多元醇聚醚/脂肪醇混合型吸收劑對VOCs吸收的試驗研究

收稿日期：2023-11-18

作者簡介：查凝（1989—），女，江蘇蘇州人，工程師。研究方向：水工環。

摘要：減少揮發性有機物（VOCs）的排放是我國“十四五”時期環境治理領域的重要課題。現有的VOCs處理技術可分為冷凝回收、吸附吸收和分解三類，其中吸附吸收技術兼具較高的處理效率和較好的經濟性，是相對理想的VOCs處理手段。但是，現有的VOCs吸附吸收技術通用性差。試驗采用多元醇聚醚和脂肪醇組合作為吸收劑，經測試，“三聚甘油/四甘醇+三甘醇單甘醚/四甘醇二丁醚+十二醇”的組合對正己烷、二氯甲烷、甲苯、丙酮四種模擬VOCs具有98%以上的吸收率，在化工中試車間的工況測試中，“三聚甘油+四甘醇二丁醚+十二醇”的組合實現99%以上的VOCs吸收，處理后尾氣VOCs濃度不超過10 mg/m3。

關鍵詞：VOCs；吸附吸收；多元醇聚醚；脂肪醇；混合

中圖分類號：TQ028.17；X701 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）01-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.009

Experimental study on the absorption of VOCs by polyol polyether/fatty alcohol mixed absorbers

ZHA Ning

（The Fourth Geological Brigade of Jiangsu Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources， Suzhou 215129， China）

Abstract： Reducing the emissions of volatile organic compounds （VOCs） is an important issue in the field of environmental governance in China during the 14th Five-Year Plan period. The existing VOCs treatment technologies can be divided into three categories， namely condensation recovery， adsorption absorption， and decomposition， among them， adsorption absorption technology has high treatment efficiency and good economy， making it a relatively ideal VOCs treatment method. However， the existing VOCs adsorption absorption technologies have poor universality. The experiment uses a combination of polyol polyether and fatty alcohol as absorbers， after testing， the combination of “trimeric glycerol/tetraethylene glycol+triethylene glycol monoether/tetraethylene glycol dibutyl ether+dodecanol” has an absorption rate of over 98% for four simulated VOCs， namely n-hexane， dichloromethane， toluene， and acetone， in the working condition testing of the chemical pilot plant， the combination of “trimeric glycerol+tetraethylene glycol dibutyl ether+dodecanol” achieves over 99% VOCs absorption， and the concentration of VOCs in the treated exhaust gas does not exceed 10 mg/m3.

Keywords： VOCs; adsorption absorption; polyol polyether; fatty alcohols; mixture

揮發性有機物（VOCs）是指在常溫常壓下能揮發的烴類、醇類、胺類等有機化合物[1]。從來源來講，室內VOCs通常來源于裝飾裝修材料、清潔類產品或其他日常用品的使用和生產活動，而室外VOCs大部分來源于石化、制藥、噴漆等工業排放源以及機動車尾氣排放[2-3]。近年來，VOCs的危害性已引起社會各界的重視，多數VOCs易燃易爆，會威脅企業的生產安全，由于VOCs大多具有刺激性或毒性，部分已確認具有致癌致畸性，會威脅暴露和接觸人員的生命健康，另外，VOCs也是除細顆粒物之外導致霧霾天氣的元兇[4-5]。因此，VOCs的治理成為近幾年環境治理領域關注的熱點。

目前，VOCs處理的主流技術大致可分為冷凝回收、吸附吸收、分解（含燃燒和催化分解）三大類。其中，冷凝回收法經濟性較好，但對于高濃度的VOCs，該技術難以實現較高的脫除率，無法達到嚴格的排放標準。分解法目前是石化行業VOCs處理的主流技術，具有處理效率高的優勢，但其設備運行成本較高，限制其推廣。綜合比較，吸附吸收法因為其相對較高的處理效率和經濟性而成為目前使用較為廣泛的技術，然而該方法的難點在于選取合適的吸附吸收材料[6-7]。現有的吸附吸收技術對于非極性VOCs通用性較差、吸收效率不高，對極性VOCs則存在難以脫附回收的問題，易產生二次污染[8]。本研究根據相似相容的原理，選取市面上常用的多元醇聚醚和脂肪醇組合作為吸收劑，這類試劑在工況下揮發性較低，且相對安全和廉價。經合理配比組合，常見的極性和非極性的VOCs均實現成分廣譜和高效的吸收。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

三聚甘油、四甘醇、三甘醇單甘醚、四甘醇二丁醚、十二醇均為工業級，純度大于99%，采購后未進行進一步純化處理。

1.2 試驗設備

試驗設備有氣瓶、溫度計、恒溫油浴鍋、鼓泡吸收裝置和VOC檢測儀。

1.3 吸收劑制備

根據表1的體積比將原料混合，升溫至50 ℃，攪拌均勻，冷卻至室溫待用。

1.4 模擬吸收測試

分別用正己烷、二氯甲烷、甲苯和丙酮模擬常見VOCs，使用鼓泡吸收裝置測試吸收劑對上述VOCs的吸收效果。所有測試均在室溫（25 ℃）下進行，以空氣作為載氣，進氣量為250 mL/min±10 mL/min，測試環境的VOCs背景值為0.25 mg/m3±0.05 mg/m3，進氣口VOCs濃度保持在4 500 mg/m3±500 mg/m3，每種吸收劑的使用量均為1.0 L，測試過程中不進行添加和更換。使用VOCs檢測儀每隔0.5 h測定吸收裝置進氣口和出氣口的VOCs濃度，由于測試過程中進氣VOCs濃度遠大于VOCs背景濃度，可忽略背景VOCs的影響，并根據式（1）計算吸附劑對VOCs的吸收率。

（1）

式中：P為吸收率；ρ1為進氣濃度；ρ2為出氣濃度。

1.5 工況測試

選擇模擬吸收測試中表現較好的吸收劑進行工況測試，測試地點為張家港市某精細化工企業的中試車間，其主要VOCs種類為二氯甲烷、乙酸乙酯和乙腈。測試時將吸收劑作為噴淋吸收塔的吸收液，進氣流量為90～120 m3/h，進氣口VOCs濃度為1 000～

1 500 mg/m3，采樣讀數間隔為1 h。測試過程中，不再補充和更換吸收劑。

2 結果和討論

4種吸收劑對模擬VOCs的吸收效果如圖1所示，其中“◇”“□”“△”“×”分別代表1～

4號吸收劑。從模擬吸收試驗結果可以看出，測試開始時4種吸收劑對模擬VOCs的吸收率都超過99%，隨著測試的進行，吸收率略有下降，經過8 h的持續吸收后，4種吸收劑均保有98%以上的吸收率。從試驗結果可以看出，使用三聚甘油的吸收劑整體吸收效果略好于使用四甘醇的吸收劑，同時，吸收劑3對除甲苯外其他三種VOCs的吸收效果略好于其他三組吸收劑。綜合比較后，采用吸收劑3作為工況試驗的吸收劑。

吸收劑3在工況條件下對VOCs的吸收效果如

表2所示。從試驗結果可以看出，在進氣量較大的工況條件下，吸收劑對復合型VOCs具有良好的吸收效果，整個運行期間對VOCs的吸收率保持在99%以上，當進氣VOCs濃度在1 000～1 500 mg/m3時，VOCs的排放濃度不超過10 mg/m3，可以滿足較為嚴格的低排放要求。

3 結論

本研究使用多元醇聚醚和脂肪醇的組合物作為VOCs的吸收劑，測試“三聚甘油+三甘醇單甘醚+十二醇”“三聚甘油+四甘醇二丁醚+十二醇”“四甘醇+三甘醇單甘醚+十二醇”“四甘醇+四甘醇二丁醚+十二醇”四種組合的VOCs吸收效果。在

8 h的連續吸收試驗中，4種吸收劑對正丁烷、二氯甲烷、甲苯和丙酮均保持98%以上的吸收率。其中，“三聚甘油+四甘醇二丁醚+十二醇”的組合在工況條件下進行VOCs吸收測試，在8 h的連續吸收試驗中，該吸收劑對化工中試車間的VOCs吸收率在99%以上，吸收后尾氣VOCs濃度不超過10 mg/m3，達到良好的試驗效果。本研究使用的試劑均為化工市場的常見試劑，據測算，吸收劑整體的物料成本不超過

20 000元/t，具有較好的經濟性。

參考文獻

1 戚飛鴻.揮發性有機化合物（VOCs）治理技術研究[J].江蘇建材，2016（6）：66-68.

2 張文明.工業VOCs的危害及治理研究[J].皮革制作與環保科技，2023（19）：132-133.

3 曹文文，史建武，韓 斌，等.我國北方典型城市大氣中VOCs的組成及分布特征[J].中國環境科學，2012（2）：200-206.

4 薛浩博.VOCs處理技術應用分析及研究進展[J].安徽化工，2023（5）：17-21.

5 許天嘯，王 蕾.工業揮發性有機物VOCs污染處理技術初探[J].綠色科技，2016（18）：

74-78.

6 陳小燕.低溫柴油吸收+催化氧化技術在VOCs治理中的優化研究[J].石化技術，2023（7）：228-229.

7 王 威.化工行業VOCs廢氣治理措施分析[J].石化技術，2023（9）：10-12.

8 黨小慶，王 琪，曹 利，等.吸附法凈化工業VOCs的研究進展[J].環境工程學報，2021（11）：3479-3492.