VOCS废气处理方法中的冷凝法详解

冷凝法是用来分离气体中可以冷凝的组分，目前主要用于回收废气中有价值的 溶剂，而不是单独通过冷凝法来达到废气排放的限值。若要通过冷凝法来净化有机 废气并达到符合规定的限值，则要求冷却温度很低。例如：甲醇需要小于一80℃, 而二氯甲烷则要求小于一100℃,这样操作费也就太高，极不经济。因此，在有机 废气净化中，冷凝法主要是回收溶剂，并作为废气净化的一道预处理工序。

从蒸气状态转变为液体状态的过程称为冷凝。冷凝法的原理是：根据物质在不 同温度下具有不同饱和蒸气压的性质，借降温或升压，使废气中有机组分的分压等 于该温度下的饱和蒸气压，则有机组分冷凝成液体而从气相中分离出来。通常的说 法是：在一定压力下，当气体的温度达到露点以下时，即冷凝成液体。冷凝法的效 果主要取决于VOC的蒸气压与温度的关系。在一定压力下，各种有机物的蒸气/ 冷凝液的平衡随温度的变化关系如图2.7所示由图可知，如果在水的冰点以 上的温度下进行冷凝，则借冷凝法来净化有机废气实际上达不到规定的排放限值 （图中限值是按德国TA-Luft法规分类标出）。对于某些高沸点有机物是容易冷凝 而被分离，并可使其达到排放要求，但有时生成的冷凝物非常黏稠，很难从冷凝器 中排出。

通过提高压力可以明显地改善冷凝效果。因为蒸气的饱和蒸气压仅与温度有 关，当总压提高时不会升高。例如将冷凝器前的废气总压提高一倍，之后又膨胀到 原来的压力，那么在同样冷凝温度情况下，蒸气分压经膨胀后只有未加压前的~ 半。蒸汽残留量甚至小于一半，因为冷凝增加后的气体总体积也大大减小。

在实际应用中，经常碰到的是多组分蒸气混合物，若已知单组分的饱和蒸气压 曲线，则可按拉乌尔定律大致地估算混合物的总蒸气压，并求得相应必需的冷凝 温度。

有机废气净化的冷凝法一般划分为三个温度范围和三种不同类型的冷却剂或冷 冻剂：

① 2（rc——冷却水、冷冻水（有时也可用空气冷却）；

② <~50°C——冷冻盐水；

③ <-120°C-^液氮。

冷凝法对高沸点VOC的净化效果较好，而对低沸点的则较差，一般都是部分 冷凝。如果废气中溶剂的含量低于10g/Nm3,为达到排放标准而用冷凝法净化 VOC废气，通常温度要求达到一40C以下。一般冷凝法处理有机废气的流量和 VOC含量范围是：流量小于3000Nm3/h,废气中VOC约占

0.5%-10% 

原图中乙醇和异丙醇图标相同，两条曲线几乎完全重叠

冷凝法所用的设备主要是冷凝器。冷凝器形式分直接接触式冷凝器和表面换热 式冷凝器，即直接冷凝和间接冷凝。在直接接触式情况下，废气中的VOC蒸气与 冷的液体直接接触而冷凝。所用的冷凝器如同上节所述的吸收设备一样，大多采用 喷洒塔，文丘里洗涤器或填料塔。直接接触式大多用水来冷却废气，虽然设备简 单，投资少，但会造成二次污染，即废气净化问题转变为废水处理问题。表面换热 式冷凝器主要有管束式换热器和翅片式换热器，后者是用空气作为冷却介质，即空 冷器°直接冷凝法和间接冷凝法净化VOC废气的装置流程，如图2. 8所示。

原则上只有当废气处理量较小而可冷凝物质的浓度相对较高时，才可用冷凝 法。如果用水或空气作为冷却剂，一般是不能达到排放标准的，必须作进一步净 化；而在废气处理量

大、浓度低的有机废气净化情况下，通常冷凝法与其他方法 （如吸附、燃烧氧化）联合使用，冷凝法仅作为净化过程前的预处理工序，借以降 低后续气体净化装置的投资和操作费用。有机蒸气的低温冷凝法，例如在某些化工 和医药工业中对小气量、高浓度的有机废气进行处理时，用液氮作为冷剂，温度在 —100C、甚至更低的条件下进行冷凝净化，既回收了溶剂，又可使排放气符合法 规要求，但先决条件是：生产过程本来要用液氮。这里一个例子是用于柔软剂生产 时氯代甲烷排放气的回收和净化，如图2. 9所示。

因为反应需要过量的氯代甲烷溶剂，所以未反应的氯代甲烷蒸气经减压后从反 应釜排出（还含有少量的各种醇类和少量惰性气体N2）,并送至深冷冷凝器中 冷凝回收，回收的氯代甲烷溶剂又返回到反应釜中。常压下氯代甲烷的沸点为 

—23.7°C,冰点为一98"C；以及根据氯代甲烷的饱和蒸气压与温度关系曲线(例 如

：当温度为一50笆时，氯代甲烷的饱和浓度约为1000g/m3；而当温度为一150笆 时，则为0.001g/m3),为确保冷凝器的正常操作，既能有高的回收率又可使排放 的废气符合法规，而且液氮用量最少，采用三级冷凝方案：从循环冷却器出来的氮 气用于第一级预冷凝器，使一部分氯代甲烷液化，从而减少了液氮消耗；第二级冷 凝器是主冷凝器，大部分氯代甲烷在此冷凝，温度约为一ioo°c；第三级冷凝器是 控制废气排放达标，温度约为一165°C；因为大部分溶剂已回收，所以不会结冰、 堵塞。冷凝产物氯代甲烷的贮罐是用液氮保冷的容器，使其处于沸点以下并不再蒸 发。该装置是Degussa在西班牙的子公司所设计制造的，据称氯代甲烷的回收量为 800kg/h,回收率大于99%,排放净化气中含有机残留物小于100g/h。

必须指出的是：有机废气在低温下冷凝，其中所含的水分、C（）2和其他组分 会冻结，从而导致装置部分的堵塞和影响传热效果，因此必须用加热方法定期清 除。此外，当用冷凝法回收溶剂时，有机组分的浓度常处于爆炸浓度范围之内，因 此对装置安全等级的要求极高。