摘要:通過一個工程實例介紹了(le)催化燃燒技術(shu)在小風(feng)量高濃度VOCs廢氣治(zhi)理方面的有效應(ying)用，并說明(ming)其特(te)點以及(ji)注意事(shi)項(xiang)。

關鍵詞:催化燃燒,VOCs,廢氣治理(li),蜂(feng)窩(wo)狀(zhuang)催化劑(ji)

1 概述

VOCs（Volatile Organic Compounds）是指沸點在(zai)50℃～260℃，室溫下飽(bao)和蒸氣壓超過133.3Pa的易揮發(fa)性有機(ji)化合物[1]。主要來自涂裝、印(yin)刷、家電、電線(xian)電機(ji)制(zhi)造(zao)、絕緣材料、造(zao)漆等行業在(zai)生產(chan)過程中(zhong)排放的污(wu)染物。其廢氣凈化處理已愈來愈引起人們的重(zhong)視。

VOCs廢(fei)氣的排(pai)放隨生產行業(ye)、工業(ye)條件的不(bu)(bu)同，其組成(cheng)、濃度也各不(bu)(bu)相同，因(yin)此對(dui)其治理技(ji)(ji)術(shu)的選用取(qu)決于(yu)各行業(ye)有(you)機污染物的性質、濃度、凈化要求(qiu)及經濟(ji)性等因(yin)素。對(dui)VOCs廢(fei)氣的常規處理方法(fa)(fa)有(you)吸(xi)收法(fa)(fa)、吸(xi)附法(fa)(fa)、膜分離法(fa)(fa)、冷(leng)凝法(fa)(fa)、燃(ran)(ran)燒法(fa)(fa)、生物法(fa)(fa)、脈沖電暈法(fa)(fa)和高(gao)級氧(yang)化法(fa)(fa)等[2]。而對(dui)于(yu)小風量（＜5000m3/h）、高(gao)濃度（2000～8000mg/m3）且(qie)排(pai)放穩(wen)定(ding)的有(you)機廢(fei)氣來說，目前最(zui)成(cheng)熟、最(zui)徹底的治理技(ji)(ji)術(shu)是直接(jie)燃(ran)(ran)燒法(fa)(fa)和催化燃(ran)(ran)燒法(fa)(fa)。

直(zhi)接(jie)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)法(fa)亦稱為熱力(li)氧化法(fa)或(huo)熱力(li)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)法(fa)，是(shi)利用石油氣或(huo)柴油等輔助燃(ran)(ran)(ran)(ran)料燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)放出的熱量，使有機廢氣在(zai)500℃～800℃和停留時(shi)間為0.3～0.5s的條件下直(zhi)接(jie)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)而(er)轉變為無害的H2O和CO2。但因(yin)采用該方(fang)法(fa)的起燃(ran)(ran)(ran)(ran)溫度(du)高，對設備材質要求(qiu)也相對較高，而(er)且需(xu)要添(tian)加輔助燃(ran)(ran)(ran)(ran)料加熱，能耗大、運行費用高，因(yin)此在(zai)實際應用中受到限制。

催化(hua)(hua)燃燒法是目前(qian)世(shi)界上(shang)有機廢氣(qi)(qi)處理技術研究領域中最(zui)為活(huo)躍的一(yi)個(ge)方法[2]，其工作原理是在(zai)鉑（Pt）、鈀（Pd）等(deng)貴金屬催化(hua)(hua)劑的作用下，使(shi)廢氣(qi)(qi)中的有機污染(ran)物(wu)在(zai)較低的溫(wen)度下（通常為220℃～300℃）和較短的反應(ying)(ying)時間(jian)內（0.05～0.2s）轉化(hua)(hua)成無(wu)害(hai)的H2O和CO2氣(qi)(qi)體。其反應(ying)(ying)方程(cheng)式如下：

與直接(jie)燃燒(shao)法(fa)相比，催化燃燒(shao)法(fa)由(you)于溫度降(jiang)低(di)，允(yun)許使用(yong)標準材料(liao)（如Q235-A）來代替昂貴(gui)的(de)特殊材料(liao)，因此可大大降(jiang)低(di)設備費用(yong)，同時由(you)于起燃溫度降(jiang)低(di)，可節約(yue)預熱(re)能(neng)量，減(jian)少運行操(cao)作(zuo)費用(yong)。

2 催化燃燒廢氣治理技術

催化燃燒廢氣治理系統主(zhu)要由阻火(huo)器(qi)、熱(re)交換器(qi)、加熱(re)室、催化床(chuang)、引風機、電(dian)控(kong)柜及安(an)全報(bao)警(jing)裝置等組成。

以(yi)廣東某烘(hong)漆廢氣治理(li)工(gong)程為(wei)例(li)：

廣(guang)東某(mou)精密制(zhi)造(zao)有(you)限公(gong)司是一家中日合(he)資大型企業，專業生產空(kong)(kong)調、電(dian)冰箱使用的制(zhi)冷壓(ya)縮機(ji)。在加工(gong)(gong)過程中，外殼(ke)等部件經(jing)電(dian)泳浸漆后(hou)入烘房(fang)烘干，烘房(fang)在工(gong)(gong)作時(shi)溶劑蒸氣(qi)(qi)(qi)不(bu)斷揮發，為保證其溶劑蒸氣(qi)(qi)(qi)濃(nong)度處(chu)在安全(quan)范圍(wei)內，必須(xu)(xu)進行排風，并補充(chong)部分(fen)新鮮空(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)，排出的廢氣(qi)(qi)(qi)中含(han)有(you)濃(nong)度高(gao)的有(you)機(ji)溶劑，通(tong)常(chang)為苯(ben)(ben)、甲苯(ben)(ben)、二(er)甲苯(ben)(ben)等有(you)害物質，因而(er)必須(xu)(xu)經(jing)處(chu)理(li)后(hou)方可(ke)排入大氣(qi)(qi)(qi)。該企業的廢氣(qi)(qi)(qi)排放量為3000m3/h，入口廢氣(qi)(qi)(qi)濃(nong)度為3000～4000mg/m3。采用催化燃燒凈(jing)化工(gong)(gong)藝處(chu)理(li)，可(ke)取得(de)顯著效(xiao)果。

廢氣治(zhi)理工藝流程如下圖所示。

工(gong)作(zuo)(zuo)原理：系統(tong)(tong)正常(chang)工(gong)作(zuo)(zuo)后，溫(wen)度(du)約為50℃的(de)噴漆廢氣(qi)(qi)經阻火器進(jin)(jin)(jin)入(ru)催化(hua)(hua)凈化(hua)(hua)裝置，在(zai)(zai)板(ban)式(shi)(shi)熱(re)交(jiao)換(huan)器內(nei)與(yu)(yu)高(gao)溫(wen)尾(wei)(wei)(wei)氣(qi)(qi)進(jin)(jin)(jin)行熱(re)量(liang)(liang)交(jiao)換(huan)，經預熱(re)的(de)廢氣(qi)(qi)進(jin)(jin)(jin)入(ru)加(jia)熱(re)室（內(nei)設(she)有電加(jia)熱(re)管）進(jin)(jin)(jin)一步(bu)升溫(wen)至250℃左右，達(da)到起燃溫(wen)度(du)的(de)廢氣(qi)(qi)繼續進(jin)(jin)(jin)入(ru)催化(hua)(hua)床內(nei)，在(zai)(zai)貴金屬Pt、Pd催化(hua)(hua)劑的(de)作(zuo)(zuo)用下，使(shi)有機溶劑完全氧化(hua)(hua)分(fen)解為H2O和CO2，并釋放(fang)出大量(liang)(liang)反應熱(re)，可維持催化(hua)(hua)燃燒所(suo)需的(de)起燃溫(wen)度(du)，達(da)到熱(re)平衡。所(suo)排(pai)放(fang)的(de)高(gao)溫(wen)尾(wei)(wei)(wei)氣(qi)(qi)可達(da)300℃以(yi)上，通過板(ban)式(shi)(shi)熱(re)交(jiao)換(huan)器將高(gao)溫(wen)尾(wei)(wei)(wei)氣(qi)(qi)與(yu)(yu)進(jin)(jin)(jin)口低溫(wen)廢氣(qi)(qi)進(jin)(jin)(jin)行熱(re)量(liang)(liang)交(jiao)換(huan)，部分(fen)熱(re)量(liang)(liang)得以(yi)回(hui)收，減少了預熱(re)能耗。經回(hui)收部分(fen)熱(re)量(liang)(liang)的(de)高(gao)溫(wen)尾(wei)(wei)(wei)氣(qi)(qi)在(zai)(zai)引風機抽力(li)的(de)作(zuo)(zuo)用下通過排(pai)氣(qi)(qi)筒達(da)標排(pai)放(fang)。系統(tong)(tong)達(da)到熱(re)平衡后自(zi)動關閉電加(jia)熱(re)裝置，此后，催化(hua)(hua)燃燒系統(tong)(tong)就靠廢氣(qi)(qi)中的(de)有機溶劑燃燒時(shi)產生的(de)熱(re)能，在(zai)(zai)無須(xu)外加(jia)能源的(de)基礎(chu)上使(shi)催化(hua)(hua)燃燒繼續進(jin)(jin)(jin)行直至結束。

考慮到凈化裝置(zhi)需要維修(xiu)，在過(guo)濾阻火器前設置(zhi)旁路(lu)管(guan)和旁路(lu)閥。主要設備配置(zhi)如下：

（1）催化凈化裝置

型號：HC-Ⅲ，1臺(tai)；風量：3000m3/h；功率(lv)：72kW；外(wai)形尺(chi)寸：1160×1410×2300（mm）。

（2）引風機

型號：YX9-35NO6.3C，1臺；風量(liang)：6984m3/h； 全壓：188mmH2O；功(gong)率：7.5kW。

（3）自控系統

外(wai)形尺(chi)寸：460×800×1800（mm），1套；具有超溫報警(jing)功能。

3 運行情況

該系(xi)統自投產(chan)使(shi)用以(yi)來，運行安(an)全可靠，性能穩(wen)定(ding)，難(nan)聞氣味得到了有效(xiao)(xiao)去(qu)除(chu)，凈化效(xiao)(xiao)率在98%以(yi)上。其溫度控(kong)制方面(mian)情況如下：

（1）當加熱(re)室溫度＜246℃時，兩組電加熱(re)管(guan)同時工作；

（2）當(dang)加(jia)熱室溫(wen)度在246℃～251℃時，只有(you)一組加(jia)熱管工作；

（3）當加(jia)熱室溫(wen)度＞251℃時(shi)，兩組電加(jia)熱管同(tong)時(shi)停止加(jia)熱，同(tong)時(shi)引風機(ji)自動投入運行(xing)；

（4）催(cui)化(hua)床反應溫(wen)度控制在300℃左右；

（5）當催化床溫度＞350℃時(shi)，設備會自動聲(sheng)光同(tong)時(shi)報(bao)警(jing)。

4 工藝特點和優點

（1）催化(hua)凈(jing)化(hua)裝置為整(zheng)體結構(gou)，主要由板式熱(re)交(jiao)換器、加熱(re)室(shi)(shi)和催化(hua)床(chuang)三部分組(zu)成，另附有兩個熱(re)電偶，分別用(yong)來測(ce)量加熱(re)室(shi)(shi)溫(wen)度和催化(hua)床(chuang)溫(wen)度。

（2）為了充分(fen)利(li)用(yong)催化燃燒(shao)過(guo)程中產(chan)生的大量(liang)熱(re)量(liang)，在裝置中設置了板式換熱(re)器(qi)，并將其熱(re)量(liang)用(yong)于加熱(re)進入催化床(chuang)的有機廢氣，以(yi)減少能(neng)耗。

（3）在(zai)有機廢氣進入催化(hua)(hua)凈(jing)化(hua)(hua)裝置前，加裝旁路管和旁路閥。在(zai)凈(jing)化(hua)(hua)設備(bei)正常運(yun)行時，該旁路閥處(chu)于關(guan)閉狀態；當凈(jing)化(hua)(hua)設備(bei)需要維修(xiu)時，該閥開啟，不會因凈(jing)化(hua)(hua)裝置故障而(er)影響車間的正常生產。

（4）采(cai)用優質金屬Pt、Pd鍍(du)在蜂(feng)窩陶(tao)瓷(ci)載體(ti)(ti)上作催(cui)化(hua)劑，氣(qi)體(ti)(ti)流動阻力小、反應(ying)起始溫(wen)(wen)度低、催(cui)化(hua)劑活性(xing)高、空(kong)(kong)速適(shi)應(ying)范(fan)圍(wei)寬。當烴類等有機物濃度在2000～8000mg/m3范(fan)圍(wei)內，空(kong)(kong)速10,000～30,000h-1、反應(ying)氣(qi)入口溫(wen)(wen)度180℃～300℃的條件下，凈(jing)化(hua)效(xiao)率≥98%。耐(nai)熱性(xing)能(neng)好，可耐(nai)受(shou)900℃高溫(wen)(wen)的短時期沖(chong)擊(ji)。使(shi)用壽命長，一般不少(shao)于7200h。

（5）起(qi)(qi)燃(ran)(ran)溫(wen)度(du)(du)低。有(you)機廢氣(qi)在(zai)(zai)通過催化(hua)床時，碳氫分子(zi)和氧(yang)分子(zi)分別被吸附在(zai)(zai)催化(hua)劑表(biao)面并(bing)被活化(hua)，因(yin)而能在(zai)(zai)較低溫(wen)度(du)(du)下迅速完(wan)全(quan)氧(yang)化(hua)分解成H2O和CO2，且在(zai)(zai)達到起(qi)(qi)燃(ran)(ran)溫(wen)度(du)(du)后，在(zai)(zai)無需外(wai)界供熱的條件下，裝(zhuang)置僅(jin)靠廢氣(qi)中有(you)機溶(rong)劑燃(ran)(ran)燒(shao)時產生(sheng)的熱能，即(ji)可維持催化(hua)燃(ran)(ran)燒(shao)所(suo)需的溫(wen)度(du)(du)。與直接燃(ran)(ran)燒(shao)法相(xiang)比，其起(qi)(qi)燃(ran)(ran)溫(wen)度(du)(du)約(yue)低一(yi)半，因(yin)而能耗少(shao)得多(duo)。

（6）預熱15～35min全功(gong)率加(jia)熱，工作時(shi)只消(xiao)耗風機功(gong)率即可。廢(fei)氣濃度較低時(shi)，自動(dong)間歇補(bu)償加(jia)熱。

（7）安全(quan)設施完備(bei)：有阻火器、泄壓(ya)孔(kong)，超溫報(bao)警等保護設施。

（8）不會造成二次污(wu)染。由于凈化率一(yi)般都在98%以上，加之溫度低，能大(da)大(da)減少NOx生成[3]。

5 注意事項

（1）選(xuan)用蜂(feng)窩狀催化(hua)劑

催(cui)化(hua)劑有顆粒狀和蜂窩狀。顆粒狀催(cui)化(hua)劑壓(ya)降(jiang)(jiang)大，而且(qie)因(yin)與(yu)載體(ti)間相(xiang)互(hu)摩擦，會造成活性組分磨耗損(sun)失，因(yin)此建議(yi)不采用。蜂窩狀催(cui)化(hua)劑是比較理想的催(cui)化(hua)劑，其具有較高的比表面，壓(ya)降(jiang)(jiang)小，機械(xie)強度高，耐磨、耐熱沖(chong)擊。

（2）防止催化(hua)劑中(zhong)毒(du)

催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)中毒是指(zhi)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)由(you)(you)于(yu)某(mou)些物質的作(zuo)用而使催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)活(huo)(huo)性(xing)(xing)衰退或(huo)(huo)喪失的現(xian)象，可(ke)分為暫時(shi)性(xing)(xing)中毒和永(yong)久(jiu)性(xing)(xing)中毒[4]。如果遇(yu)到由(you)(you)于(yu)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)床溫(wen)度(du)過低，或(huo)(huo)廢氣(qi)中可(ke)燃物濃(nong)度(du)過高，或(huo)(huo)突然停電(dian)等原(yuan)因造(zao)成催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)表面結炭(tan)會引起暫時(shi)性(xing)(xing)中毒，可(ke)在再次開(kai)機時(shi)將催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)床前的預(yu)熱溫(wen)度(du)提升到500℃左右(you)并通新(xin)鮮(xian)空(kong)氣(qi)1～2h，即可(ke)恢復(fu)或(huo)(huo)部分恢復(fu)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)活(huo)(huo)性(xing)(xing)。但某(mou)些化(hua)(hua)(hua)學物質（如含S、Pb等有機或(huo)(huo)無機物）對催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)的破壞作(zuo)用很強，會導(dao)致(zhi)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)的永(yong)久(jiu)性(xing)(xing)失活(huo)(huo)，無法恢復(fu)，因而需要特別注意(yi)。

（3）設置補鮮風閥

在催(cui)(cui)化(hua)(hua)凈(jing)化(hua)(hua)裝置前要設(she)置補(bu)(bu)鮮(xian)風(feng)閥，當催(cui)(cui)化(hua)(hua)床溫度高于某一(yi)設(she)定值時，打(da)開此閥，補(bu)(bu)充冷空氣(qi)，將催(cui)(cui)化(hua)(hua)床溫度控(kong)制在一(yi)定范圍內，可延長設(she)備和催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑的使用壽命。

6 結論

（1）實踐證明，采用催(cui)化燃(ran)燒技術治理(li)小(xiao)風量高濃度(du)VOCs廢氣是成功有(you)效的。該技術具有(you)工藝簡單、操(cao)作(zuo)方便、起燃(ran)溫(wen)度(du)低、節約能源、處(chu)理(li)效率高、不會造成二次污染、設(she)備體積小(xiao)、占(zhan)地面(mian)積少、運(yun)行(xing)安全可(ke)靠等優點。

（2）催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)建議選用(yong)蜂窩狀(zhuang)催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)，在使用(yong)過(guo)程中(zhong)要注意防(fang)止催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)中(zhong)毒(du)以(yi)延長催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)的使用(yong)壽命。

參考文獻：

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