處理效率高、熱回收率高、適用范圍廣等優(yōu)點，適用于處理中高濃度的 VOC 廢氣。但設(shè)備投資較大，對操作管理要求較高。

3、尾氣處理

- 煙囪排放：經(jīng)過處理后的廢氣達到排放標(biāo)準(zhǔn)后，通過煙囪排放到大氣中。煙囪的高度應(yīng)根據(jù)相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進行設(shè)計，以確保廢氣能夠充分?jǐn)U散，減少對周邊環(huán)境的影響。同時，煙囪應(yīng)具備良好的抗腐蝕性能和穩(wěn)定性。

- 在線監(jiān)測：在廢氣排放口安裝在線監(jiān)測設(shè)備，實時監(jiān)測廢氣的排放濃度、流量、溫度等參數(shù)。通過在線監(jiān)測，可以及時掌握廢氣處理系統(tǒng)的運行狀況，確保廢氣達標(biāo)排放。一旦發(fā)現(xiàn)排放異常，可以及時采取措施進行調(diào)整和處理。