挥发性有机物污染控制.ppt

第十章 挥发性有机物污染控制,1.蒸气压及蒸发 2.VOCs（volatile organic compounds）污染预防 3.VOCs污染控制方法和工艺 了解VOCs的性质、排放及其污染预防措施 掌握燃烧、吸收、冷凝、吸附、生物等技术控制VOCs污染的原理、工艺和设备 能简单计算VOCs的蒸气压、排放量以及各类控制技术的关键参数,第一节 蒸气压与蒸发,蒸气压是判断有机物是否属于挥发性有机物的主要依据 温度越高，蒸气压越大,蒸气压,空气中VOCs的含量低，可视为理想气体，拉乌尔定律,气相中组分i的摩尔分数 液相中组分i的摩尔分数 纯组分i的蒸气压 总压,蒸气压,气液平衡克劳休斯克拉佩龙（ClausiusClapyron）方程,平衡蒸气压，mmHg 系统温度，K 经验常数,挥发与溶解,VOCs排放,,第二节 VOCs污染预防,VOCs控制技术可分为两类 防止泄漏为主的预防性措施 替换原材料 改变运行条件 更换设备等 末端治理为主的控制性措施,VOCs控制技术,VOCs替代,工艺改革,非挥发性溶剂工艺取代挥发性溶剂工艺，如流化床粉剂涂料和紫外平版印刷术 石油及石化生产过程回收利用放空气体,泄漏损耗及控制,充入、呼吸和排空损耗,充入、呼吸和排空损耗,充入、呼吸和排空导致的VOCs排放,组分i的排放量 排出空气中VOCs的浓度,组分i的摩尔质量 排出空气中VOCs的摩尔分率 混合气体的摩尔体积,充入、呼吸和排空损耗,呼吸损耗 呼吸损耗温度变化使容器产生“吸进和呼出”而导致的有机物损耗 白天呼出，夜晚吸进 可通过在容器出口附加的蒸气保护阀来控制,汽油的转移和呼吸损耗,汽油 50余种碳氢化物和其他痕量物质，C8H17,汽油已挥发部分所占的百分比/,汽油的转移和呼吸损耗,,转移损耗控制方法,,,转移损耗控制方法阶段1控制,转移损耗控制方法阶段2控制,第三节 VOCs控制方法和工艺,燃烧法 吸收（洗涤）法 冷凝法 吸附法 生物法,燃烧法（Combustion）,适用于可燃或高温分解的物质 不能回收有用物质，但可回收热量 燃烧反应，如,燃烧时放出的热量,VOCs燃烧原理及动力学,燃烧动力学 单位时间VOCs减少,多数化学反应，遵循阿累尼乌斯方程,氧气浓度远高于VOCs浓度,VOCs燃烧原理及动力学,VOCs燃烧原理及动力学,例试计算燃烧温度分别为538、649和760oC时，去除废气中99.9的苯所需的时间。 解假设燃烧反应为一级，即nl，一级反应，对式（10-8）积分，得 当T5380C时，由表10-8，得k0.00011/s，代入式（10-9），得 同理可求得T649、7600C时所需的燃烧时间分别为49s、0.2s。,（10-9）,VOCs燃烧原理及动力学,燃烧与爆炸 燃烧浓度极限范围爆炸浓度极限范围 多种可燃气体与空气混合，爆炸极限范围,混合气体的爆炸极限 i组分的爆炸极限 各组分的百分含量,燃烧工艺,直接燃烧 适用于可燃有害组分浓度较高或热值较高的废气 设备燃烧炉、窑、锅炉 温度1100oC左右 火炬燃烧产生大量有害气体、烟尘和热辐射，应尽量避免,燃烧工艺,热力燃烧（Thermal Combustion 适于低浓度废气的净化 温度低，540820oC 必要条件温度、停留时间、湍流混合,燃烧工艺,热力燃烧,燃烧工艺,催化燃烧（Catalytic Combustion）,燃烧工艺,具有热回收装置的催化燃烧器,催化燃烧装置,燃烧工艺,催化燃烧 优点 无火焰燃烧，安全性好 温度低300450oC，辅助燃料消耗少 对可燃组分浓度和热值限制少,燃烧工艺,,吸收（洗涤）法（Absorption）,吸收工艺,吸收工艺,吸收剂的要求 对被去除的VOCs有较大的溶解性 蒸气压低 易解吸 化学稳定性和无毒无害性 分子量低,吸收设备,主要设计指标 液气比 塔径 塔高,冷凝法（Condensation）,适于废气体积分数10-2以上的有机蒸气 常作为其它方法的前处理,,冷凝原理,冷凝温度处于露点和泡点温度之间 越接近泡点，净化程度越高,相平衡常数,冷凝计算,压力P，温度t，进料中i组分的摩尔分率zi，计算液化率f、冷凝后气液组成xi、yi,,冷凝热,由 和上式可得f、xi、yi,气液平衡关系 代入上式得,i组分的物料平衡,物料平衡,液化率,冷凝类型和设备,接触冷凝 被冷凝气体与冷却介质直接接触 喷射塔、喷淋塔、填料塔、筛板塔,表面冷凝（间接冷却） 冷凝气体与冷却壁接触 列管式、翅管空冷、喷洒式、螺旋板 传热方程,冷凝系统的设计,给定脱除效率、出口浓度 确定冷凝温度 冷凝温度 冷凝剂类型 计算冷凝器的热负荷 热负荷热传递系数 冷凝器尺寸,,,吸附法（Adsorption）,吸附工艺,吸附工艺,活性炭吸附VOCs的性能最佳 亦有部分VOCs不易解吸，不宜用活性炭吸附,吸附工艺,吸附容量 利用波拉尼曲线估算 多组分吸附 过程 各组分均匀吸附于活性炭上 挥发性强的物质被弱的物质取代,活性炭的吸附热,物理吸附 吸附热凝缩热润湿热 估算式,吸附热，kJ/kg 吸附蒸气量,m3/kg 常数，表10-16,生物法（Biological Oxidation）,原理 微生物将有机成分作为碳源和能源，并将其分解为CO2和H2O,工艺,生物洗涤塔（悬浮生长系统）,以山东某厂沼气处理工艺设计为例，沼气处理量为4000m3/h，设计沼气的压力为3kPa，硫化氢浓度5000ppm，要求脱硫后沼气含硫化氢量的浓度不大于100ppm。对各种脱硫工艺进行比较如下,生物滴滤塔,,生物滴滤塔,生物膜内降解的数学模型 微元物料平衡 费克定律米门公式,生物滴滤塔,液膜内传递的数学模型 VOCs降解简化模型,生物过滤塔（附着生长系统）,生物过滤塔,生物法工艺比较,,