摘要：对目前几种常见的芳烃类有机废气净化技术进行了分析比较，并结合工程实例进行分析。
关键词：芳烃；苯并芘；有机废气；冷凝；吸附
1.概述
有机化工、石油化工等工业生产过程会产生大量多环芳烃类有机污染物[1]，其中最典型的化合物之一是苯并芘，具有致癌或促癌作用，严重危害接触者的身体健康[4]。散发在空气中的芳烃污染物对人体的眼、鼻、呼吸道等有刺激作用，对心脏、肺部、肝脏等内部脏器及神经系统均有有害影响，甚至会造成急性或慢性中毒，对人体及生态环境造成极大危害。这类有机废气处理难度较大，针对此类废气，寻找高效经济的治理途径与方案已成为目前亟待解决的问题。
2.有机废气净化技术
有机废气的处理方法主要有两类[2]:一类是回收法。回收法是通过物理方法,在一定温度、压力下,用选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来分离挥发性有机化合物(VOCs),主要包括活性碳吸附、变压吸附、冷凝法和生物膜法等；另一类是消除法。消除法是通过化学或生物反应,用光、热、催化剂和微生物等将有机物转化为水和二氧化碳,主要包括热氧化、催化燃烧、生物氧化、电晕法、等离子体分解法、光分解法等，本文着重介绍几种有机化工厂房常用的净化技术。
2.1活性炭吸附法
活性炭经过特殊的工艺处理后,能产生丰富的微孔结构,这些微孔能够依靠分子力,吸附各种有害的气体和液体分子,从而达到净化的目的[3]。活性炭吸附过程包括吸附净化和热脱再生。吸附净化过程是将有机废气由排气风机送入吸附床,在吸附床被吸附剂吸附而使气体得到净化,净化后的气体排向大气即完成净化过程；热脱再生过程是当吸附床内吸附剂所吸附的有机物达到允许的吸附量时,该吸附床已经不能再进行吸附操作,而转入脱附再生。脱附再生即用热空气吹扫吸附剂,使吸附的有机物脱附出来，达到使吸附剂的吸附能力再生的过程。
活性碳吸附法适用于大风量、低浓度、温度不高的有机废气治理。此法工艺成熟,效果可靠,易于回收有机溶剂,因此被广泛地应用于化工、喷漆、印刷、轻工等行业的有机废气治理,尤其是苯类、酮类的处理。在工业吸附过程中,活性炭是使用得最为广泛的一种吸附剂。但它也存在不耐高温、在湿润的条件下不能保持很好的吸附能力、易燃的缺点。
2.2催化燃烧法
催化燃烧法特别适于处理量大、气体浓度较低时苯类、醛类、酮类、醇类等各类有机废气的处理。催化燃烧法的作用原理是:有机气体中的碳氢化合物在较低的温度下(250～300℃),通过催化剂的作用,被氧化分解成无害气体并释放热量。这种高浓度的有机气体在催化燃烧时所放出的热量足以维持其催化反应时所需要的温度,无需外加热源,燃烧后的热空气又可以用于对吸附剂的热脱附再生,达到废物及废能综合利用,同时节能的目的。在催化燃烧过程中,燃烧反应温度低,一般比热焚烧要低300～500℃,由于燃烧完全,不会产生CO和剩余可燃气体,不易生成高温下的二次污染物如二恶英、氮氧化物等,而且脱除污染物效率高,还可以回收热量节约能源,最终有机气体在催化剂的作用下,于一定温度下转化为水和二氧化碳,并排向大气。
此技术的关键问题是开发与研制一种起燃点低、催化活性高、稳定和价廉的催化剂。用浸渍法研制的过渡金属及其氧化物系列的燃烧催化剂效果较好，另外,近年来纳米粒子催化剂具有高比表面积,活性点多,催化活性和选择性大于一般催化剂,展现出广阔的应用前景。
2.3变压吸附分离技术
变压吸附分离与净化的技术(PSA)是近几十年来在工业上新崛起的气体分离技术,具有能耗低、投资少、流程简单、自动化程度高、产品纯度高、无环境污染等优点,是各种气体分离与回收的较理想的方法。
PSA技术是利用气体组分在固体吸附材料上吸附特性的差异,通过周期性的压力变化过程实现气体的分离与净化。PSA技术是一种物理吸附法。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆以沸石分子筛为例，在常温及一定压力条件下,可把有机废气吸附在沸石分子筛上,没有被吸附的气体进入下一个工段。吸附有机废气以后的吸附剂通过降压抽真空把有机物解吸,使吸附剂再生。再生后的吸附剂重新去吸附废气中的有机物,以此循环往复。
2.4冷凝法
冷凝法是利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一性质，采用降低系统温度或提高系统压力，使处于蒸汽状态的污染物冷凝并从废气中分离出来的过程。冷凝过程可在恒定温度的条件下提高压力来实现，也可在恒定压力下降低温度来实现，工业上多采用后者。利用冷凝的方法，能使废气得到较高程度的净化，净化要求愈高，所需冷却温度愈低，必要时还需增大压力，处理难度与费用均会增加。因此，冷凝法通常与吸附法、燃烧法或其他净化手段联合使用。
3.工程实例
3.1工程概况
工程位于北京市某化工车间，生产过程主要有三个工段会产生有机废气，主要污染物为硫化物、氮化物与苯并芘等芳烃类气体。
1）在沥青浸渍工段，废气的排放集中在熔融阶段，为常压自然排放，废气在排除设备前已经过一级冷凝，主要排放物为低分子的芳烃和苯并芘。
2）在常压碳化工段，在升温的全过程中，常压惰性载气将由沥青挥发和聚合物分解产生的轻组分带出碳化反应釜，主要排放物为低分子的芳烃、苯并芘、H2S、NH3等。
3）在高温处理工段，常压惰性载气将非碳元素分解产生的无机气体带出，主要排放物为H2S、NH3等。
3.2废气处理设计
本工程设计一套废气处理系统（FP-1），系统风量12000m3/h，排风经冷凝、吸附等处理达标后高空排放。
冷凝器为管式换热器，烟气走管内，冷却水走管外间，竖直安装。吸附器与洗油喷淋塔等设备安装在室外，冷凝器、旋风分离器和冷凝液储罐等设备安装于生产设备附近。烟囱高度25米。各工段处理方法如下，处理流程详见图1。
1）沥青浸渍工段
浸渍工段排出的废气经一级冷凝器（一用一备）冷却后，再经二级冷凝器冷却，大部分液滴从不凝性气体中自然分离，不凝性气体再经旋风分离器去除粒径>10微米的液滴后，排至废气处理系统（FP-1），废气先经过洗油喷淋塔，在喷淋塔中去除大部分沥青焦油与苯并芘后，进入活性炭过滤器进行吸附净化，达标后高空排放至大气。
2）常压碳化工段
碳化设备排出的废气经一级冷凝器冷却后，大部分液滴从不凝性气体中自然分离，不凝性气体再经旋风分离器去除粒径>10微米的液滴后，排出室外至废气处理系统（FP-1），废气先经过洗油喷淋塔，在喷淋塔中去除大部分沥青焦油与苯并芘后，进入活性炭过滤器进行吸附净化，达标后高空排放至大气。
3）高温处理工段
高温处理设备排出的废气排至废气处理系统，废气在活性炭过滤器中进行吸附处理，达标后经烟囱高空排放。
4.结论
本工程已投入运行一年时间，经使用方的测试与反馈，系统运行状况良好，净化效果显著，各类污染物排放浓度均低于相应标准限值，实现达标排放。
参考文献
[1]《有机废气处理技术研究进展》马生柏汪斌《内蒙古环境科学》200921（2）
[2]《有机废气处理技术及前景展望》唐运雪《湖南有色金属》200521（5）
[3]《石油化工中有机废气处理研究进展》刘建新《化工时刊》2008
[4]《炼焦生产排放的芳香烃与苯并芘相关性研究》李振《太原理工大学》2012
论文作者:马丽筠
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2018年4月下
论文发表时间:2018/10/8
标签：废气论文; 工段论文; 吸附剂论文; 苯并芘论文; 气体论文; 芳烃论文; 温度论文; 《新材料.新装饰》2018年4月下论文;