1、,第十章 挥发性有机物污染控制,关于VOCs（Volatile Organic Compounds）的定义有多种形式，例如美国ASTM D3960-98标准将VOC定义为任何能参加大气光化学反应的有机化合物； 美国联邦环保署（EPA）将VOCs定义为除CO、CO2、H2CO3、金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵外任何参与大气光化学反应的碳化合物； 世界卫生组织（WHO）对VOCs的定义为熔点低于室温而沸点在50260之间的挥发性有机化合物的总称。 大气污染控制工程中的定义是：VOCs是一类有机化合物的统称，在常温下它们的蒸发速度大，易挥发。,什么是挥发性有机物？,VOCs的定义,VOCs的危害,W
2、HO 沸点在 50-260C之间的所有有机物, 除了杀虫剂,EU 在 20 C条件下，蒸气压大于0.01KPa的所有有机物,US EPA 所有含碳的并参加大气中光化学反应的有机物,Australian National Pollution Inventory 澳大利亚国家污染物清单 在 25 C条件下蒸气压大于 0.27 kPa 的所有有机物,毒性& 刺激性: 丙酮, 脂肪烃 (C6-C12), 含氯溶剂, 醋酸丁酯, 二氯苯, 4-苯己烯, 萜烯（松香油）, 臭氧 致癌性: 苯, 1,3-丁二烯, 甲醛,常见挥发性有机物种类,VOCs按其化学结构，可以进一步分为： 烷类、芳烃类、酯类、醛类和
3、其他等。目前已鉴定出的有300多种。,甲苯（Toluene） 二甲苯 (Xylene) 对-二氯苯 (para-dichlorobenzene) 乙苯 (Ethyl benzene) 苯乙烯 (Styrene) 甲醛 (Formaldehyde)（易溶于水） 乙醛 (Acetaldehyde)（除甲醛以外，绝大多数挥发性有机化合物一般都不溶于水而易溶于有机溶剂 ） 三氯甲烷 三氯乙烷 二异氰酸酯（TDI） 二异氰甲苯酯等。,VOCs的来源,运输,燃料,工业产品,氟氯化碳,其它,溶剂使用,含VOCs的产品,Q&A,1.什么是挥发性有机物？,2.VOCs对我们有哪些危害,蒸气压是判断有机物是否属于
4、挥发性有机物的主要依据 温度越高，蒸气压越大,一、 蒸气压与蒸发,空气中VOCs的含量低，可视为理想气体，拉乌尔定律,蒸气压,气相中组分i的摩尔分数 液相中组分i的摩尔分数 纯组分i的蒸气压 总压,蒸气压,气液平衡：克劳休斯克拉佩龙（ClausiusClapyron）方程,平衡蒸气压，mmHg 系统温度，K 经验常数,安托万（Antoine）方程,温度，oC 经验常数，参见课本P419,挥发与溶解,二、VOCS污染预防,VOCs控制技术可分为两类 防止泄漏为主的预防性措施 替换原材料 改变运行条件 更换设备等 末端治理为主的控制性措施,VOCS控制技术,VOCS替代,工艺改革,非挥发性溶剂工艺
5、取代挥发性溶剂工艺，如流化床粉剂涂料和紫外平版印刷术 石油及石化生产过程：回收利用放空气体,由于受经济、技术等因素的制约，寻找VOCs代用品和革新工艺的措施并不能完全控制VOCs的排放，为此，必须采用必要的末端治理措施。,蒸发散逸控制,充入、呼吸和排空损耗,充入、呼吸和排空损耗,充入、呼吸和排空导致的VOCs排放,组分i的排放量 排出空气中VOCs的浓度,组分i的摩尔质量 排出空气中VOCs的摩尔分率 混合气体的摩尔体积,充入、呼吸和排空损耗,呼吸损耗 呼吸损耗温度变化使容器产生“吸进和呼出”而导致的有机物损耗 白天呼出，夜晚吸进 可通过在容器出口附加的蒸气保护阀来控制,汽油的转移和呼吸损耗,
6、汽油 50余种碳氢化物和其他痕量物质，C8H17,汽油已挥发部分所占的百分比/%,转移损耗控制方法阶段1控制,转移损耗控制方法阶段2控制,三、VOCS控制方法和工艺,燃烧法 吸收（洗涤）法 冷凝法 吸附法 生物法,1.燃烧法（Combustion）,用燃烧方法将有害气体、蒸气、液体或烟尘转化为无害物质的过程称为燃烧净化，亦称焚烧法,燃烧法,燃烧氧化作用及高温下的热分解 适用于可燃或高温分解的物质 不能回收有用物质，但可回收热量燃烧反应，如,燃烧时放出的热量,VOCs燃烧原理及动力学,燃烧动力学 单位时间VOCs减少,多数化学反应，遵循阿累尼乌斯方程,氧气浓度远高于VOCs浓度,VOCs燃烧原理
7、及动力学,燃烧与爆炸 燃烧浓度极限范围爆炸浓度极限范围 多种可燃气体与空气混合，爆炸极限范围,混合气体的爆炸极限 i组分的爆炸极限 各组分的百分含量,燃烧工艺,直接燃烧 适用于可燃有害组分浓度较高或热值较高的废气 设备：燃烧炉、窑、锅炉 温度1100左右 火炬燃烧：产生大量有害气体、烟尘和热辐射，应尽量避免 直接燃烧法不适于处理低浓度废气。,燃烧工艺,热力燃烧（Thermal Combustion) 适于低浓度废气的净化 温度低，540820oC 必要条件：温度、停留时间、湍流混合,燃烧工艺,热力燃烧（Thermal Combustion),燃烧工艺,催化燃烧（Catalytic Combus
8、tion）,燃烧工艺,催化燃烧装置 优点： 无火焰燃烧，安全性好 温度低：300450oC，辅助燃料消耗少 对可燃组分浓度和热值限制少,燃烧工艺,问题： 不完全燃烧。过程会产生有害的中间产物，如乙醛，二噁英，呋喃。,2.吸收（洗涤）法（Absorption）,吸收工艺：溶剂吸收法采用低挥发或不挥发性溶剂对VOCs进行吸收，再利用VOCs分子和吸收剂物理性质的差异进行分离。吸收效果主要取决于吸收剂的吸收性能和吸收设备的结构特征。,VOCs吸收工艺,该工艺适用于VOCs浓度比较高，温度较低和压力较高的场合。 吸收装置多为气液相反应器。,吸收工艺,吸收工艺,吸收剂的要求 对被去除的VOCs有较大的溶
9、解性 蒸气压低 易解吸 化学稳定性和无毒无害性 分子量低,吸收设备,主要设计指标 液气比 塔径 塔高,3.冷凝法（Condensation）,适于废气体积分数10-2以上的有机蒸气 常作为其它方法的前处理冷凝法是利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一物理性质，采用降低系统温度或提高系统压力的方法，使处于蒸汽状态的污染物冷凝并从废气中分离出来的过程。,冷凝系统流程图,冷凝原理,冷凝类型和设备,接触冷凝 被冷凝气体与冷却介质直接接触 喷射塔、喷淋塔、填料塔、筛板塔 表面冷凝（间接冷却）冷凝气体与冷却壁接触列管式、翅管空冷、喷洒式、螺旋板传热方程,4.吸附法（Adsorption）,吸附工艺,活性炭吸附VOCs的性能最佳 亦有部分VOCs不易解吸，不宜用活性炭吸附,吸附工艺,吸附容量 利用波拉尼曲线估算 多组分吸附 过程 各组分均匀吸附于活性炭上 挥发性强的物质被弱的物质取代,活性炭的吸附热,物理吸附 吸附热凝缩热+润湿热 估算式,吸附热，kJ/kg 吸附蒸气量,m3/kg 常数，表10-16,5.生物法（Biological Oxidation）,原理 微生物将有机成分作为碳源和能源，并将其分解为CO2和H2O 工艺,生物法,
