【中國環(huán)保在線 技術(shù)前沿】有機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。本文通過模擬實驗，從效果和經(jīng)濟性等方面進行分析，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行原理及對涂布干燥產(chǎn)生的有機廢氣處理效率的介紹，舉例計算去除有機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廢氣處理方法的原理，并對多種有機廢氣的處理效率、主要優(yōu)點、缺點等對比，從經(jīng)濟、技術(shù)角度對蓄熱式熱氧化爐處理智能節(jié)能膜涂布干燥有機廢氣的可行性進行分析。
 

　　前言
 

　　揮發(fā)性有機化合物(volatileorganiccompounds，簡稱VOCs)，指常溫下飽和蒸汽壓大于70Pa、常壓下沸點在260℃以下的有機化合物，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，可以實現(xiàn)冷熱雙向調(diào)節(jié)，達到冬天保暖，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廢氣VOCs的經(jīng)濟、技術(shù)可行性。
 

　　1RTO運行原理和經(jīng)濟可行性分析
 

　　1.1RTO運行原理
 

　　蓄熱式熱氧化爐的工作原理是，有機廢氣經(jīng)預(yù)熱室吸熱升溫后，進入燃燒室高溫焚燒，使有機物氧化成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廢氣VOCs(100℃)，通過進風(fēng)口進入分風(fēng)室，在旋轉(zhuǎn)閥門的作用下進入蓄熱床，廢氣被蓄熱陶瓷逐漸加熱后進入燃燒室，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，廢氣進出陶瓷的區(qū)域被輪換，實現(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不需補充燃料便能夠維持設(shè)備的自運行，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處理有機廢氣的經(jīng)濟可行性分析
 

　　根據(jù)項目的實際運行情況，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維持自運行時的低VOCs濃度，需要補充燃燒天然氣；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維持自運行時的低VOCs濃度，可以回收VOCs氧化后的余熱用于有機熱載體爐的涂布干燥用熱。
 

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

　　2RTO處理有機廢氣技術(shù)可行性分析
 

　　2.1有機廢氣治理措施多
 

　　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。
 

　　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，常用的吸附劑有顆粒活性炭、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?？刂莆綔囟仍?0℃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廢氣的相似相容性原理而達到處理有機廢氣的目的。通常為強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現(xiàn)，也可以在恒定壓力的條件下用降低溫度的辦法來實現(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，以回收有價值的產(chǎn)品。
 

　　2.1.4生物法
 

　　生物凈化實質(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)化為簡單的無機物(CO、H0)或細胞組成物質(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合成革工藝有機廢氣治理等。
 

　　目前實際應(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，可達到99%以上的VOCs去除效率，RTO處理有機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，可以達到廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《印刷行業(yè)揮發(fā)性有機化合物排放標(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中燃氣鍋爐的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)，將有機廢氣處理達標(biāo)后高空排放，有機廢氣經(jīng)處理產(chǎn)生的熱能，不僅能維持RTO自身的正常運行，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，達到顯著的節(jié)能與減排效果，從成本投入、運行費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廢氣可行性分析研究