有机废气处理工艺的探讨及处理效果

苏玉文，吴品章，张月

(江苏洋井环保服务有限公司，江苏 连云港 222000)

0 引言

在当前社会经济发展水平以及科学技术发展水平不断提升的背景下，工业生产规模也会不断扩大，也导致其所面临环保压力大幅提升，工业企业需积极将自身发展与生态环境充分结合，落实绿色生产要求。其中，有机废气是工业生产附带的重要污染源之一，企业方面需要合理选择废气处理工艺手段以提升处理效率，本文对不同有机废气处理工艺处理效果进行测定与评价对企业决策具有重要参考价值。

1 挥发性有机废气概述

挥发性有机物一般是指在大气中易挥发的有机物，例如苯酚、甲苯以及乙酸乙酯等。当前国际上尚未形成挥发性有机物统一标准，很多国家或区域都用有机物在特定温度下的蒸汽压为判定标准，例如：澳大利亚、瑞士、德国等。而美国为代表的其他国家则以光化作用为判定标准。

从近年来颁布的有关国家标准来看，我国是将挥发性有机化合物界(VOCs)定为在空气中参与大气光化学作用的有机物。具体标准如下：用于核算或者备案的VOCs 指20 ℃时蒸汽压不小于10 Pa 或者101.325 kPa标准大气压下沸点不高于260 ℃的有机化合物，或者实际生产条件下具有以上相应挥发性的有机化合物的统称，但是不包括甲烷。

2 有机废气处理工艺概述

有机废气处理工艺相对较多，其中常用的就是吸附法。而吸附法可分为两种，分别是物理吸附法和化学吸附法。工业领域中一般采用物理吸附法来处理尾气，常用的物理吸附技术有：固定床吸附系统、旋转式吸附系统，其均具有初设成本低、适用于多种污染物等优点，适合低浓度、大风量的废气处理和低浓度杂质、间歇生产的流水线。活性炭、分子筛等是目前比较常见的吸附材料。与分子筛转轮相比，活性炭材料的投资成本更低，吸附效果也更好，工业适应性更强。

可溶解于水的有机废气可以用水吸收的方法来处理。该工艺以物理和化学吸收为前提，工艺简单、设备费用低廉，对水溶性有机废气有良好的处理效果，而且也有不会受到高沸点物质的影响，消耗材料少的优点。水吸收处理工艺的理论依据是双膜理论，气膜和液膜分别存在于气相侧和液相侧，在尾气吸收的过程中，由于膜物质的影响，有机物质的吸收会产生一定的阻力，在吸收气体经过两层膜的传输之后被液相吸收，最后实现了气液一致目标。在利用水吸附法处理有机废气时，由于不同材质的影响，所产生的影响值各不相同，必须按公式逐个计算，才能得到最优的吸附条件。

冷凝吸收有机废气方法的基本原理是：在气、液两相共存的系统中，有一组分的蒸气态物质因凝结而变成液体，也有一组分的液态物质因蒸发而变成气体。同一物质的饱和蒸汽压力是随温度而变化的，随着温度的降低，饱和热气体的压力也随之降低。对某一浓度有机蒸气废气，经冷却后废气中有机蒸气的浓度保持不变，而其对应的饱和蒸汽压随着温度的下降而下降。当废气降到一定温度，其对应的饱和蒸汽压已经低于废气的组分，则此组分就会凝结成液态，废气中的组分就会减少，进而达到进行气体分离目的。

3 冷凝回收工艺废气处理效果测定

本文研究中利用定量分析法对冷凝工艺处理效果进行测定。具体工作中可利用Antoine 方程对纯液体在不同温度条件下蒸汽压进行计算，计算式(1)所示：

式中：P*为纯液体在温度T(K)条件下的蒸汽分压；A、B、C分别为Antoine 常数。

在计算过程中，假定废气中溶媒体积分数以及冷凝后废气中体积分数分别为x1以及x2。考虑到冷凝处理前后空气总量不产生变化，由此实际计算溶媒干基含量过程中可以空气为基准，具体计算如式(2)和式(3)所示：

式中：1x′以及x2′分别为废气经过冷凝处理前后的有机溶媒干基含量。

考虑到存在式(4)及式(5)中情况：

式中：P为系统总压；P1以及P2分别为废气经冷凝处理前的溶媒分压值以及纯液体在冷凝温度条件下的平衡分压，即P*。冷凝前后回收率y算方式如式(6)所示：

将式(4)和式(5)带入到式(2)和式(3)之中，并利用压力表示式(6)，可得出如式(7)所示结果：

当系统总压为1 标准大气压背景下，式(8)可变为如下结果：

以工业生产中较为常见的几种有机溶媒为例，通过对其在9 ℃、-5 ℃以及-15 ℃冷凝温度条件下的废气中平衡分压及回收率进行计算可以发现：在同样的凝结温度下，有机溶媒的沸点越高，废气中溶媒含量越低，溶媒回收率较高。大部分的有机溶媒，在-15 ℃冷盐水冷凝条件下回收率均可超过90%，而甲醇、乙醇、二氯甲烷和二甲苯等，在-5 ℃冷盐水冷凝条件下的回收率可达90%以上，其减排效果十分显著。但从分析处理后废气浓度数值可以发现，当废气降温至-15 ℃时废气经过冷凝回收处理后，其中的有机物含量仍然很高，难以达到标准。

4 冷凝处理工艺效果评价

由实际计算结果可知，尽管在冷凝回收处理工艺应用阶段，溶媒回收效率较高，但在达到最佳处理温度情况下，废气中残留的溶媒含量与大气排放标准仍有一定差距。这就要求对处理工艺的方向和形式进行调整，采用干式真空泵对溶媒进行回收，可使排出的废气中水分减少，与低温冷凝处理工艺相比，其优势更加显著。

目前我国废气治理过程所涉及的过程种类在某种程度上呈现出多样性特征。从综合角度进行分析，冷凝回收工艺应用效果最佳，其具有设备投资少、占地少、可再循环利用等优势，其相关设备整体运营费用也相对较低，而且通常情况下还能带来一定的附加收入。在治理过程中，设备的正常运转不需大笔投资，还能依靠回收的溶媒来提高经济效益。

但是如果废气中有机组分含量过低，则可大幅降低溶剂回收率，且会影响废气处理的节能效果。所以，在采用冷凝回收处理工艺前，应该对废气中的有机物质进行计算，若废气中的有机物质回收率太低，则应考虑选择其他处理工艺。此外，冷凝处理工艺另一项缺陷为，处理后废气中的有机物质含量较高，不能达到标准，因此还应该与吸附处理工艺等其他处理方法相配合。

5 结语

综上所述，低温冷凝处理工艺适用于处理高浓度有机溶媒废气。其实际应用过程中具备投资成本低、资源消耗量少、操作便捷以及回收效率高等优势，在提升减排效果的同时还可回收数量可观的可回收利用的溶媒，整体综合效益较高。虽然废气中溶媒含量经过冷凝处理后已经被削弱至较低水平，但仍难以满足我国现行《大气污染物综合排放标准》中规定要求，由此企业在利用冷凝处理工艺进行废气处理过程中需要采取后续处理工序。