常见10类挥发性有机物VOCs基础知识学习
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2023-12-22 09:34
挥发性有机物，简称VOCs，是常温下，饱和蒸气压约大于70 Pa; 常压下，沸点在50 - 260 oC有机化合物;常见的有芳烃类、酯类、醇类、醛类、酮类、烷烃类等。这些物质有毒、有害、致癌；形成光化学烟雾和PM2.5。1. 烷烃烷烃是一种开链的饱和链烃，分子中的碳原子都以单键相连，其余的价键都与氢结合而成的化合物。通式为CnH2n+2，是最简单的一种有机化合物。烷烃的主要来源是石油和天然气，是重要的化工原料和能源物资。常用的汽油、柴油、液化气里面主要就是烷烃。常见烷烃有丙烷、正己烷、正庚烷等等，由于烷烃的C-H键特别稳定，因此是VOCs中最难催化的物质之一。2. 烯烃烯烃是指含有C=C键（碳-碳双键）（烯键）的碳氢化合物属于不饱和烃，分为链烯烃与环烯烃。按含双键的多少分别称单烯烃、二烯烃等。单链烯烃分子通式为CnH2n。双键中有一根属于能量较高的π键，不稳定，易断裂，因此容易发生氧化反应，是相对比较容易催化的物质。3. 芳烃芳香，通常指分子中含有苯环结构的碳氢化合物。是闭链类的一种。具有苯环基本结构，历史上早期发现的这类化合物多有芳香味道，所以称这些烃类物质为芳香烃，后来发现的不具有芳香味道的烃类也都统一沿用这种叫法。例如苯、二甲苯、萘等。苯的同系物的通式是CnH2n-6 (n≥6)。芳香烃的π 电子数为4n+2 (n为非负整数)。上图是苯和甲苯的分子结构，甲苯虽然只多了一个甲基，但是化学性质相差巨大。苯要比甲苯稳定的多，通常在催化燃烧处理是苯需要更高的反应温度，或性能更高的催化剂。4. 酯酯是指有机化学中醇与羧酸或无机含氧酸发生酯化反应生成的产物。广泛存在于自然界，例如乙酸乙酯存在于酒、食醋和某些水果中；乙酸异戊酯存在于香蕉、梨等水果中；苯甲酸甲酯存在于丁香油中；水杨酸甲酯存在于冬青油中。高级和中级脂肪酸的甘油酯是动植物油脂的主要成分，高级脂肪酸和高级醇形成的酯是蜡的主要成分。分子通式为R-COO-R'（R可以是烃基，也可以是氢原子，R'不能为氢原子，否则就是羧基）。酯是根据形成它的酸和醇（酚）来命名的，例如乙酸甲酯CH3COOCH3、乙酸乙酯CH3COOC2H5、乙酸苯酯CH3COOC6H5、苯甲酸甲酯C6H5COOCH3、乙酸丁酯CH3COOC4H9、丙烯酸辛酯CH2CHCOOC8H17等。 酯类有机物，由于化学性质比较特殊，在催化过程容易生产有机酸，贵金属催化剂通常对酯的活性比较较低。5. 醇醇是脂肪烃、脂环烃或芳香烃侧链中的氢原子被羟基（-OH）取代而成的化合物。如，甲醇（CH3OH）；乙醇（C2H5OH），俗称酒精；乙二醇（HOCH2CH2OH）。醇类物质比较容易催化。6. 酮酮是羰基与两个烃基相连的化合物。根据分子中烃基的不同，酮可分为脂肪酮、脂环酮、芳香酮、饱和酮和不饱和酮。芳香酮的羰基直接连在芳香环上；羰基嵌在环内的，称为环内酮，例如环己酮。按羰基数目又可分为一元酮、二元酮和多元酮。一元酮中，羰基连接的两个烃基相同的称单酮，例如丙酮（二甲基甲酮）。互不相同的为混酮，例如苯乙酮（苯基甲基甲酮）。酮分子间不能形成氢键，其沸点低于相应的醇，但羰基氧能和水分子形成氢键，所以低碳数酮（低级酮）溶于水。低级酮是液体，具有令人愉快的气味，高碳数酮（高级酮）是固体。酮的通式为R1─CO─R2。酮是相对比较容易催化燃烧的物质。7. 醛分子中含有-CHO(醛基)的化合物称为醛，通式为RCHO。R-可以不是烃基，比如羟基乙醛的R-是HOCH2-；R-也可以是烃基，比如烷基、烯基、芳香基或环烷基。依醛基的数目又可分为一元醛和多元醛。低级醛为液体，高级醛为固体，只有甲醛是气体。醛与酮非常类似，酮的两端是烷基，而醛的一段为H。醛的化学性质比较活性，比较容易催化。如甲醛在贵金属催化剂上可以常温下转化为二氧化碳和水。8. 含氮有机化合物将分子中含有碳-氮键的有机化合物称为含氮有机化合物，常见的有腈、酰胺、胺等，如乙腈；二甲基甲酰胺（DMF）；正丁胺等。由于含氮有机化合物中含有N元素，而N元素在催化燃烧过程容易转化为NOx。因此NOx需要进一步脱硝处理。开发能够控制N元素转化为N2的催化剂很有必要。9. 含硫有机化合物含硫有机化合物指含碳硫键的有机化合物，常见的有硫醇（C2H5SH、硫醚(CH3—S—CH3)。最大的特点是恶臭，奇臭无比。含硫有机化合物通过燃烧（催化燃烧）后会生成大量SOx，腐蚀性很强，需二次处理。含硫有机化合物对贵金属催化剂往往有影响，因此需要特别慎重。10. 含氯有机化合物含氯有机化合物指含碳氯键的有机化合物，常见的挥发性含氯有机物(CVOC)有，二氯甲烷、二氯乙烷、氯苯、三氯乙烯等。由于含氯有机化合物中含有Cl元素，而Cl元素在催化燃烧过程容易转化为HCl、Cl2等物质，腐蚀性很强，需二次处理。二氯甲烷、二氯乙烷等含氯有机化合物非常稳定，很难催化燃烧，而且对催化剂也有一定影响，很多涂装线的催化燃烧使用不成功，往往是涂料中含有含氯有机化合物有关。二、《工业废气治理技术方案》编制大纲一、概述说明项目来源，是新项目、现有设施改造，还是限期治理等；项目概况，所在地、所属行业、生产产品、规模等；项目需完成的主要工作目标、内容（废气源达标排放、回收产品综合利用）等。1、设计依据、原则和设计范围（1）设计依据有关设计标准和设计规范；项目主管部门有关批复文件；建设单位相关技术资料（可行性研究报告、环评报告、工艺规程、生产单元有关污染物产生量的原始记录、生产台帐等）；研究单位实验报告、中试报告；合同（2）设计原则符合国家法律法规、技术政策、环保管理要求、技术规范；全面反映研究实验的成果，并按工程要求进行必要的修改和完善，为施工图设计提供依据。应尽可能采取清洁生产措施，消除或减少源强。（3）项目适用的污染物排放标准 按项目所在地环境管理部门的规定，列表给出本项目完成后应达到的污染物排放标准。（4）设计范围经双方协商后，以委托书或合同的形式确定，并在本方案中明确。原则上应含本项目界区内所有设施。2、生产方法及流程特点 介绍产品的生产原理（有化学反应的应给出主要化学反应式）、工艺流程、产污环节、所用主要原辅材料单耗、废气产生时数、规律和方式等。3、污染源源强资料详细描述各污染源并编号，污染源编号应尽可能与项目环评报告书一致。应通过生产统计数据及实际检测、监测数据并辅以必要的物料衡算得到废气源源强（组分、产生速率、排气量），环评数据仅可供参考；为了说明污染物排放量和浓度的波动程度，应调查其产生方式（连续&间断）、产生时数及最大瞬时值；二、工艺技术方案1、处理工艺路线比选根据本项目污染源的有关污染物情况，简单论述常见处理方法，说明各处理方法的主要优缺点，从达标可靠性、次生污染物的可处理处置性、二次污染、投资、运行费用（需包括对次生污染物的处理处置费用）、占地面积、操作性、自动化程度等方面进行比选。对于选定工艺方案，应进一步详细阐述的技术原理，说明对各污染物特别是对污染源中各特征污染物的去除或降解率。如仅根据实验室实验结果，应给出有关实验的主要数据及说明，并在设计中考虑足够的工程裕量。2、处理工艺说明和工艺技术经济指标本节应包括以下内容：（1）处理工艺方框图如果有多个污染源、多套处理装置，应先给出收集系统图，再分别给出各套处理装置的工艺流程框图。处理系统图用以说明各废气源-处理设施-排气筒关系，表明各废气源污染物混合节点、处理装置的套数及名称。根据处理系统图，逐套给出各处理装置的工艺流程图。工艺流程图中应标明所有工艺单元、各工艺单元间的连接、各污染物的流向和最终去向、原辅材料的加入点等。（2）处理工艺过程说明 逐套以简练的语言说明各处理装置的工艺过程。（3）主要技术经济指标和主要工艺参数逐套给出各处理装置的主要技术经济指标和主要工艺参数，参见表1。（4）工艺单元预期处理效率逐套给出各处理装置的各污染因子的单元预期处理效率。其目的一是为了核算各污染物是否可通过工艺流程达到排放标准；二是为了核算各污染物最终排放总量。各污染因子的单元预期处理效率如是根据实验室实验或文献资料给出，应加以说明。（5）混合节点废气组分及浓度变化工业废气处理中有时会遇到合并的问题。含同种污染物的废气源合并，废气排气量增加，污染物的浓度等于各废气源的平均值，速率等于各废气源的加和；含不同种类污染物的废气源合并，废气排气量增加，各污染物的速率不变，但浓度降低；后者相当于稀释排放，为环境管理所不允许；如必须这样做，应在各废气源支管上设置采样孔。（6）生产组织和装置定员和人员培训计划单套、简单的废气处理装置等在有仪表控制的基础上，可以兼职值守。某些有一定安全风险的操作岗位（如高空、易燃易爆有毒有害、热分解装置等），应设双人上岗。3、原辅材料及动力单耗、年消耗量列表说明原辅材料的单耗（以kg/万m3给出）、日用量和年用量，均应以各原辅材料常用的形态和含量给出，特殊形态和含量应说明。4、公用工程与动力消耗公用工程指水、电、蒸汽、压缩空气、真空、各种惰性气体、高温热媒、冷媒等。一般由工厂的动力车间统一供应，设计时仅给出消耗量。三、主要设备与水工构筑物选型计算及管网计算逐套进行各处理装置的包括主要设备、辅助装置、水工构筑物在内的选型计算以及管网计算。给出主要设计参数、工艺参数计算过程、材质（根据介质理化性质和材料性能，通过《腐蚀数据手册》查得或实验得到）、型号、规格和数量。选型计算的顺序为：废气收集系统风量计算-主要设备选型计算-设备布置设计-绘制处理系统图-管网计算-风机选型计算主要设备包括废气收集设施（工艺设备的尾气排口、吸风罩等）、处理装置、风机（需在管网计算后选型）、排气筒等。辅助设施包括药剂配制、新产生的废弃物处置、压力、温度仪表、保温、噪声与振动控制、装置进出口处的采样口设置等。废气收集设施中，工艺设备的尾气参数（压力、风量）通常由该设备工艺条件所决定（如产生气态反应物时的排气、压力过程的泄压等）；无组织排放废气常通过设置各类密闭吸风罩或外部吸风罩进行收集，此时，其风量取决于密闭程度及吸风罩类型。选型计算结果是给出各类设备、设施的工艺及设备参数、指标。根据计算所得设计风量、设备选型计算结果，进行管网计算。根据管网计算结果，进行风机选型计算。根据上述计算结果，分别列出设备、构筑物一览表和管段表。四、仪表及自动控制 主要测量、控制仪表（如微压计、温度计、酸度计、液位计等）的选型依据与设计参数、数量。五、公用工程界区条件 描述本界区位置、物料输送、公用工程管线、道路、配电、上下水等以及与工厂本部的对接关系。六、土建及绿化描述厂房及辅助用房（办公室、更衣室、控制室、分析化验室、工具机修间、配电室、风机房、泵房等）的设计、结构、面积。界区道路、场地的设计、绿化设计等。七、环境保护及采样口设置核算废弃物的最终排放量包括各尾气中各类常规及特征因子的排放量等，各类废弃物最终排放量（排污总量）不得大于项目环境影响报告批复中下达的指标。描述项目完成后的环境效益（污染物的总量削减量、有毒有害物质的减排情况等、运行费用的降低情况等）。说明废气处理过程中产生的新污染物种类（废吸收液、废吸附剂、废滤袋等）、组分、浓度和产生量，提出处置途径。废气处理装置的进口、出口应根据规范设置采样口；如果多套废气处理装置共用排气筒，为防止稀释排放，需在各处理装置的尾气汇并支管上设置采样口。八、投资估算及资金筹措 设备、构筑物及建筑物的投资概算，应根据“设备一览表、构筑物和建筑物一览表”中的型号、规格、数量、市场报价和当地的相关费用收费标准进行计算，计算结果逐项列表与表9、表10中。在设备和水工构筑物选型计算完成后，即可通过询价从制造商处获取设备、器材、管道管件、电气仪表等等价格；非标准设备可在完成设备简图后，请制造商估价；水工构筑物按池体、构件、配件、附属设备、防腐处理等分别进行造价估算。池体造价通常根据砖壁、砼结构按每立方米池容积估价；构件、配件、附属设备等可按设计图纸或选型进行询价。
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