【中國環(huán)保在線 技術(shù)前沿】有機(jī)廢氣處理常見工藝有吸附法、液體吸收法、冷凝法、生物法等，蓄熱式熱氧化爐處理(RTO)模式也正在興起。本文通過模擬實(shí)驗(yàn)，從效果和經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行分析，得出的結(jié)論是：綜合來看，蓄熱式焚燒系統(tǒng)(RTO)對智能節(jié)能膜涂布有機(jī)廢氣處理是合適的。
 

　　摘要：智能節(jié)能膜生產(chǎn)的涂布干燥過程中產(chǎn)生大量有機(jī)廢氣，主要污染因子是乙酸乙酯、丁酮等，通過對蓄熱式熱氧化爐運(yùn)行原理及對涂布干燥產(chǎn)生的有機(jī)廢氣處理效率的介紹，舉例計(jì)算去除有機(jī)廢氣過程中天然氣消耗量和燃燒天然氣產(chǎn)生的二次污染物氮氧化物的量，同時介紹多種常用有機(jī)廢氣處理方法的原理，并對多種有機(jī)廢氣的處理效率、主要優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)等對比，從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)角度對蓄熱式熱氧化爐處理智能節(jié)能膜涂布干燥有機(jī)廢氣的可行性進(jìn)行分析。
 

　　前言
 

　　揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatileorganiccompounds，簡稱VOCs)，指常溫下飽和蒸汽壓大于70Pa、常壓下沸點(diǎn)在260℃以下的有機(jī)化合物，或在20℃條件下蒸汽壓大于或等于0.01kpa具有相應(yīng)揮發(fā)性的全部有機(jī)化合物。智能節(jié)能膜貼在建筑門窗，汽車玻璃和工業(yè)金屬的表面，可以實(shí)現(xiàn)冷熱雙向調(diào)節(jié)，達(dá)到冬天保暖，夏天保冷的效果，可以有效節(jié)約能源。復(fù)合智能節(jié)能膜主要分4層，層防刮傷涂層，即UV涂層(丁酮溶劑、丙烯酸樹脂)，第二層高分子基溫控涂層，包括PET基材和溫控涂層，第三層安裝膠涂層(乙酸乙酯溶劑、丙烯酸壓敏膠)，第四層離型膜層。精密涂布是智能節(jié)能膜生產(chǎn)的主要工藝，常溫下涂布涂料后，由導(dǎo)熱油爐加熱保持溫度在80%——100cC之間涂布干燥，在uV涂層干燥過程，丁酮溶劑全部揮發(fā)，安裝膠涂層干燥過程，乙酸乙酯溶劑、丙烯酸壓敏膠中的乙酸乙酯全部揮發(fā)，產(chǎn)生大量揮發(fā)性有機(jī)化合物，本文模擬了蓄熱式熱氧化爐(RegenerativeThermalOxidizer，簡稱RTO)處理年產(chǎn)1000萬平方米智能節(jié)能膜UV涂層、安裝膠涂層干燥過程有機(jī)廢氣VOCs的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)可行性。
 

　　1RTO運(yùn)行原理和經(jīng)濟(jì)可行性分析
 

　　1.1RTO運(yùn)行原理
 

　　蓄熱式熱氧化爐的工作原理是，有機(jī)廢氣經(jīng)預(yù)熱室吸熱升溫后，進(jìn)入燃燒室高溫焚燒，使有機(jī)物氧化成CO₂和H₂O，再經(jīng)過另一個蓄熱室蓄存熱量后排放。將生產(chǎn)車間主要含有乙酸乙酯或丁酮的有機(jī)廢氣VOCs(100℃)，通過進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入分風(fēng)室，在旋轉(zhuǎn)閥門的作用下進(jìn)入蓄熱床，廢氣被蓄熱陶瓷逐漸加熱后進(jìn)入燃燒室，VOCs在燃燒室內(nèi)高溫氧化(800℃)并放出熱量，高溫?zé)煔庠倥c另一側(cè)蓄熱床上的蓄積陶瓷進(jìn)行熱交換，將熱量蓄積在蓄熱陶瓷上，煙氣以140℃左右的溫度排放。通過旋轉(zhuǎn)閥門的轉(zhuǎn)動，廢氣進(jìn)出陶瓷的區(qū)域被輪換，實(shí)現(xiàn)蓄熱區(qū)與換熱區(qū)的交替轉(zhuǎn)換。當(dāng)廢氣中所含VOCs濃度超過平衡濃度時，RTO不需補(bǔ)充燃料便能夠維持設(shè)備的自運(yùn)行，同時可對外通過換熱器、鍋爐等形式輸出系統(tǒng)余熱，熱量平衡方程式如下：

　　1.2.2RTO處理有機(jī)廢氣的經(jīng)濟(jì)可行性分析
 

　　根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行情況，UV涂層干燥過程主要揮發(fā)丁酮溶劑，干燥時間2000h/a。VOCs的產(chǎn)生速率為15.72ks/h(218mol/h)，濃度為1310ms/m，小于RTO維持自運(yùn)行時的低VOCs濃度，需要補(bǔ)充燃燒天然氣；安裝膠涂層干燥過程主要揮發(fā)乙酸乙酯溶劑、丙烯酸壓敏膠中的乙酸乙酯，干燥時間2000h/a，VOCs的產(chǎn)生速率為71.94ks/h(816.5mol/h)，濃度為5995ms/m，大于RTO維持自運(yùn)行時的低VOCs濃度，可以回收VOCs氧化后的余熱用于有機(jī)熱載體爐的涂布干燥用熱。
 

　　根據(jù)上述計(jì)算，為處理項(xiàng)目涂布干燥過程產(chǎn)的VOCs，RTO年消耗天然氣約為6.6萬in/a，現(xiàn)行工業(yè)天然氣價(jià)格約4.3m。RTO運(yùn)行年消耗天然氣費(fèi)用為28.38萬元，項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)年均利潤總額12236萬元，RTO的運(yùn)行費(fèi)用占利潤總額的0.23%，運(yùn)行費(fèi)用占比是合理的。

　　2RTO處理有機(jī)廢氣技術(shù)可行性分析
 

　　2.1有機(jī)廢氣治理措施多
 

　　方案比選目前，針對的VOCs處理方法主要有吸附法、液體吸收法、冷凝法、生物法、低溫等離子體、催化燃燒、蓄熱式焚燒系統(tǒng)(RTO)等，以下介紹幾種VOCs處理方式的原理和優(yōu)缺點(diǎn)。
 

　　2.1.1吸附法
 

　　吸附法是處理低濃度VOCs的有效方法之一，它是通過吸附劑對VOCs進(jìn)行吸附凈化，將凈化后的氣體排人大氣。因此去除率的高低與吸附效果有關(guān)，而吸附效果主要取決于吸附劑的性質(zhì)、VOCs的種類、濃度和吸附系統(tǒng)的操作溫度、濕度、壓力等因素。
 

　　目前，常用的吸附劑有顆?；钚蕴?/a>、活性炭纖維、活性氧化鋁、硅膠和人工沸石等。吸附裝置內(nèi)可以不同方式進(jìn)行接觸傳質(zhì)，吸附床形式有定床、移動床和流動床。移動床和流動床傳質(zhì)效果好，一般用于處理大風(fēng)量。根據(jù)吸附理論，降低溫度可提高吸附效果，通常控制吸附溫度在40℃以下。
 

　　2.1.2液體吸收法
 

　　液體吸收法是利用液體吸收液與有機(jī)廢氣的相似相容性原理而達(dá)到處理有機(jī)廢氣的目的。通常為強(qiáng)化吸收效果用液體石油類物質(zhì)、表面活性劑和水組成的混合液作為吸收液。
 

　　2.1.3冷凝法
 

　　冷凝法是利用物質(zhì)在不同溫度下具有不同飽和蒸汽壓這一性質(zhì)，采用降低系統(tǒng)溫度或提高系統(tǒng)壓力，使處于蒸汽狀態(tài)的污染物冷凝并從廢氣中分離出來的過程。冷凝過程可在恒定溫度的條件下用提高壓力的辦法來實(shí)現(xiàn)，也可以在恒定壓力的條件下用降低溫度的辦法來實(shí)現(xiàn)。利用冷凝的方法，能使廢氣得到很高程度的凈化，凈化要求越高，所需冷卻的溫度越低，必要時需要增大壓力。因而，冷凝法往往與吸附、燃燒和其它凈化手段聯(lián)合使用，以回收有價(jià)值的產(chǎn)品。
 

　　2.1.4生物法
 

　　生物凈化實(shí)質(zhì)上是一種氧化分解過程，附著在多空、潮濕介質(zhì)上的活性微生物以廢氣中有機(jī)組分作為其生命活動的能源或養(yǎng)分，轉(zhuǎn)化為簡單的無機(jī)物(CO、H0)或細(xì)胞組成物質(zhì)。主要工藝包括生物過濾床、生物滴濾床以及生物洗滌床。微生物、填料、濕度、溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)都是生物濾池性能的影響因素。
 

　　2.1.5低溫等離子體
 

　　等離子體被稱作除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)之外的第四種物質(zhì)存在形態(tài)。簡言之，等離子體就是電離氣體，它是電子、離子、原子、分子、自由基等粒子的集合體。等離子體與VOCs的作用機(jī)理主要有兩方面：一是數(shù)萬度的高能電子直接與氣體分子(原子)發(fā)生非彈性碰撞，將能量轉(zhuǎn)換成基態(tài)分子(原子)的內(nèi)能，使其激發(fā)、離解、電離終生成無害的CO2和H2O；二是高能電子激勵氣體中的O2、N2、H2O等分子，從而產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的O、OH、O3、OH2等自由基或活性粒子，它們破壞C—H、C=C或C—C等化學(xué)鍵，使VOCs分子中的H、C1、F等發(fā)生置換反應(yīng)和分解氧化，終生成無害物質(zhì)CO2和H2O。低溫等離子體可以單獨(dú)作用于VOCs，可以協(xié)同吸附劑作用于VOCs，也可以協(xié)同催化劑作用于VOCs，等離子體協(xié)同吸附劑和催化劑技術(shù)處理VOCs效果較好，能量利用效率高，但在反應(yīng)過程中可能產(chǎn)生臭氧、NOC1、HNO，及其他鹵化物等二次污染物，可能使催化劑失去活性J。
 

　　2.1.6催化燃燒法
 

　　催化燃燒技術(shù)是指在較低溫度下，在催化劑的作用下使廢氣中的可燃組分徹底氧化分解，從而使氣體得到凈化處理的一種廢氣處理方法。目前催化燃燒技術(shù)已廣泛應(yīng)用于金屬印刷、漆包線、煉焦、油漆、化工等多種行業(yè)中用于凈化有機(jī)廢氣和處理汽車尾氣。如石化中的氧化瀝青尾氣治理、催化裂化裝置再生煙氣的CO處理，彩印廠三苯廢氣治理以及PU合成革工藝有機(jī)廢氣治理等。
 

　　目前實(shí)際應(yīng)用多是上述方法的組合使用，如吸附一冷凝回收法、吸附一解吸一催化燃燒法、吸附一濃縮一燃燒法等，組合法克服了單一方法的缺陷，使有機(jī)廢氣的污染問題得到了解決(見表1)。

　　2.2RTO的技術(shù)指標(biāo)和去除效率
 

　　將RTO燃燒室內(nèi)溫度設(shè)定在8o0℃，停留時間1.5S的條件下，可達(dá)到99%以上的VOCs去除效率，RTO處理有機(jī)廢氣燃燒工藝主要性能指標(biāo)符合《大氣污染物治理工程技術(shù)導(dǎo)則》(HJ2000—2010)熱力燃燒工藝主要性能指標(biāo)的要求。智能節(jié)能膜生產(chǎn)以PET薄膜(塑料)為基材，采用的微凹版涂布生產(chǎn)工藝類似于印刷行業(yè)中的凹版印刷，處理后的VOCs大排放濃度為59.95mm，可以達(dá)到廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《印刷行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)化合物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB44/815—2010)中表2的凹版印刷第1I時段限值120mg/m。的要求。
 

　　2.3RTO運(yùn)行燃燒天然氣產(chǎn)生的二次污染
 

　　根據(jù)《次污染物普查工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》(第十分冊)表4430中燃?xì)忮仩t的NO排放系數(shù)為18.71kg/萬1TI燃料，RTO年消耗天然氣約為6.6萬1TI/a，產(chǎn)生氮氧化物0.12t/a，產(chǎn)生量較小。
 

　　3結(jié)論
 

　　蓄熱式熱氧化爐(RTO)利用高溫下發(fā)生的氧化反應(yīng)，將有機(jī)廢氣處理達(dá)標(biāo)后高空排放，有機(jī)廢氣經(jīng)處理產(chǎn)生的熱能，不僅能維持RTO自身的正常運(yùn)行，還可以回收多余的熱能作為涂布設(shè)備干燥的能源，替代部分涂布設(shè)備干燥能耗，達(dá)到顯著的節(jié)能與減排效果，從成本投入、運(yùn)行費(fèi)用和處理效果綜合來看蓄熱式焚燒系統(tǒng)(RTO)對智能節(jié)能膜涂布有機(jī)廢氣處理是合適的。
 

　　原標(biāo)題：蓄熱式熱氧化爐處理涂布有機(jī)廢氣可行性分析研究