CN105289211B - 一种工业厂房补温及无尘化与VOCs近零排放工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业厂房补温及无尘化与VOCs近零排放工艺，主要包括以下步骤：（1）利用气体收集系统收集工业厂房中的挥发性有机废气（VOCs），将废气进行收集；（2）将步骤（1）中收集的废气输送到废气治理装置，进行挥发性有机废气VOCs的处理；（3）将步骤（2）中处理后的气体，通过气体回送系统输入到厂房中，循环利用。本发明可以使厂房无尘化、无补温，同时使挥发性有机废气VOCs近零排放或零排放。

Description

一种工业厂房补温及无尘化与VOCs近零排放工艺

技术领域

本发明专利适合工业生产领域，适合于厂房内全部或局部区域内产生挥发性有机废气（VOCs）的生产企业，特别适用于无尘化及恒温且产生VOCs的厂房，属于环境保护领域。

背景技术

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，简称VOCs)是指在20℃条件下，蒸气压大于或等于0.01kPa，或者特定适用条件下具有相应挥发性的全部有机化合物的统称。各行业中所产生的VOCs种类繁多，组成复杂，常见的成分有碳氢化合物、苯系物、醇类、酮类、酚类、醛类、酯类、胺类、腈（氰）类等。挥发性有机污染物（VOCs）大多数有毒、有害，不仅会增加环境大气的氧化性，还可能引发环境大气的毒性，造成PM2.5超标，直接威胁人体健康安全。此外，挥发性有机污染物还参与光化学反应，形成光化学烟雾，部分可破坏臭氧层。挥发性有机废气VOCs已经成为城市主要污染源之一，厂房内VOCs的淤积更是对人体健康造成危害、形成厂房内安全隐患。

涉及VOCs排放的工业行业包括石油化工、精细化工、喷涂、包装印刷、医药与农药制造、半导体及电子产品制造、人造板与木制家具制造、皮革、漆包线、制鞋、涂料、油墨、粘合剂生产、金属铸造等等，行业众多。部分行业产生挥发性废气的环节和和排放特点如表1所示。

表1产生挥发性有机废气的行业及排放特点

在现有的挥发性有机废气治理过程中，大多数企业将挥发性有机废气VOCs无组织排放，造成周围环境的污染，影响周围群众的健康，导致群众的投诉，最终导致停产整顿；还有一小部分企业将产生的挥发性有机废气VOCs收集之后进行处理，但是所采用的废气治理技术很难将废气处理到达标排放，即使极少数企业达到了排放标准，也造成了挥发性有机废气总量的超标排放，会给大气环境产生不良后果。

此外，现有的工业厂房在运行过程中，例如喷涂行业，如果新补充气体中含有灰尘,气温过低的话,会对喷涂的质量会产生很大的影响。因此，需要对新循环进来的空气进行除尘和补温，这也增加了企业的生产成本。

发明内容

本发明专利针对现有的工业厂房的运行现状，公开了一种可以使厂房无尘化、无补温，同时使挥发性有机废气VOCs近零排放的工艺。

本发明公开的工业厂房补温及无尘化与VOCs近零排放工艺，主要包括以下步骤：

（1）利用气体收集系统收集工业厂房中的挥发性有机废气（VOCs），将废气进行收集；

（2）将步骤（1）中收集的废气输送到废气治理装置，进行挥发性有机废气VOCs的处理；

（3）将步骤（2）中处理后的气体代替厂房外部含尘、低（高）温空气，通过气体回用系统输入到厂房中循环利用。

优选的，步骤（1）中的气体收集系统采用全部或局部微负压的收集方式，更优选吸风口或吸风罩、管线及风机，所述吸风口或吸风罩通过管线与风机相连。

优选的，步骤（2）中废气治理装置为废气处理的集成系统，所述废气处理集成系统具体为首先通过液相吸收液对废气进行喷淋吸收，再经过固相吸附剂进行吸附，最后通过催化剂和氧化剂分别对液相吸收液中的有机污染物进行催化氧化处理和固相吸附剂催化氧化再生；其中所述的吸收液针对不同的工业厂房产生的VOCs的特性进行选择，若VOCs中的成分均易溶于水中，则吸收液选择水，若VOCs中的成分有不溶于水或者微溶于水，吸收液为表面活性剂或者合成洗涤剂溶液，所述的阴离子型表面活性剂为硬脂酸或十二烷基苯磺酸钠；所述阳离子表面活性剂为季铵化物；所述两性离子型表面活性剂为卵磷脂、氨基酸型或甜菜碱型；所述非离子型表面活性剂为脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦或聚山梨酯等；所述的合成洗涤剂为洗衣液、洗衣粉、肥皂类、洗洁精、洗手液或洗发露；其中所述吸附剂和催化剂均为活性炭负载特定金属元素或Fe-C材料或两种材料的组合；其中所述催化剂可同时增加超声波或UV或水力空化或三种催化方式的组合；其中所述氧化剂为臭氧或过氧化氢或次氯酸钠或者三者的混合。经过上述处理的挥发性有机废气，最终转换为小分子的、无毒无害的CO₂和H₂O。

吸收液中表面活性剂的添加量与废气中VOCs的浓度呈正比，废气中VOCs的浓度越高，所需要添加的表面活性剂或合成洗涤剂或两者的组合越多，确保废气能够被完全吸收。

优选的，步骤（3）中气体回送系统为回送风机、布风管及排风口（罩）；所述会送风机通过布风管与排风口或排风罩相连。

本发明专利的优势：

1、实现挥发性废气VOCs的近零排放。在本专利技术中，首先将挥发性有机废气进行收集，从源头上减少废气的排放；其次将收集的废气引入到废气处理装置中，将有机废气充分氧化为CO₂和H₂O，将挥发性有机废气彻底消解，排放标准以内；最后将处理后的气体通过风机输入到厂房中，形成一个气体的良性循环，实现挥发性有机废气VOCs的近零排放；

2、消减了挥发性有机废气VOCs总量的排放。在现有的处理技术，对挥发性有机废气的治理主要是将废气处理后进行达标排放。这种达标排放只是浓度达到排放标准，而对挥发性有机废气的排放总量没有相应的规定，因此这种情况下会造成挥发性有机废气的排放总量增加，对环境还是会造成不利影响。本专利技术从源头到过程再到去向，形成了一个循环系统，将大部分有机废气进行了消解和转化，较低浓度的挥发性废气进行循环，从而实现了挥发性废气VOCs总量的近零排放，大大消减了挥发性有机废气VOCs的排放总量。此技术是国内外首创，具有巨大的创新性；

3、减少了企业的生产运行成本。减少企业的生产运行成本主要体现在三个方面：其一，采用复相催化氧化技术处理有机废气，相对于现有的技术具有较强经济可行性，可以大大降低企业环保设施的运行费用；其二，在企业现有的处理技术中，其需要有新补充气体的除尘成本，在温度较低的情况下还需要空气的补温成本。但是，在本专利技术中，采用复相催化氧化技术对废气进行处理，在处理的过程中本身具有除尘和补温的作用，因此无需除尘成本和补温成本；其三，近年来的多次会议上提出，将实行挥发性有机废气VOCs排污收费制度，按照总VOCs排放量计算，本技术实现了挥发性有机废气VOCs的近零排放，因此可以减少排污收费费用。

4、可实现厂房内无尘化。发明技术中，采用复相催化氧化技术对挥发性有机废气进行处理，是利用喷淋林喷淋的形式将挥发性有机废气转移到水相中，进而将其氧化处理。在喷淋液吸收的过程中，会将废气中的灰尘同时吸收，因此在循环进入厂房的气体中不会有灰尘存在。由此反复，可逐渐实现工业厂房的无尘化，可显著提高喷涂、涂装等工序的操作质量；

5、减少了挥发性有机废气VOCs的无组织排放和厂内淤积。本发明专利中将工业厂房中的挥发性有机废气进行收集处理，解决了一部分现有企业将挥发性有机废气无组织排放的现状，也减少了挥发性有机废气厂内淤积的现象。因此，减少了废气对周围环境的危害，避免了周围人民群众受其损害投诉的情况，为企业的可持续发展具有显著的促进作用。同时，也降低了因有机废气淤积造成爆炸的风险，提高了作业人员的工作环境。

附图说明

图1为本发明所述的系统工艺流程示意图；

图2为中试实验装置示意图；

其中，1外壳包装箱，2集装箱，3风机，4废气处理集成系统，5回送风机，6工业厂房，7取样口一，8取样口二，9取样口三。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的一种工业厂房补温及无尘化与VOCs近零排放工艺，主要包括以下步骤：

（1）利用风机3收集工业厂房中的挥发性有机废气（VOCs），将废气进行收集；

（2）将步骤（1）中收集的废气输送到废气处理的集成系统4，进行挥发性有机废气VOCs的处理，具体为首先通过水或表面活性剂对废气进行喷淋吸收，再经过Fe-C材料进行吸附，最后通过Fe-C材料的催化和氧化剂进行催化氧化处理；氧化剂为过氧化氢或次氯酸钙或者二者的混合；经过步骤（2）处理的挥发性有机废气，最终转换为小分子的、无毒无害的CO₂和H₂O；

（3）将步骤（2）中处理后的气体，通过回送风机输入到厂房中，循环利用。

实施例2 中试实验

为了进一步验证专利技术的可行性，进行了中试实验，中试实验在南京格洛特环境工程股份有限公司的中试实验室内进行。

实验方案：

如图2所示，实验中，利用大小为1m*1m*1m的喷涂集装箱2模拟工厂厂房，集装箱2为塑料pp材质，集装箱2内利用泵和雾化装置将油漆雾化，形成大量的挥发性有机废气，在集装箱外面连接风机3，风机3出口与废气处理集成系统4相连，废气处理集成系统4的废气出口通过回送风机5与集装箱2相连。集装箱2外面由1.5m*1.5m*1.5m的外壳包装箱1包裹。装置具体详情如图2所示；

整套装置中，设置三个取样口，分别位于风机出口（取样口一7）、喷淋塔出口（取样口二8）、外壳包装箱顶部（取样口三9）。取样口一7取样测定的目的是确定产生挥发性有机废气的初始浓度；取样口二8取样测定的目的是确定废气处理之后挥发性有机废气的浓度，判断废气处理装置的处理效果；取样口三9取样测定的目的是确定喷涂集装箱向周围环境中排放挥发性有机废气的情况，评估装置运行后对大气环境的影响。

实验结果：

在整个装置运行一个小时后开始计时取样，每隔3个小时取样一次，在取样口处进行取样，对所取的气体进行测定分析。测定分析时采用气相色谱仪进行分析，分析指标有：苯与二甲苯合计总量、苯系物、总VOCs的含量。测定数据如表2所示。

表2 实验测定数据

到目前为止，国家还没有出台关于挥发性有机化合物的排放标准。在喷涂行业中，广东省政府制定了该行业的地方标准，《表面涂装（汽车制造业）挥发性有机化合物排放标准》（DB44/816-2010），此标准规定的挥发性有机化合物的排放标准限值如表3所示。

表3 排气筒排放限值

由表2和表3中的数据可以看出，在中试实验装置中，产生的挥发性有机物的浓度均超标约100倍左右，若直接排放，必会造成严重的环境污染，甚至造成人员的伤害。在经过挥发性废气复相催化氧化处理后，废气的浓度显著降低，均达到了排放标准规定的浓度值以下。其中，在装置运行1个小时后，苯的去除率达到了93.3%，对甲苯和二甲苯合计、苯系物、总VOCs的去除率达到了均达到了99%以上，并随着运行时间的增加，设备的稳定性越好，污染物的去除率也相应提高。在装置的运行过程中，对外壳包装箱中的气体也进行了取样测定，研究整个装置在运行中是否会对周围的空气造成污染，实验数据显示，取样口3处的气体中，挥发性有机废气的含量很小，对外界环境的苯、甲苯和二甲苯合计、苯系物、总VOCs向外界的排放率分别为0.83%、0.16%、0.10%和0.16%，实现了挥发性有机废气的超低排放。

实验结论：

由本次中试实验的装置运行及测定数据可以得出以下几个结论：

1、在表面喷涂行业，产生的挥发性有机废气VOCs含量很高，必须要经过处理才能排放，否则会对环境造成严重的环境污染；

2、有机废气通过复相催化氧化技术处理后，可以达到排放标准所要求的浓度限值，去除率可以达到90%以上，效果显著；

3、整个实验装置中，向外界环境中排放的挥发性有机废气的浓度极低，实现了挥发性有机废气的近零排放，显著降低了挥发性有机废气的排放总量。

此外，本实验装置还能逐渐实现工业厂房的无尘化，可以大大提高涂装的效果和品质，循环回来的空气也无需补温，节省了企业的生产成本。

因此，本发明专利工艺能够实现挥发性有机废气的近零排放，不仅能降低挥发性有机废气的浓度，也能减少挥发性有机废气的总量排放。而且在实现废气近零排放的同时，实现工业厂房的无尘化，并能降低企业的生产成本。由此说明，本发明专利工艺的创新性显著，为国内外首创。

Claims (8)

1.工业厂房补温及无尘化与VOCs近零排放工艺，其特征在于，主要包括以下步骤：

（1）利用气体收集系统收集工业厂房中的挥发性有机废气（VOCs），将废气进行收集；

（2）将步骤（1）中收集的废气输送到废气治理装置，进行挥发性有机废气VOCs的处理并同步除去废气中的尘；所述的废气治理装置为废气处理的集成系统，废气处理集成系统具体为首先通过液相吸收液对废气进行喷淋吸收，再经过固相吸附剂进行吸附，最后通过催化剂和氧化剂分别进行有机污染物催化氧化处理和固相吸附剂催化氧化再生的系统；

（3）将步骤（2）中处理后的气体代替厂房外部含尘、低温或高温空气，通过气体回用系统输入到厂房中循环利用。

2.根据权利要求1所述的工业厂房补温及无尘化与VOCs近零排放工艺，其特征在于，步骤（1）中的气体收集系统采用局部或全部微负压的收集方式。

3.根据权利要求2所述的工业厂房补温及无尘化与VOCs近零排放工艺，其特征在于，步骤（1）中的气体收集系统为吸风口或吸风罩、管线及风机，所述吸风口或吸风罩通过管线与风机相连。

4.根据权利要求1所述的工业厂房补温及无尘化与VOCs近零排放工艺，其特征在于，所述的吸收液针对不同的工业厂房产生的VOCs的特性进行选择，若VOCs中的成分均易溶于水中，则吸收剂选择水；若VOCs中的成分有不溶于水或者微溶于水，则吸收液为表面活性剂或者合成洗涤剂溶液。

5.根据权利要求4所述的工业厂房补温及无尘化与VOCs近零排放工艺，其特征在于，所述的表面活性剂为阴离子型表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂；所述的合成洗涤剂为洗衣液、洗衣粉、肥皂类、洗洁精、洗手液或洗发露。

6.根据权利要求5所述的工业厂房补温及无尘化与VOCs近零排放工艺，其特征在于，所述的阴离子型表面活性剂为硬脂酸或十二烷基苯磺酸钠；所述阳离子表面活性剂为季铵化物；所述两性离子型表面活性剂为卵磷脂、氨基酸型或甜菜碱型；所述非离子型表面活性剂为脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦或聚山梨酯。

7.根据权利要求1所述的工业厂房补温及无尘化与VOCs近零排放工艺，其特征在于，所述氧化剂为臭氧或过氧化氢或次氯酸钠或者三者的混合。

8.根据权利要求1所述的工业厂房补温及无尘化与VOCs近零排放工艺，其特征在于，步骤（3）中气体回送系统为回送风机、布风管及排风口或排风罩；所述回送风机通过布风管与排风口或排风罩相连。