化工行业有机废气治理新技术探讨

孟鑫 周霈沨

台州市前进化工有限公司 浙江 台州 318000

1 化工行业传统有机废气治理缺陷分析

1.1 化工行业传统有机废气治理技术

化工行业传统有机废气常见治理技术，主要集中于热燃烧法、吸收法、生物法、吸附法、催化燃烧法。

（1）热燃烧法。热燃烧法是一种以高温燃烧为手段去除有机废气中污染物的技术，通过高温燃烧将有机物分解为二氧化碳和水。式（1）为热燃烧法原理表达式：

（2）吸收法。吸收法是通过将有机废气与吸收剂接触，使得废气中的污染物被吸收剂吸收，以此来达到除去有机废气污染物的目的。式（2）为吸收法原理表达式：

（3）生物法。生物法也称生物滤塔法，采用微生物降解有机物的原理将有机物转化为微生物体质和代谢产物（二氧化碳和水）。式（3）为生物法原理表达式：

（5）催化燃烧法。催化燃烧法是一种利用催化剂在较低的温度下加速有机废气氧化反应的技术，将有机污染物转化为二氧化碳和水。式（5）为催化燃烧法原理表达式：

1.2 化工行业传统有机废气治理技术缺陷分析

（1）热燃烧法。热燃烧法作为一种常用的有机废气处理技术，去耦通过高温燃烧将有机物转化为二氧化碳和水。热燃烧法的主要缺陷在于高能耗和高成本。燃烧过程需要提供大量的热能，并且需要长时间维持高温条件，这导致了废气处理的高能耗和高运营成本[1]。

（2）吸收法。吸收法是利用溶剂将废气中的有害物质吸收，并将其转移到废液中。然而，吸收法的主要问题在于废液的处理。由于吸收过程会产生含有高浓度有毒有害物质的废液，对废液的处理和安全处置将为企业带来难题。废液需要经过严格处理和回收，以避免对环境和人体健康造成二次污染。

（3）生物法。生物法是利用微生物将有机废气中的有害物质降解为无害物质的技术，但是生物法的处理效率受到环境因素的限制。微生物对温度、湿度、养分和pH值等环境条件有较高的要求，对于某些废气成分较复杂且条件苛刻的情况，生物法的效果可能不理想。

（4）吸附法。吸附法主要是通过将废气中的有害物质吸附到吸附剂中进行处理。然而，吸附法的废气处理效率相对较低。由于吸附剂容易饱和，吸附效果会随着时间的推移逐渐降低，需要定期更换或再生吸附剂。

（5）催化燃烧法。催化燃烧法是利用催化剂在较低温度下使废气中的有机物燃烧的技术，但催化剂的稳定性和寿命是限制催化燃烧法广泛应用的主要因素。催化剂需要具备较高的稳定性和活性，才能保证长期稳定的催化活性。但随着时间的推移，催化剂活性会逐渐降低，需要定期更换和维护，增加了运营成本和维护难度[2]。

2 化工行业有机废气治理新技术探讨

2.1 变压吸附分离与净化技术

变压吸附是一种运用吸附剂吸附物理特性，通过改变系统的压力实现吸附和脱附的过程，从而实现废气分离和净化的技术。相对于传统的有机废气治理技术，变压吸附分离与净化技术具有高效率、低能耗、高稳定性等优点，目前已经得到广泛应用。式（6）为变压吸附分离与净化技术原理表达式：

变压吸附分离与净化技术原理是利用吸附剂对有机废气中的有害物质进行物理吸附。吸附剂具有大的比表面积，使得有机废气中的有害物质可以在其表面上吸附。然后，通过调节系统的压力，将有害物质从吸附剂上解吸下来，实现废气分离和净化的过程。图1为变压吸附分离与净化技术应用流程。

其次，昂昂溪文化原始美术分布的特殊性根源在于傍水而居的生活方式，其发展的规模性根源在于部落多达数百人的文化规模。

图1 化工行业有机废气处理中变压吸附分离与净化应用流程

如图1所示，空气净化环节下，将有机废气中的灰尘和颗粒物通过过滤和除尘等处理方法，将废气的颗粒物浓度降至较低水平，以避免颗粒物对吸附剂的污染。吸附环节下，将有机废气引入吸附器中，在吸附剂的表面上吸附有机分子，并将废气中的清洁气体通过吸附器排放出去。脱附环节下，通过调节系统的压力和温度，将吸附剂表面的有机分子脱离吸附剂。冲洗-再生环节下，通过从逆向部分引入洗气体，在吸附器中将吸附剂表面残留的有机分子排放出去。然后将吸附剂以逆向流入吸附器，从而将有机分子排出。循环再生环节，即对附后的吸附剂进行更新、再生和循环利用，以提高废气治理效率和经济性。

综合分析，相对于传统的有机废气治理技术，变压吸附分离与净化技术具有以下优点。第一，高效率。变压吸附分离与净化技术能够高效地去除废气中的有机物，其去除率可以接近100%。这是因为吸附剂具有大的比表面积，能够高效地吸附和分离废气中的有害物质。第二，低能耗。相对传统有机废气治理技术，变压吸附分离与净化技术的能耗较低。该技术的能耗主要来自于吸附和脱附的压力差和温度控制等方面，而这些能源的消耗相对较少。第三，高稳定性：变压吸附分离与净化技术具有很高的稳定性，能够长期在高温和高压环境下运行，不易受到废气中其他成分的污染。第四，低二次污染。与其他的有机废气治理技术相比，变压吸附分离与净化技术不会造成二次污染。废气中的有害物质能够被提取、分离和处理，所产生的废弃物和二次污染都可以得到有效的控制。综合分析，变压吸附分离与净化技术具有高效率、低能耗、高稳定性、少二次污染、能循环利用吸附剂等优点，在有机废气治理领域中具有广泛的应用前景，同时亦有着很大的研究与优化空间[3]。

2.2 光催化技术

光催化技术是一种利用光照以及催化剂的作用，将有机废气中的有害物质转化为无害物质的治理技术。它具有高效率、低能耗、无二次污染等优点，对于化工行业有机废气的治理具有重要的应用潜力。式7为光催化技术原理表达式：

光催化技术的原理主要涉及光催化剂和光照的作用。光催化剂是一种半导体材料，如二氧化钛（TiO2）。当光照射到光催化剂表面时，光激发了光催化剂中的电子，形成空穴和自由电子对。然后，这些空穴和自由电子对会参与有机废气中有害物质的氧化还原反应，将其转化为无害物质。图2为光催化技术在化工行业有机废气处理中的应用流程。

图2 化工行业有机废气处理中光催化技术应用流程

如图2所示光催化剂制备环节下，需要化工企业制备具有良好光催化性能的光催化剂，通常采用溶胶-凝胶法、水热法等方法进行制备。反应体系构建环节，是将光催化剂与有机废气混合，并在适当的条件下，如温度、湿度等进行调控。光照条件控制环节下，由化工企业技术部门利用紫外光、可见光或光电化学发光等光源，照射到光催化剂表面，激发其中的电子，并促使光催化反应的进行。降解转化缓解下，光催化剂表面的光激发电子和空穴将参与氧化还原反应，有机废气中的有害物质被降解转化为无害物质（如CO2和H2O）。电子-空穴再生环节，是有机废气经过一段时间的催化作用后，光催化剂表面的电子和空穴会重新组合，或者通过外加电场的激励重新分离，以保持光催化剂的活性。

相比化工行业传统有机废气处理技术，光催化技术作为一种有机废气治理的全新技术，在许多方面具有明显的优势：一是高效降解性，二是无二次污染，三是低能耗[4]。

2.3 膜分离技术

膜分离技术是一种能有效地分离过滤物质的技术，与传统的吸附和催化剂技术相比，它具有分离效果好、操作简单维护容易、成本低等优点，可以被广泛应用于化工行业有机废气治理。膜分离技术的原理是基于膜的选择性分离作用实现废气的净化。膜分离技术的工作原理是通过一些特质膜，在压力差的作用下将废气中的有机物与无机杂质分离出来。废气在进入膜装置前会经过前期处理，如冷凝、干燥等，以提高废气干度和集中度。然后，通过容器内的压力差、电场作用等传动方式，使废气压入膜模组内，膜模组内的气为微胀气，从而使膜孔内的孔隙被压缩，从而在膜表面形成滤芯。废气经过滤芯后的纯净气体流出。图3为化工行业有机废气处理中膜分离技术应用流程：

图3 化工行业有机废气处理中膜分离技术应用流程

如图3所示，前期处理环节，将废气通过冷凝、干燥等预处理过程，以提高其干度和集中度。进料压力环节，将废气进入分子膜的一侧，分子膜通过选择性吸附和阻挡废气中的有机物与无机杂质，使之净化。出料压力环节，膜瓶的出气口与废气冷凝器连接，将净化后的气体通过出料压力便捷高效地排除。同时，膜分离过程可以式（8）表示：

式中，Q为透过量，m3/d；A为膜面积，m2；σ为膜的分离系数；ΔP为入口和出口压差[5]，kPa。

3 结束语

综上所述，在分析传统化工行业有机废气处理技术原理、技术缺陷背景下，针对目前废气处理领域全新技术——变压吸附分离与净化技术、光催化技术、膜分离技术进行详细探讨，分析了技术的原理、流程以及技术优势。化工行业可以本文作为参考，对企业内有机烟气处理系统加以改造、优化，从而落实国家相关政策与行业标准提出的要求，实现企业可持续发展目标，推动化工企业实现绿色生产。