基于冶金行业VOCs废气治理技术应用

田野 张晓琳 王志成 李井斌

摘 要：随着社会各领域对冶金产品需求量的持续增长，冶金行业的经营生产规模也不断扩大，而冶金生产过程产生的VOCs（挥发性有机物）废气量也越来越多，如果这些废气浓度严重超标，不仅污染自然生态环境，同时，也危及人民群众的身体健康。因此，本文将围绕冶金行业在治理VOCs废气时所遵循的基本原则，以及VOCs废气治理技术的实际应用效果予以阐述。

关键词：冶金行业;VOCs废气;治理技术;应用

冶金行业的生产规模不同，产生的VOCs废气量也存在较大差异，一旦这些废气排放到大气当中，将与大气中的气体成分發生化学反应，而产生有机气溶胶，这种挥发性有机物将直接造成大气污染，甚至给人民群众的身体健康带来诸多不利影响。因此，近年来，冶金行业在治理VOCs废气时，不断对现有治理技术进行创新改良，引入了纳米净化、微波催化氧化等新型技术，并收到了理想的治理效果。

1.冶金行业治理VOCs废气时遵循的基本原则

1.1 安全性原则

与其它气体不同，VOCs废气多数属于易燃易爆气体，比如甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷等，因此，对VOCs废气净化装置的安全性提出严格要求。技术人员在治理VOCs废气时，首先需要考虑的是制订针对性的关于VOCs混合气体爆炸性问题的处理方案，以防患于未然，在前期准备工作阶段，应当及时获取和收集大量的与VOCs废气相关的数据，并对净化装置以及周边环境进行深入细致调研，同时，需要了解和掌握每一种VOCs废气的物理与化学性质。比如以苯为例，这种挥发性气体的爆炸极限值介于1.5%～9.5%之间，如果低于爆炸下限，既不会燃烧也不会爆炸，如果高于爆炸上限，只能燃烧，却不会产生爆炸现象。这主要是由于苯与冷空气接触后，空气的冷却作用遏制了火焰的蔓延。而高于爆炸上限，则是由于空气量不足，火焰也不会蔓延。由此可见，只有熟练掌握VOCs废气的基本性质与反应原理，将会大幅减少安全事故的发生[1]。

1.2 经济性原则

由于冶金行业生产过程中产生的VOCs废气成分呈现出多样化特征，因此，在治理VOCs废气时，需要投入大量的治理成本，才能收到理想的效果。但是，如果将多数经费投入到治理工序当中，无疑会给企业的经济效益造成重创。为了降低VOCs废气的治理成本，冶金行业应当建立一个事前经济性评估体系，借助于大数据技术的分析、筛选与计算功能，得到最为优化的治理成本数据，进而促进企业经济效益的提升。另外，也可以运用新技术或者资源能源二次利用技术对废气进行无害化处理。比如近年来，冶金化工行业引进的H2S脱硫塔余热回收系统，该系统能够将生产过程中产生的有害烟气转化为二次能源，以供给加热炉足够的热量，相比于第一种方法，这种方法的应用效果更为明显。

2. VOCs废气治理技术在冶金行业生产过程中的实际应用

2.1 直接燃烧法

过去，冶金行业在治理VOCs废气时，常常直接燃烧的方法，即将生产过程中产生的VOCs废气导入燃烧炉当中，通过燃烧，来消除废气中的有害气体，燃烧过程将产生大量的二氧化碳气体与水，但是，如果气体燃烧不充分，VOCs废气反而会转化为一氧化碳、硫化氢等有毒有害气体，进而造成二次污染。因此，直接燃烧法需要借助于辅助性燃料，才能促使VOCs废气得到充分燃烧。由于这种方法经济性好，操作便捷，许多中小型冶金企业仍在沿用这种VOCs废气治理技术。

2.2 低温等离子治理技术

该技术主要利用除固、液、气三种常见物质形态以外的第四种物质形态，即带有中性离子与正负带电离子的准中性气体作为介质，对VOCs废气进行处理。准中性气体在低温作用下，能够电离出VOCs废气中的异味气体，进而将其转化无害气体化合物。相比于直接燃烧法，低温等离子治理技术具有处理装置简单、操作便捷、空间占用小、能耗低等优点，比如利用该技术处理VOCs废气，单位时间内的耗电量仅为0.003KW/m3。而低温等离子技术的缺点是在处理VOCs废气过程中，极易生成一些小分子化合物，而给自然生态环境带来二次污染[2]。

2.3 微波催化氧化技术

微波催化氧化技术的反应式为：CmHn+O2→CO2+H2O+Q，从反应式可以看出，有机污染物与氧气结合发生化学反应，生成无害、无污染的二氧化碳与水，进而达到净化VOCs废气的目的。利用微波催化氧化技术能够有效缩减VOCs废气的吸附时间，使工作效率得到大幅提升，而且处理成本较低，一般可以重复处理20次以上，也不会影响吸附能力。同时，该技术去除VOCs废气中有害成分的去除率高达95%以上，与直接燃烧技术相比，其优势显而易见。微波催化氧化技术与直接燃烧技术数据比对如表1所示。

2.4 纳米净化技术

与微波催化氧化技术类似，纳米材料净化技术也是近年来，冶金行业治理VOCs废气的一种新型技术，该技术应用超细的纳米材料，借助于这种材料的高强吸附力，在光照条件下，能够将VOCs废气中的有害物质转化为无污染、无公害的二氧化碳气体以及有机酸，可以说，这种纳米材料是VOCs废气治理过程中一种高效催化剂，能够加快VOCs废气的分解速度，甚至一些大分子粒径的有害物质也能够被同时分解。

比如TiO2属于纳米光净材料，在日光的照射下，材料本身并不会发生任何反应，但是，它可以起到催化剂的加快物质反应速度的作用。其治理VOCs废气的基本原理是，TiO2 材料内部的电子在太阳光或者紫外线的照射下被激发出来，产生电子—空穴对，进而形成电子（e-）和空穴（h+）两种载流体，这两种载流体快速迁移到材料表面，吸附材料表面的水分与氧气，而产生氧化能力强的自由氢氧基（·OH）和活性氧（O2 ）， 并与VOCs废气中的有害成分发生氧化反应，最终分解有害物质，达到净化的目的。但是，相比于前几种VOCs废气治理技术，纳米净化技术在废气处理后期，需要使用配套的活性炭再生系统，来处理多余的尾气，要想实现VOCs废气的达标排放，冶金企业需要投入巨大的成本。因此，这种方法在处理VOCs废气时，如果没有特殊要求，则很少应用于实际生产过程。

结束语：

为了积极响应国家关于“节能降耗、绿色环保”的号召，近年来，冶金生产企业着力从VOCs废气的产生源头抓起，在现有治理技术的基础，不断引进行一些先进的、成功的VOCs废气处理技术，在提升废气治理效果的同时，为企业的健康可持续发展注入了生机与活力。

参考文献：

[1]雷海森.冶金化工行业VOCs废气治理技术应用[J].中国金属通报，2020（9）：295-296.

[2]李庆辉.基于VOCs有机废气处理技术研究进展[J].建筑工程技术与设计，2020（22）：3524.

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