立Π型12500m3/h有机废气焚烧处理系统开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文献综述

1.摘要

本文介绍了有机废气的危害及处理有机废气的必要性，概括了国内外有机废气的处理方法。针对有机废气焚烧技术进行了讨论，并对其发展前景及研究方向做了相关展望。

关键词：有机废气处理技术废气焚烧

2.背景情况

大气污染是我国目前最突出的环境问题之一,工业废气是大气污染物的重要源。大量工业废气排入大气,必然使大气环境质量下降,给人体健康带来严重危害,给国民经济造成巨大损失[1]。随着石化产业、涂装产业、印刷产业以及运输产业等的不断发展，有机废气对大气环境的污染也越来越严重，严重影响到人类以及动植物的健康成长[2]。目前有机废气的处理方法主要有回收法和消除法两大类，焚烧法处理废气属于后者，它不仅净化效率高、有害物质分解彻底，并安全可靠、节能环保[7]。

3.研究对象

工业生产中会产生各种有机物废气,主要包括各种烃类、醇类、醛类、酸类、VOCs[6]、酮类和胺类等，通常数量较大，有机物含量波动性大、可燃、难降解、有一定的毒性，有的还有恶臭[3]。

4.国内外现状

从20世纪初期期开始，国外已经采用冷凝、生物过滤、化学洗涤、活性炭吸附和膜分离等多种方法处理有机废气。采用焚烧方法处理工业废气也有近100年的历史，用来控制含VOC气体排放的焚烧处理方法也随着时间的推移而不断发展。最初采用直接燃烧法（图2），之后发展成热力焚烧和封闭式燃烧，然后发展成为换热式热力焚烧炉，在20世纪70年代以后才发展成回收热量效率更高的蓄热式有机废气焚烧炉（简称RTO)系统。

最早的RTO系统是1978年在美国加利福尼亚州的一个金属成品厂的卷材连续涂覆线上出现的，当时的设备较简单，处理容量较小，有机物的破坏和去除效率也不是很高。经过20多年的发展，RTO系统在有机物破坏去除效率、适用范围和低运行费用等方面显现出巨大优势。RTO系统由于其热回收效率高，特别适合处理低浓度有机废气，在欧美国家迅速推广应用于工业VOC废气的处理，在亚洲电子工业发达的韩国、日本以及我国台湾地区也有较多应用。

20世纪后期，国外开发了催化氧化处理方法，还出现了将蓄热式焚烧方法与催化氧化方法结合的蓄热式催化氧化焚烧炉或低温蓄热是焚烧炉，以及将蓄热式焚烧方法与转轮吸附浓缩方法结合的VOC集成处理装置，在国外已经得到应用。

我国对蓄热式有机废气焚烧炉的研究还处于起步阶段。蓄热式有机废气焚烧炉1998年前在我国尚未见应用。国内企业对低浓度VOC废气的处理，大都采用落后的热力焚烧炉；由于处理费用偏高，少数企业甚至将未处理的有机废气直接排空。近两年，国内一些焚烧炉制造厂家开始在国内推广RTO系统；国内一些汽车制造厂商引进的车身油涂线已经使用蓄热式有机废气焚烧炉。国内的多家工业炉和环保设备制造商也开始进军RTO市场，并有少数应用；但是国内与国外还是有一定的差距[10]。

5.现有技术介绍

目前，有机废气的处理方法大致可以归类为吸附法、吸收法、热破坏法、生物处理法等[4~5]。

5.1吸附法

利用固体吸附的原理从气相或者液相去除有害成分的过程称为吸附操作。根据吸附机理，可以将附剂分为物理吸附材料和化学吸附材料。化学吸附材料通常通过疏水键化学吸附作用去除有机污染物质，如用于吸附去除邻苯二甲酸二甲酯类物质(PAEs)的酚醛树脂吸附剂[11]、BA接枝改性聚丙烯纤维[12]、壳聚糖[13]等。但是化学吸附材料通常应用于水相有机污染物质的去除，在有机废气方面的应用较少，可能是因为在气－固两相界面上有机废气污染物质与吸附剂之间的接触时间太短，不利于化学吸附反应的进行，吸附效果不理想。因此在吸附法治理有机废气的实际应用过程中，常用的吸附剂为活性炭[14]、沸石[15]等物理吸附材料，因为这些吸附剂呈孔状结构，比表面积大，物理吸附作用强，适用范围宽。大量的研究结果表明与蜂窝状、颗粒状吸附材料相比，纤维状吸附材料具备传质速率快的优点[16]。因此，在选择废气污染物吸附材料时可以优先选择纤维状材料，以提高处理效果。

5.2吸收法

吸收法主要是指液体吸收法，通过废气与吸收剂的接触，使其中的有害组分被吸收剂所吸收。经解吸，将其组分除去或回收，使吸收剂再生，重复使用。废气处理设施中普遍使用的水喷淋装置就是基于此原理。吸收过程分为物理吸收与化学吸收。物理吸收主要依据相似相溶原理，水是一种最常用吸收剂，可以把溶于水的有机溶剂气体如丙酮、甲醇、醚和微溶于水的漆雾、灰尘、烟等去除，但水溶性尚差的三苯物质不能被水吸收。化学吸收是基于吸收试剂上活性基团可以与有机废气污染成分发生的化学反应进行的吸收过程[4]。

表1列举了吸收法处理有机废气污染物的国内外研究状况。由表1中可以总结出以下3个结论:(1)国内外研究者研究了不同溶剂吸收法对各种有机废气污染成分的处理效果，包括苯类(苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯)、酯类、酮类、有机烃;(2)吸收剂主要包括有机溶剂、表面活性剂和水，还包括新型环保型吸收剂环糊精;(3)有机废气的具体成分不同，吸收剂选择不同[4]。

5.3热破坏法

热破坏是目前应用比较广泛也是研究较多的有机废气治理方法,特别是对低浓度有机废气,有机化合物的热破坏可分为直接火焰燃烧和催化燃烧。直接火焰燃烧是一种有机物在气流中直接燃烧和辅助燃料燃烧的方法[17]。多数情况下,有机物浓度较低,不足以在没有辅助燃料时燃烧。直接火焰燃烧在适当温度和保留时间条件下[10],可以达到99%的热处理效率。如图1催化燃烧是有机物在气流中被加热,在催化床层作用下,加快有机物化学反应(或破坏效率的方法),催化剂的存在使有机物在热破坏时比直接燃烧法需要更少的保留时间和更低的温度[18]。催化剂在催化燃烧系统中起着重要作用。用于有机废气净化的催化剂主要是金属和金属盐,金属包括贵金属和非贵金属[19]。目前使用的金属催化剂主要是Pt、Pd,技术成熟,而且催化活性高,但价格比较昂贵而且在处理卤素有机物,含N、S、P等元素时,有机物易发生氧化等作用使催化剂失活。非金属催化剂有过渡族元素钴、稀土等。近年来催化剂的研制无论是国内还是国外进行得较多,而且多集中于非贵金属催

化剂并取能得了很多成果。例如V2O5 MOX(M:过渡族金属) 贵金属制成的催化剂用于治理甲硫醇废气,Pt Pd Cu催人剂用于治理含氮有机醇废气。

图1催化氧化燃烧过程示意图

由于有机废气中常出现杂质,很容易引起催化剂中毒,导致催化剂中毒的毒物(抑制剂主要有磷、铅、铋砷、锡、汞、亚铁离子锌、卤素等[20]。催化剂载体起到节省催化剂,增大催化剂有效面积,使催化剂具有一定机械强度,减少烧结,提高催化活性和稳定性的作用。能作为载体的材料主要有AL2O3、铁钒、石棉、陶土、活性炭、金属等,最常用的是陶瓷载体一般制成网状、球状、柱状、峰窝状。另外近年来研究较多且成功的有丝光沸石等[21]。对催化燃烧而言,今后研究的重点与热点仍将是探索高效高活性的催化剂及其载体,催化氧化机理。

5.3.1废气焚烧处理热利用

废气焚烧炉由燃烧室、废气预热区、热量回收热交换器、排烟烟囟构成，它们的作用分别是：

(1)燃烧室的作用：通过燃烧机的火焰，将含有机物的废气氧化分解成对环境无害的H20和CO2。

(2)废气预热区的作用：将废气先行预热，再进入燃烧室，以提高废气氧化分解效率。为了提高预热效果，有些焚烧炉设计了二个废气热交换器。第一个热交换器温度低于第二个热交换器，以更准确控制废气预热温度。当废气预热温度比较高时，废气可以在经第一热交换器以后就进入燃烧室。直燃式废气焚烧炉的废气预热是通过热交换器来完成的。蓄热式焚烧炉的废气预热是通过蓄热体(蜂窝陶瓷)来完成的。蓄热体将炉膛中燃油与废气共同燃烧时所产生的部分热量蓄存起来，预热废气，使废气进入炉膛时氧化燃烧更彻底，甚至可以直接引燃废气的作用，因此可以明显节约燃油，节约能源。这蓄热式废气焚烧炉与直燃式废气焚烧炉的最大区别。

(3)热量回收热交换器作用：将焚烧产生的热量回收，回送给用热装置(如上胶机、反应釜或其它用热装置)。常用的传热介质有空气和导热油。将新鲜空气(或油)，经由风机(或泵)送到焚烧炉的热交换器，将空气(或油)加热一定温度以后，再送给用热设备。当以空气为传热介质时，为了有效控制热风的温度，通常在热风管路上加一旁通管路，与新空气管路相连，当送出热风温度太高时，旁通管路会自动打开，补入新鲜空气，以调节热风温度。当以油为传热介质时，热油经过用热设备以后又回流到废气焚烧炉的热交换器，使油温维持在工艺要求的温度范围内。为了使热油的温度可控，燃烧室产生的热气分二路，一路直接流向热交换器加热油，一路进入旁通通道。当油温度超过设定值时，热气从旁通通道排入烟囱[1]。

图2直燃式废气焚烧炉工作流程、蓄热分体式、蓄热一体式

5.3.2废气焚烧的基本条件

为了确定某个工艺过程中产生的废气是否能够采用焚烧的办法进行净化，首先我们必须从焚烧的基本条件进行分析。废气焚烧的基本条件包括焚烧温度、停留时间和空气需要量三要素。

焚烧温度。焚烧温度指废气中有害组分在高温下氧化分解以至破坏所需要达到的温度。焚烧温度不同于着火温度(燃点)，它比着火温度高出许多，是炉衬材料选材及炉衬厚度设计的重要依据。

一般而言，提高焚烧温度有利于废气中有害成分的分解破坏。但是，过高的焚烧温度不仅会对炉衬材料的选择和工艺厚度提出更高的要求，增加燃料消耗和环保费用，更会增加焚烧产物中氧化氮的组分含量上升，造成二次污染。

停留时间。停留时间指有害组分在焚烧温度下，发生分解燃烧、转化为无害组分所需要消耗的时间。停留时间直接影响焚烧的完善程度，是决定炉膛容积尺寸的重要依据。

空气需要量。焚烧的空气量是否充足，将直接影响焚烧的完善程度。过多的过剩空气将加大燃料的消耗量，造成不必要的环保开支，过少的过剩空气将使燃烧不能充分进行，使燃烧产物不能达标排放，因此，应控制适当的空气过剩量[8]。

5.4生物处理法

相比于上述几种传统的物理化学方法，生物法处理工业废气具有效率高、成本低和设备简单等优点，己成为当前研究的热点课题之一。

生物净化是一种氧化分解过程：填料上的活性微生物以废气中的有机组分作为能源或养分，转化成简单的无机物或细胞组成物质。根据生物膜理论，生物法处理废气一般要经历以下步骤：①废气中的污染物同水接触并溶解于水中(即由气相进入液膜)；②溶解于液膜中的污染物在浓度差的推动下进一步扩散到生物膜，然后被其中的微生物捕获并吸收；③进入微生物体内的污染物在其自身的代谢过程中作为能源和营养物质被分解，产生的代谢物一部分重回液相，另一部分气态物质脱离生物膜扩散到大气中[22~23]。简要地说，生物法处理废气主要包括传质和降解两个过程，废气中的污染物不断减少，达到净化的效果。

以甲苯为例，甲苯可以作为微生物的碳源。由于气液相之间的有机物浓度梯度和水溶性作用，有机物从废气中转移到填料表面的液膜中，进而被微生物吸收(图3)。在适当的条件下，微生物对甲苯加以利用分解。一部分溶入液相，一部分作为细胞物质，一部分(CO2)

析出到空气中[9]。

图3生物法净化有机废气示意图

5.5几种主要有机废气处理技术比较与总结

(1)吸附技术一般适合于污染物浓度较低的有机废气处理，在酸性环境下的吸附效果较好，且气体温度最好是常温。吸收法主要用于高浓度有机废气处理。催化燃烧技术。一般适合污染物浓度在2000～6000mg／m3。生物处理技术适宜于处理净化气量较小和污染物浓度较大的废气。

(2)吸附是将污染物从气相固定到自身，未从根本上解决污染问题。吸收法是将污染物从气相到液相的转移，不适合低浓度有机废气处理。用催化氧化燃烧处理有机废气时，反应条件比较苛刻。生物法在处理苯类气态物质方面的应用有限制[9]。

（3）吸收液吸收效率低，液相吸收法是将污染物质从气相到液相的物理转移或化学转变，气态污染物液相喷淋吸收针对高浓度有机废气或者大风量低浓度的有机废气的治理较好，而针对低风量低浓度有机废气治理效率仍有待进一步提高[4]。

6.前景展望

6.1变压吸附分离与净化的技术

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,极富有市场竞争力,在不久的将来将会在工业上迅速推广。

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。本论文中所介绍的工艺采用沸石分子筛作为吸附剂(吸附容量大、吸附选择性强)，在常温及一定压力条件下,可把有机废气中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。生产过程中采用4个相同的吸附塔在一台计算机的控制下,通过调节阀变向不断改变气流的流向改变各塔的工作阶段,来实现各塔的吸附与再生交替进行。PSA装置采用四塔二均式工艺,该工艺的每个吸附塔必须经过吸附、一均降、顺向放压、二均降、逆向放压、冲洗、二均升、一均升和终充九个步骤;四个塔步骤相互错开,组成一个吸附-解吸循环[1]。

6.2光催化氧化法

半导体材料，如TiO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、Ga2O3、ZnO-SnO2、TiO2/Fe3O4等[24~26]，在光照下可以将吸收的光能直接转变为化学能，可以激发出电子－空穴对(一种高能粒子)，这种电子－空穴和周围的水、氧气发生反应后，就产生了具有极强氧化能力的自由基活性物质，因此能够使许多通常情况下难以发生的反应在比较温和的条件下顺利进行。1976年Carey等[27]报道了在紫外光照射下，纳米TiO2可使废水中的多氯联苯光催化脱氯，开辟了光催化技术在环保领域的应用先河。

6.3VOCs的处理方法

处理方法中有燃烧法，燃烧氧化法分为直接燃烧和热力燃烧。直接燃烧是在浓度足够高的前提下。利用VOCs废气中可燃的有机物作燃料，在有明火的高温下氧化去除。热力燃烧氧化法是利用辅助燃料(如柴油、天然气等)燃烧放出的热量。将VOCs气体加热到能够氧化的温度。使可燃组分在高温下氧化为CO2和H20，达到净化要求。该工艺的特点为设备结构简单，占地面积较小。投资维护费用低．但运行过程中会持续消耗能量．造成运行费用较高由于热力燃烧氧化法能处理难度较大的VOCs废气．因此国内外至今仍有一定的市场。

7.结论

合理地选用有机废气处理技术对于治理环境污染问题至关重要。不论是传统处理方法，还是新的处理技术，在适用范围、去除性能和投资运行费用等方面都各有特点。要根据实际需求和现实手段去进行有机废气的治理。

参考文献：

[1]唐运雪.有机废气处理技术及前景展望[J].湖南有色金属,2005,21(5):31-35.

[2]卞光明.有机废气处理方法探讨[J].资源节约与环保,2014(1):98-98.

[3]李瑜瑜,刘晓琴.浅谈化工行业有机废气处理技术[J].大科技,2013(7):331-332.

[4]易灵.有机废气治理技术的研究进展[J].四川环境,2011,30(5):103-107.

[5]马生柏,汪斌.有机废气处理技术研究进展[J].内蒙古环境科学,2009(2).

[6]蔡韵杰.吸收法,氧化治理法,生物法,吸附法,膜处理法等方法用于VOCs废气处理的分析[J].科技致富向导,2014(9):240-240.

[7]孙冠，骆骅，李杨.化工企业废气治理研究进展[J].山东化工,2014,43(1):46-49

[8]胡珀.废气焚烧炉的设计探讨[J].科技创新导报,2008(26):15-15.

[9]王小军,徐校良,李兵,等.生物法净化处理工业废气的研究进展[J].化工进展,2014,33(1):213-218.

[10]萧琦,姜泽毅,张欣欣.挥发性有机物空气污染问题及解决方案[J].节能与环境保,2010(1):47-49.

[11]WangZ，ShiZ-q，RongF-s，FanY-g，YangY-z.Studyonthethermodynamicpropertiesofadsorptionofethylbenzoateanddiethylphthalatebyphenolicresinadsorbents［J］.高分子科学，2004，22(3):239-245.

[12]袁峰，魏俊富，汤恩旗，赵孔银.BA接枝改性聚丙烯纤维对水中邻苯二甲酸二丁酯的吸附［J］.天津工业大学学报，2009，28(2):21-24.

[13]SalimaCJ，LiuH，KennedyJF．Comparativestudyoftheadsorptiononchitosanbeadsofphthalateestersandtheirdegradationproducts［J］．CarbohydratePolymers，2010，81:640-644．

[14]孙晓峰，高乃云，徐斌，刘遂庆，赵建夫,宁冉．邻苯二甲酸二甲酯在颗粒活性炭中的穿透特性［J］．环境科学，2007，28(8):1738-1745．

[15]高旭，刘宇飞，郭劲松，李怀茂，王峰青，陆磊．活性炭和沸石滤柱对饮用水中邻苯二甲酸酯类吸附性能的比较［J］．水处理技术，2009，35(3):57-61．

[16]DengS，BaiR，ChenJP．Behaviorsandmechanismsofcopperadsorptiononhydrolyzedpolyacrylonitrilefibers［J］.JournalofColloidandInterfaceScience，2003，260(2):265-272．

[17]程秀绵.有机废气净化工艺的选择及效果〔J〕.矿冶,2007(2):78-81.

[18]张文俊,李华芳,杨存金,等.吸附、催化燃烧法治理有机废气的研究〔J〕.北京轻工业学院学报,1997,115(6):91-98.

[19]吴永文,李忠,奚红霞,等.VOCs污染控制技术与吸附催化材料〔J〕.离子交换与吸附.2003,(1):90-97.

[20]Kolodzie,j,A,Lojewska,J.OptimizationofstructuredcataYstcarriersfor

VOCscombustion[J].CataysisToday,2005,(3-4),378-384.

[21]Evaerert,K.,Baeyens,J..Catalyticcombustionofvolatileorganiccompou-nd〔J〕.JournalofHazardousMaterials,2004,109,(1-3):113-139.

[22]邹桂香，刘煜弦．生物法处理挥发性有机废气的研究概述[J]。科技资讯，2007,16：245246．

[23]张旭东.工业有机废气污染治理技术及其进展探讨〔J〕.环境研究与监测,2005,18(1):24-26.

[24]廖传华，徐南平，时钧.气体分离无机膜的应用及研究进展［J］．中国陶瓷，2003，39(2):15-17．

[25]刘朝晖，屈凌波，施东文.纳米TiO2膜制备与光催化降解CHCl3［J］.中国给水排水，2001,17(12):10-12．

[26]朱汉财，王红娟，彭峰，余皓.纳米ZnO薄片的制备、表征及其光催化降解性能［J］.石油化工，2006,35(9):886-890．

[27]CareyJH,LawrenceJ,TosineHM.PhotodechlorinationofPCBinthepresenceoftitaniumdioxideinaqueoussuspension［J］．BulletinofEnvironmentalContaminationandToxicology,1976,16(3):697-701．