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VOCs处理的创新方案

VOCs处理的创新方案:贺利氏推出紫外高级催化冷燃烧技术

2017-05-04 11:34:06 贺利氏

近年来,挥发性有机物(VOCs)污染问题越来越为中国政府、企业和社会各界所广泛关注。为此,作为全球领先的工业科技领导者,贺利氏特种光源有限公司充分综合催化燃烧、吸附技术和光解技术的特点,结合自身在紫外线技术、催化氧化技术、VOCs废气处理技术上的优势和经验,在中国市场首次推出了创新的紫外高级催化冷燃烧技术(Ultraviolet Catalytic Oxidation,UCO),为中低浓度VOCs的处理提供了有效的处理方案。

                                     

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VOCs的治理迫在眉睫

随着国家“十三五规划”中重点提到了对VOCs监测与防治的要求,多个地方政府也陆续出台了VOCs排污收费标准,这使得VOCs的治理已经迫在眉睫。针对VOCs问题的处理工艺也不断地得到更新,包括高温燃烧(RTO)、催化燃烧(RCO)、吸附法、光解法、生物法等多种VOCs处理技术已经被广泛应用于不同行业与污染状况的VOCs污染处理工程中。

根据VOCs污染物的浓度不同,每种VOCs处理工艺的适用范围也是不同的。简单的归纳总结可以认为,在高浓度VOCs(800mg/m3以上)污染状况下,高温燃烧(RTO)和催化燃烧(RCO)具有较大的应用优势;而在低浓度VOCs(100mg/m3以下)污染状况下,以光解法和吸附法为代表的技术则具有更大的应用可能。然而现有的VOCs污染治理及相关主流技术在应用中仍然存在着很多难以解决的困境,从而影响了我国VOCs污染治理的推进进程。

现有VOCs处理面临的困境

(1)中等浓度(100mg/m3-800mg/m3以上)的VOCs处理缺乏针对性的技术,大量使用的组合工艺设计难度较高,设计工作量大。

(2)RTO和RCO技术在中低浓度中应用的运行成本较高,RCO虽然可以通过催化剂一定程度降低运行成本,然而RCO工艺中的催化剂应用对于VOCs废气成分要求较为严格,应用范围受到了很大的限制。

(3)活性炭吸附工艺会产生大量的危险废物,带来大量的二次污染。普通的活性炭吸附脱附技术存在脱附不完全、脱附气体再处理上存在困境。

(4)以光解技术为代表的新型处理技术虽然具有运行成本低、无二次污染等优点,然而对中浓度VOCs处理也存在着处理效率受限、性价比降低等缺点。

因此,如何有效地实现多种工艺的组合,降低组合工艺的设计门槛,针对中低浓度VOCs的处理,寻找有效的处理工艺已经迫在眉睫。

德国贺利氏特种光源有限公司充分综合催化燃烧、吸附技术和光解技术的特点,结合自身在紫外线技术、催化氧化技术、VOCs废气处理技术上的优势和经验,创新性研发了紫外高级催化冷燃烧技术(Ultraviolet Catalytic Oxidation,UCO),为中低浓度VOCs的处理提供了有效的处理方案。

贺利氏紫外高级催化冷燃烧技术(UCO)

什么是UCO?

UCO是通过紫外光解技术、吸附氧化技术和催化氧化技术的有效结合,针对中低浓度、非24小时生产的工况研发的一项VOCs处理技术。UCO技术对VOCs的处理分为以下两个步骤:

(1)VOCs催化降解VOCs过程

在工业生产产生VOCs污染的过程中,UCO中的紫外光解和催化氧化吸附部分,实现VOCs的有效拦截与去除;

(2)光催化氧化再生过程

在非生产时间中,紫外线通过其光解作用,配合特有的催化剂,实现催化氧化吸附材料的再生,将拦截下来的VOCs分解成CO2、H2O。

UCO催化氧化原理

紫外线氧化降解污染物通常是指污染物在紫外线的激发作用下,污染物的原子结构发生变化,在氧化剂的作用下,逐步被氧化成低分子中间产物,有机污染物最终生成CO2、H2O。

UCO催化氧化原理图

紫外线光子能量与不同化学分子键能对比

由于短波长紫外线光子能量高于大多数污染物质分子内部化学键的键能,所以可以通过紫外线光子对分子化学键的作用直接使其断裂,从而达到分解的目的。此外,基于同样的原理,185nm的紫外线还可以将空气中的氧气和水蒸气转化成原子氧和活性羟基(HO• ),这两种产物同样可以与污染物质分子产生化学反应,起到分解降低废气污染物浓度的作用。如果选用合适的催化剂配方,上述光化学反应的速率可以得到大幅提升。其基本反应原理可以用下面的反应式描述:

光化学氧化反应机理:

光催化氧化反应机理:

UCO系统实物图

UCO技术工艺

针对非连续工作、中低VOCs浓度的生产企业,贺利氏提出了UCO系统解决方案。在工业设备进行生产时UCO系统对生产产生的VOCs进行光解和吸附,有效降低VOCs的浓度;在工业生产停止之后,整个UCO系统的会通过持续不断的冷催化脱附技术对吸附系统进行还原再生,保证整个系统的长期有效运行。

工业生产进行时UCO系统运行流程图

工业生产停止时UCO系统运行流程图

贺利氏UCO设备的技术优势

(1)光子、臭氧、羟基自由基协同作用降解VOCs

目前,现有国内光解VOCs设备由于紫外灯管的技术缺陷,所发射出的185nm的紫外线能量较低,无法有效地利用紫外线光子氧化作用,而仅仅是利用臭氧、羟基自由基的氧化作用来实现VOCs的降解,臭氧、羟基自由基的氧化作用相对光子氧化能力较弱,键能较大、结构较为复杂的异味化合物难被分解。

光子可以将非极性VOCs转换成极性分析,极大提高催化吸附材料对VOCs的拦截,同时贺利氏光解VOCs技术有别于市场大量使用的臭氧氧化分解的技术,根据贺利氏优秀的紫外线技术,保证185nm的紫外线能量较强,可以很好地通过光子的氧化作用使得分子化学键直接断裂,之后配以紫外轰击氧气形成的臭氧、羟基自由基的协调作用,实现全范围VOCs的有效降解,有效的实现催化吸附材料的再生。

(2)优秀的紫外模块设计

贺利氏UCO装置经过严格的空气动力学模拟和测试,可以确保装置运行过程中气体阻力和氧化处理效果达到最佳的平衡;同时,模块设计的人性化保证设备维护的人力成本和时间成本降到了最低,不影响企业正常生产。

(3)严谨的方案设计依据

由于每一个企业的废气中VOCs的污染物成分、浓度、去除率均不同,必须针对每一个企业的VOCs性状做专一性的处理设备的设计。因此,贺利氏通过德国及中国相关研究人员经过长时间多次的实验室内小试和中试实验,取得了大量真实有效的针对几十种具体的VOCs物质实验数据,建立数据作为每一次处理设备的设计依据,使得贺利氏UCO设备做到有的放矢,每一个方案都是最具有性价比的方案,保证了每一个VOCs降解工程的成功率。

(4)安全性能高

紫外高级催化冷燃烧不适用高温燃烧工艺,安全性能保障性高,同时无需额外添加辅助燃料不产生二次污染。

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