挥发性有机物污染控制-教学讲座

第十章挥发性有机物污染控制概述、概念（,简称)常温下饱和蒸气压大于约，常压下沸点小于º的液体或固体有机化合物。炭原子数小于的大多数有机物都是。、产生原因石油、煤炭、天然气等的开采、加工、贮运过程中，部分有机物料进入空气煤、石油、石油制品、天然气、木材燃烧时的不完全燃烧产物进入空气作为溶剂的有机物使用时挥发到空气中的，油漆、喷漆中的溶剂挥发有机农药、消毒剂、防腐剂加工与使用时，使部分有机物进入空气各种合成材料、有机黏合剂及其他有机制品遇到高温时氧化与裂解，产生部分低分子有机污染物进入空气淀粉、脂肪、蛋白质、纤维素、糖类等氧化与分解时产生部分有机物进入空气、来源石油开采与加工、炼焦与炼焦油加工、煤矿、木材干馏，天然气开采与利用化工生产，包括石油化工、染料、涂料、医药、农药、炸药、有机合成、试剂、洗涤剂、黏合剂等生产工厂各种内燃机燃煤、煤油、燃气锅炉与工业炉油漆、涂料喷涂作业，使用含有机黏合剂的作业各种有机物的燃烧与加热装置、运输装置及贮存装置食品、油脂、皮革、毛的加工部门粪便池、沼气池、发酵池及垃圾处理站、种类分类烷烃类乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、环己烷烯烃类乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、异戊二烯、环戊烯芳香烃及其衍生物苯、甲苯、二甲苯、乙苯、异丙苯、苯乙烯、苯酚醛和酮类甲醛、乙醛、丙酮、丁酮、甲基丙酮、乙基丙酮脂肪烃丙烯酸甲脂、邻苯二甲酸二丁脂、醋酸乙烯醇甲醇、乙醇、异戊二醇、丁醇、戊醇乙二醇衍生物甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、甲氧基丙醇酸和酸酐乙酸、丙酸、丁酸、乙二酸、邻苯二甲酸酐胺和酰胺苯胺、二甲基甲酰胺排放总量中：％来源于溶剂使用、运输和储存过程。、的危害（）大多数有毒，部分有致癌性；（）大气中的氮氧化物、与氧化剂发生光化学反应，生成光化学烟雾。（）卤烃类可破坏臭氧层。挥发性有机物的毒害作用有机污染物症状影响苯、甲苯、乙苯、环己酮失眠、烦躁、痴呆、没精神神经障碍丙酮运动障碍、四肢末端感觉异常末梢神经障碍甲醛、＃溶剂、甲苯、二甲苯腹泻、便秘、恶心消化器官障碍丁醇、丙酮、烃类出汗异常、手足发冷、易疲劳自律神经障碍氯苯、＃溶剂皮炎、哮喘、自身免疫病变免疫系统障碍＃溶剂、醋酸丁酯、醋酸乙酯、甲醛、丙酮结膜发炎视觉障碍醋酸丁酯、＃溶剂喉痛、口干、咳嗽呼吸道障碍蒸气压及蒸发污染预防污染控制方法和工艺、主要内容§蒸气压与蒸发蒸气压是判断有机物是否属于挥发性有机物的主要依据温度越高，蒸气压越大一、蒸气压蒸气压的计算方法）拉乌尔定律空气中的含量低，气态混合物可视为理想气体，Ppxyiii式中：——气相中组分的摩尔分数；——液相中组分的摩尔分数；——纯组分的蒸气压；——总压。应用见例。）克劳休斯－克拉佩龙（－）方程TBAplg式中：——与液相平衡的气相蒸气压，；——系统温度，;、——实验确定的经验常数。）安托万（)方程)Ct(BAplg.F,t;C,t)t(tFF华氏度—摄氏度—3295式中：——温度，º；、、——实验确定的经验常数。二、挥发与溶解、挥发、溶解0.7116正丁酸7.788乙酸24.574甲酸酸1.2102二异丁醚6.974二乙醚醚1.7100甲基异丁基酮2672丁酮互溶58丙酮酮4.3100环己醇7.374丁醇互溶62乙二醇互溶60、60正丙醇、异丙醇互溶32、46甲醇、乙醇醇0.020106乙苯0.05292甲苯0.1878苯芳烃0.005584环己烷环烃0.0009586异乙烷0.003872正戊烷直链烃溶解度（质量）/%分子量化合物族0.7116正丁酸7.788乙酸24.574甲酸酸1.2102二异丁醚6.974二乙醚醚1.7100甲基异丁基酮2672丁酮互溶58丙酮酮4.3100环己醇7.374丁醇互溶62乙二醇互溶60、60正丙醇、异丙醇互溶32、46甲醇、乙醇醇0.020106乙苯0.05292甲苯0.1878苯芳烃0.005584环己烷环烃0.0009586异乙烷0.003872正戊烷直链烃溶解度（质量）/%分子量化合物族部分在水中的溶解度（℃）§污染预防控制技术、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一、替代二、工艺改革•非挥发性溶剂工艺取代挥发性溶剂工艺；•石油及石化生产过程：回收利用放空气体。三、泄漏损耗及控制充入、呼吸和排空损耗示意图、填充、呼吸与排空损耗（操作损失）填充时：液体进入油罐、液面上升，蒸气空间减少，部分蒸气排出；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）；液体抽出时：空气从排气管流入，填充由液面下降带来的空间；填充、呼吸与排空损耗导致的排放量计算()式中：——组分的排放量，；——容器中排出的空气混合物中组分的浓度，。——容器中排出的空气混合物体积。浓度可表示为：式中：——组分的摩尔重量；——顶部空气中的摩尔分率；——混合气体的摩尔体积。g,miiiVMy(2)联立（）、（）式iiVmRTMpxRTPPMpxiiiiiig,miiVMy具体应用见例。、汽油的转移和呼吸损耗汽油已挥发部分所占的百分比/%平均分子式：，平均分子量：。、转移损耗控制方法浮顶罐，用于储存大量的高挥发性的液体。用于密封的浮顶盖浮在液面上，液面以上没有空隙。液体注入或流出时顶盖随之上下浮动，避免上面所讲述的呼吸损耗。但是这种密封方式（一般采用有弹性的橡胶薄盖，类似于汽车上的雨刷）并不是完美的，仍然会有密封损失。这张草图没有给出防雨雪装置和其他的细节。转移损耗控制方法－阶段控制填充带有蒸气回流系统的加油站地下储存油库转移损耗控制方法－阶段控制使用蒸气回流系统从加油站地下油库向用户汽车加油§控制方法和工艺燃烧法吸收（洗涤）法冷凝法吸附法生物法一、燃烧法（）、燃烧转化原理及燃烧动力学）特点：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——反应时放出的热量，。燃烧热：每摩尔燃料燃烧时放出的热量，。见表QOH5.8CO8O25.12HCQOH3CO6O5.7HC22217822266）燃烧动力学单位时间减少量mOnVOCVOC2SSCC'krdtdC式中：——燃烧速率；’——燃烧动力学速率常数；——的浓度；——的浓度；——反应级数。由于氧气浓度远高于浓度其中：——化学反应动力学常数，可由阿累尼乌兹方程求取。nVOCVOCSSkCdtdCr（10-1）)RTEexp(Ak（表）例：试计算燃烧温度分别为、和时，去除废气中的苯所需的时间。解：假设燃烧反应为一级，即，对式（）积分，得)]tt(kexp[CC00h4.17s62800001.01ln00011.01CClnk1t0当时，由表，得，代入上式，得同理可求得、时所需的燃烧时间分别为、。）燃烧与爆炸燃烧极限浓度范围＝爆炸极限浓度范围混合气体的爆炸极限范围12100micabmccc－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mcic,,abm－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mcic,,abm、燃烧工艺）直接燃烧——可燃有害组分当作燃料•特点：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•燃烧产物：和。•燃烧温度：左右）热力燃烧（)•特点：适于低浓度可燃有机废气的净化。•燃烧温度：较低，～。•燃烧装置：普通燃烧炉、热力燃烧炉。•燃烧产物：和。•燃烧过程：辅助燃料燃烧，废气与高温燃气混合，氧化。•必要条件：温度、停留时间、湍流混合。（表））催化燃烧（）特点：加入催化剂（，)，燃烧温度降低（～），辅助燃料消耗少，对可燃组分浓度和热值限制较小。用于催化燃烧的各种催化剂及其性能见表催化剂品种活性组分含量下转化温度℃最高适使用温度℃、丝或网蜂窝陶瓷、、、、稀土催化剂锰矿石颗粒具有热回收装置的催化燃烧器催化燃烧装置催化燃烧特点:1.进入催化燃烧装置的气体首先要经过预处理。2.进入催化床层的气体温度必须要达到所用催化剂的起燃温度，催化反应才能进行。气体的预热方式可以采用电加热也可以采用烟道气加热，目前应用较多的为电加热。3.催化燃烧反应放出大量的反应热，因此燃烧尾气温度很高，对这部分热量必须回收。某亲水涂层铝箔生产混合有机溶剂的废气催化燃烧的工艺流程）燃烧工艺比较二、吸收法（)、吸收剂选取原则：对溶解度大，选择性强，蒸气压低，易解吸，无毒及化学稳定性好等。吸收质吸收剂苯环化合物柴油、机油甲醛、乙醛、甲醇次氯酸钠胺类盐酸、硫酸苯酚水净化有机废气常用的吸收剂原理：采用低挥发或不挥发溶剂对进行吸收，然后利用与吸收剂物理性质的差异将二者分离。、吸收工艺、吸收设备主要设计指标：液气比塔径塔高三、冷凝法（）、原理：物质在不同的温度和压力下，具有不同的饱和蒸气压。、特点：运行费用高，适于废气中体积分数以上的有机蒸气，回收效率％～％以上，常作为其它方法的前处理。、流程、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例如：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例如：列管式、翅管空冷、淋洒式冷凝器等四、吸附法（）、工艺流程有机废气预处理水蒸气吸附床Ⅰ吸附床Ⅱ排空冷凝器分离器冷凝液有机溶剂水、有机蒸气的吸附材料活性炭、硅胶、分子筛等，活性炭吸附的性能最佳。、有机溶剂的蒸发量——有机溶剂敞露面积，；——分子量。其中：——有机溶剂的温度，；、——常数。式中：——有机溶剂蒸发量，;——车间内风速，；——有机溶剂在室温时饱和蒸气压，；MFp)v1.438.5(Gv（）马扎克公式：有害物质敞露存放时散发量（）由相对挥发度近似计算（表）1212GaaGiiGGa乙醚相对挥发度：乙醚的蒸发量与某溶剂在相同条件下蒸发量的比值。即、吸附容量的确定（）单组分吸附等温线0501001502002503003500150030004500600075009000浓度/mg.m-3吸附量/mg.g-1苯甲苯丙酮乙酸乙酯种的吸附等温线()•吸附等温线均属于型，符合微孔填充的特征;•吸附质分子量越大，平衡吸附量越大.•活性炭对种吸附量大小排序：甲苯＞乙酸乙酯＞苯＞丙酮•种吸附等温方程及常数确定mameqpKq1qp、等温式、等温式将以上各方程线性化，分别有：pK1pKqqaameFeeKlgClgn1qlgmameqpKq1qp0.000.400.801.201.602.00050100150200250300350分压/Pa(p/qe)/Pa.g.mg-1苯甲苯丙酮乙酸乙酯1.902.002.102.202.302.402.502.803.003.203.403.603.804.00lgCelgqe苯甲苯乙酸乙酯丙酮方程拟合方程拟合种等温吸附方程式线性拟合系数比较种类(方程)(方程)苯甲苯丙酮乙酸乙酯p0337.01p0337.0278qep0785.01p0785.0323qep0118.01p0118.0238qep0563.01p0563.0286qe种有机物的单组分方程及常数有机物吸附等温方程苯甲苯丙酮乙酸乙酯多组分吸附设沸点较低者为，较高的物质为。多组分吸附：过程：开始阶段：各组分均等吸附于活性炭上；之后：挥发性强的物质被弱的物质取代。多组分吸附时吸附容量如何确定?甲苯苯二元吸附穿透曲线（甲苯，苯）甲苯苯二元吸附穿透曲线（甲苯，苯）•吸附过程可分为个结段：开始阶段，置换阶段，平衡阶段；•置换阶段：高沸点组分（强吸附质）置换低沸点组分（弱吸附质）；•甲苯－苯二元体系：苯为弱吸附质，甲苯为强吸附质。.甲苯－苯二元吸附0.000.200.400.600.801.001.201.400306090120150时间/minCi/C0甲苯苯0.000.200.400.600.801.001.201.400306090120150时间/minCi/C0甲苯苯甲苯乙酸乙酯二元吸附穿透曲线（甲苯，乙酸乙酯）•吸附过程可分为个阶断段：开始