工业VOCs治理技术及设计问题探讨与案例

本节内容主要讲解了：VOCs催化燃烧反应器与净化系统的设计；吸收液的选择和VOCs吸收治理案例；VOCs治理技术介绍；中低浓度VOCs废气治理工艺介绍传统工艺；VOCs治理较新工艺；高浓度VOCs废气治理工艺介绍和VOCs治理的政策、标准与规范、资料收集与现场踏勘。

一、VOCs催化燃烧反应器与净化系统的设计

1. 催化燃烧反应器(装置)的设计（属于非标设计，设备设计）

（1） VOCs排放的风量，成分，浓度，温度；不详细的还要自己或请专业单位进行测试有关参数；（检测，掌握准确废气原始参数非常重要）

（2）催化剂参数，反应温度、空速、停留时间，不同溶剂废气在催化剂上的起燃温度等参数；

（3）催化剂床层的结构、温度与浓度的检测点和传感器的选择设计，对反应器的材料、保温方式，安全(阻火防爆)控制系统设计；

（4）反应器设计分为数学模型法及经验法。一般采用经验法，经验法是实际检测得到的数据，已有项目的成功案例，如空速、停留时间、转化率、流速、不同物质的转化效率，起燃温度等为依据，收集催化剂的组成等进行设计。

（5）反应器设计其他注意事项：

a.反应器本体要求：操作方便。能耗低：启动一般需15~30分钟升温至起燃温度，正常耗能仅为风机功率。催化剂床层阻力要小，净化率高。余热回用。确保废气不外溢的最小风量Va。

b. 进口气流分布调节装置：气流速度偏差率控制在10%-15%。选择合适的烟气停留时间，防止粉尘沉积在催化剂床层（含尘气体要有预处理措施）。

c. 控制系统：根据传感器和仪表反馈数据，用计算机和PLC程序控制器，达到稳定控制装置的运行，净化效率97%（催化燃烧法工业有机废气治理工程技术规范(HJ2027）、环境保护产品技术要求工业有机废气催化净化装置（HJT389）标准要求。）以上。安全方面：设置有阻火、除尘、防暴泄压、超温报警系统。

d. 公用技术条件：提供水、汽、动力、电气、土建、安全等相关参数要求，并且提供满足工程设计用的专业化软件包。占地面积小，尽量减少设备基础无特殊要求。设备安装场所无腐蚀性气体，并设置良好的防雨措施。

2. 催化燃烧系统工艺设计

（1）系统工艺设计内容：废气收集（重点，要求高，做好难度大，《挥发性有机物无组织排放控制标准》（ GB 37822-2019 ）目前在推广普及贯彻的标准，《化工采暖通风与空气调节设计规范》（ HGT 20698），《采暖通风与空气调节设计规范》（ GB /T 50019 ），《机械安全 局部排气通风系统 安全要求》（ GB/T 35077） ；（与收集率和收集效果有关）

《局部排风设施控制风速检测与评估技术规范（AQT 4274）实施指南》；《粉尘爆炸危险场所用除尘系统安全技术规范》（ AQ4273 ）；《局部排风设施控制风速检测与评估技术规范》（ AQT 4274）；《 家具制造业手动喷漆房通风设施技术规程》（ AQT4275 ）；《 排风罩分类技术条件》（GBT 16758）；《 通风罩》（JBZQ 4523）；）、前处理、催化燃烧设备、风管、风机、电气仪表与控制、热交换、公用工程、热能回收。

（ 2）系统工艺：排气量、污染物特性、浓度和安全性等因素。效率不低于97%。空速大于10000/h，不高于40000/h。预热温度250～350℃之间，不得超过400℃。 压力损失应不高于2KPa。HJ/T 2027—2013的规定。系统的设计风量应按照废气处理量的110 % -120%。有机化合物总浓度应低于最易爆炸的化合物的LEL的25%。废气中不含中毒的物质。

根据废气的预热方式及富集方式，催化燃烧系统工艺流程可分为：预热式、自身热平衡式、吸附浓缩-催化燃烧3种形式。

二、吸收液的选择和VOCs吸收治理案例

VOCs的吸收液的选择，要考虑以下方面：

易溶于水的废气通常用水作吸收液，酸性废气如硫化氢、二氧化硫、NH3、HCN等可用碱性或其他吸收液；轻烃、焦化类气体（苯、甲苯、二甲苯、萘）多用洗油作吸收剂。 

关于商用吸收剂，如科莱恩Genosorb ®公司、华南环保所岑超平团队、宝莱尔POLYTE®Cover公司等公司。淄博宝泉环保常温催化氧化有机废气治理技术在塔中进行。但对于多组分VOC的吸收剂的选择，是难点所在，需要花大力气研究？多收集国内外目前的商用吸收剂的资料很重要。希望有人能提供一个常用吸收剂选择资料，大家共享。

三、 VOCs治理技术介绍

直接燃烧：直接把废气中可燃污染物当做燃料燃烧，高浓度废气。

热力燃烧：投加辅助燃料维持燃烧，中低浓度废气，2000-10000风量，风量大了能耗大。

以下三种都考虑节能或能源回收

蓄热燃烧（RTO）:采用蓄热式烟气余热回收装置，回收高温烟气热能。

催化燃烧: 无火焰燃烧，安全性较好，反应温度低，辅助能耗少。

蓄热催化燃烧（RCO）: 流程与RTO相同，燃烧为催化燃烧，不生成NOx，切换阀要求耐磨，密封性要求高。

四、中低浓度VOCs废气治理工艺介绍传统工艺

低浓度、大风量VOCs净化的一种有效技术组合，采用碳基吸附剂或其他吸附材料对VOCs吸附浓缩，待吸附剂饱和以后，然后用热空气对VOCs脱附后再进行催化燃烧，高效去除。

含有环己酮等酮类易燃气体时，不得采用热空气再生。 丙烯酸、丙烯酸丁酯、丁酸、二丁胺、二乙烯三胺、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯、 异佛尔酮、环己酮、甲基丙烯酸甲酯废气不宜采用活性炭吸附法，确需要使用时候， 需要对活性炭进行改性。（此工艺在有氧气存在条件下，长期稳定运行的措施，以及催化燃烧等安全方面需要进一步提升。）

五、VOCs治理较新工艺

沸石转轮利用沸石分子筛为吸附材料。转轮分为吸附区、冷却区及脱附区，吸附区吸附废气中的有机物，净化的空气通过烟囱排放到大气中，而通过冷却区加热的废气经换热设备加热后再通过脱附区，带走分子筛中的有机物，转轮以一定的速度在转动，吸附后的沸石自动转入脱附区域进行脱附再生，形成了吸附浓缩和脱附再生同时运行，连续性生产。

吸附在分子筛转轮中的 VOCs，在脱附区经过约 200℃小风量的热风处理而被脱附、浓缩，浓缩倍数一般为 5~25 倍。

RTO工艺：主要由陶瓷蓄热床、燃烧器系统、内保温及电气控制系统等组成。浓缩脱附后挥发性有机化合物的废气通过阀门的切换，进入 RTO 的蓄热床，废气被蓄热陶瓷逐渐加热后进入燃烧室，VOCs 在燃烧室内高温氧化并放出热量，形成的热风在通过另一蓄热床时，与蓄积陶瓷进行热交换，蓄积热量，以减少辅助燃料的消耗。蓄热陶瓷被热风加热的同时，被氧化的干净气体温度逐渐降低，使得出口温度略高于 RTO 入口温度。

六、高浓度VOCs废气治理工艺介绍

1、溶剂回收和设计方案的主要思路

国内某包装印刷厂现有6台包装材料印刷机，改造前没有专门的废气收集系统，生产所产生的VOCs气体全部由车间顶部的自然通风窗、以及设在车间外墙上的轴流风机进行车间的全面换气，废气排放的收集方法不全面、合理性差，造成车间内无组织排放废气的外逸，车间内空气品质极为恶劣，对厂区周围的环境也造成了污染，引起周围居民的不满，为此，当地环保局要求限期对废气进行治理。

七、VOCs治理的政策、标准与规范、资料收集与现场踏勘

（一）宏观上的政策：（熟悉政策、标准、多专业和学科融合、学以致用）

1.《挥发性有机物（VOCs）污染防治技术政策》（公告2013年第31号）；

2.《大气挥发性有机物源排放清单编制技术指南（试行）》（公告2014年第55号）；

3.《石化行业挥发性有机物综合整治方案》（环发[2014]177号）

4.《泄漏和敞开液面排放的挥发性有机物检测技术导则》（(HJ733-2014)

5.《挥发性有机物排污收费试点办法》财税[2015]71号，财政部、发改委、环保部；

6.《关于印发《重点行业挥发性有机物综合治理方案》的通知》（大气2019第53号）

7.《打赢蓝天保卫战三年行动计划》（国发〔2018〕22号）；

8.《2020年挥发性有机物治理攻坚方案》（环大气〔2020〕33号）；

最近，为推进2020年挥发性有机物治理攻坚，“送政策、送技术、送方案”，生态环境部在2020年6月3日-7月2日，发布了以下资料书籍，供地方生态环境部门、有关企业和社会公众学习借鉴。

1.《挥发性有机物治理实用手册》

2.《重点行业企业挥发性有机物现场检查指南（试行）》

3.《臭氧及挥发性有机物综合治理知识问答》

4. 石化行业挥发性有机物治理实用手册

5. 现代煤化工挥发性有机物治理实用手册

6. 制药工业挥发性有机物治理实用手册

7. 农药工业挥发性有机物治理实用手册

8. 焦化行业挥发性有机物治理实用手册

9. 涂料、油墨及胶粘剂制造业挥发性有机物治理实用手册

10. 汽车整车制造业挥发性有机物治理实用手册

11. 家具制造业挥发性有机物治理实用手册

12. 工程机械整机制造业挥发性有机物治理实用手册

13. 其他工业涂装挥发性有机物治理实用手册

14. 塑料包装印刷挥发性有机物治理实用手册

15. 金属包装印刷挥发性有机物治理实用手册

16. 纸包装印刷挥发性有机物治理实用手册

17. 油品储运销挥发性有机物治理实用手册