VOCs 廢氣處理用催化燃燒設(shè)備運用剖析與研討

 

揮發(fā)性有機化物（VOCs）是指沸點在50~260℃之間，室溫下飽滿蒸汽壓超越 133.3 Pa的易揮發(fā)性有機化合物，包含苯、甲苯、二甲苯等慣例烴類化合物，硫氨有機化合物等[1]。有機廢氣簡單與***氣中的氮氧化物反響生成 O3 并構(gòu)成光化學(xué)煙霧，會對人體健康產(chǎn)生有害影響，因而 VOCs 廢氣的處理受到了各***的高度重視，發(fā)達***家近年連續(xù)發(fā)布了相關(guān)的法則以約束 VOCs 的排放。

2017年VOCs的排放量已超越3100 萬 t [2]，其來歷***要有固定源與移動源2 種。移動源排放***要會集在轎車、輪船和飛機等以石油產(chǎn)品為燃料的交通工具的排放氣。固定源的品種許多，***要為石油化工工藝進程和貯存設(shè)備等的排出物及各種運用有機溶劑的場合，如噴漆、印刷、金屬除油和脫脂、黏合劑、制藥、塑料和橡膠加工等。全***各地關(guān)于 VOCs廢氣的排放有著嚴(yán)厲的操控，連續(xù)發(fā)布了***的VOCs 排放規(guī)范。慣例處理 VOCs 廢氣選用前端收回技術(shù)或后端氧化分化2種辦法，前者選用物理辦法，在必定溫度與壓力下，通過冷凝、吸收劑、吸附劑或具有挑選性的膜對VOCs進行別離；而氧化分化技術(shù)則是通過生化法，運用光、熱、催化劑或微生物對VOCs進行氧化分化，并生成CO2與H2O。氧化分化VOCs的辦法一般有直接燃燒法、蓄熱式燃燒法、催化燃燒法等。其間，催化燃燒法的原理是通過使加熱至必定溫度的 VOCs廢氣與設(shè)備內(nèi)的貴金屬催化劑進行觸摸并產(chǎn)生催化氧化反響，將有機物氧化生成無害的 CO2與H2O，到達除掉VOCs意圖的一種設(shè)備與工藝。

1 催化燃燒設(shè)備介紹

催化燃燒設(shè)備是一種通過氧化催化劑對加熱至必定溫度的廢氣催化氧化，使其生成無害的 CO2 與 H2O 的工藝設(shè)備。與傳統(tǒng)蓄熱燃燒、直燃式熱氧化爐比較，具有熱耗低、處理效率高（≥95%）的***色。常用的催化燃燒設(shè)備依據(jù)氧化催化劑的***工作溫度（250~400 ℃），可完成低溫氧化廢氣中的 VOCs，并******節(jié)省處理廢氣的運轉(zhuǎn)本錢。

1.1 催化燃燒設(shè)備原理

催化燃燒設(shè)備的結(jié)構(gòu)及處理流程。含 VOCs 廢氣進入設(shè)備進口，通過濾器過濾后進入換熱器室進行熱交換，再進入燃燒器室對廢氣進行預(yù)加熱（燃燒用氧氣為廢氣中所含有的空氣，也可通過旁路風(fēng)閥彌補空氣），待加熱至 350 ℃后由送風(fēng)機將預(yù)熱氣體抽至催化劑室進行催化氧化。因為部分廢氣中含有硫、硅、磷等元素，會使貴金屬催化劑中毒，因而預(yù)加熱后的廢氣在進入催化劑室前需進行預(yù)處理。當(dāng)處理后的廢氣進入催化劑室并與氧化催化劑觸摸時，催化劑將廢氣中的 VOCs 氧化分化成CO2 和 H2O。處理后的無害氣體將被送入一次換熱器，與從進口來的廢氣進行熱交換，到達節(jié)省熱源的意圖。風(fēng)機選用耐高溫類型，放置于設(shè)備本體下流部分，意圖在于使上游途徑構(gòu)成負壓，避免氣體走漏。設(shè)備排氣口預(yù)設(shè)取樣孔，用于對處理后的廢氣進行成分檢測。

1.2 催化燃燒設(shè)備安全性防備

因為催化燃燒設(shè)備在燃燒室中選用明火對廢氣進行預(yù)熱，因而需考慮廢氣的相關(guān)安全措施：（1）廢氣中 VOCs 含量需操控在 LEL（爆炸下限）的 25%以下，以避免爆炸或火災(zāi)。（2）回火操控：為避免回火，在規(guī)劃管道尺度時應(yīng)使廢氣的***流速一直***于回火速度，或在前期管道主路設(shè)置減壓閥，使進氣壓力一直高于下流氣體壓力。（3）其他安全措施：選用回火避免器、稀釋空氣等辦法。（4）設(shè)置輕故障或重故障報警及安全聯(lián)鎖操控系統(tǒng)，當(dāng)有回火狀況產(chǎn)生時，蜂鳴器將宣布警報指示。

1.3 催化燃燒設(shè)備的***缺點

催化燃燒廢氣處理技術(shù)是 20 世紀(jì) 40 時代末呈現(xiàn)的。從 1949 年美***研制出世界上***套催化燃燒設(shè)備到現(xiàn)在，該技術(shù)已廣泛地運用于油漆、橡膠、塑料、樹脂、皮革、食物和鑄造等范疇，也用于轎車尾氣凈化等方面。我***在 1973 年開端將催化燃燒法用于管理漆包線烘干爐排出的有機廢氣，隨后又在***緣材料、印刷工業(yè)等方面進行了研討，使催化燃燒法得到了廣泛的運用。通過多年來的開展與改進，催化燃燒設(shè)備具有其***有的***勢：（1） 可處理******多數(shù)VOCs 廢氣；（2）可將有機化合物氧化分化成無毒無害的 CO2 氣體與 H2O；（3）分化效率高達 95%以上，無需作后續(xù)處理；（4）可在低溫（200~400 ℃）下對 VOCs 進行分化，燃料消耗量低（節(jié)能）；（5）催化劑運用壽命長，可依據(jù)進口氣體的風(fēng)量與 VOCs含量揣度催化劑的運用時間，且催化劑可進行再生運用；（6）設(shè)備內(nèi)為負壓結(jié)構(gòu)（風(fēng)機設(shè)置在設(shè)備內(nèi)部下流），可有用避免臭氣滲漏；（7）具有高度安全性，能在低溫下進行反響，無粉塵爆炸的風(fēng)險；（8）處理效率在 99%以上（完全除臭）。

催化燃燒設(shè)備的缺點：（1）關(guān)于較***風(fēng)量且低VOCs 質(zhì)量濃度廢氣而言，處理費用相對過高，可協(xié)同沸石滾輪濃縮設(shè)備進行廢氣濃縮后再作催化氧化處理；（2）用于處理 VOCs 的氧化用催化劑當(dāng)遇見硫、磷、硅等物質(zhì)時會產(chǎn)生催化劑中毒現(xiàn)象，因而需求設(shè)置預(yù)處理過程。

1.4 催化燃燒設(shè)備運轉(zhuǎn)參數(shù)

催化氧化設(shè)備的巨細由***處理風(fēng)量來決議，一般***處理風(fēng)量可到達 30 000 m3/h（規(guī)范狀態(tài)下，下同），依據(jù)處理廢氣中 VOCs 的質(zhì)量濃度與成分對催化劑品種與用量進行挑選。因為催化劑氧化處理的***合適溫度在 350 ℃左右，因而需通過燃燒室對廢氣進行預(yù)加熱。為避免溫度過高或過低導(dǎo)致工況溫度反常，可將熱電偶信號輸送至可編程邏輯操控器（PLC）操控盤面板以便于監(jiān)測與讀數(shù)，并設(shè)置溫度警報以防高溫下催化劑燒焦或低溫下催化劑處理活性過低的現(xiàn)象產(chǎn)生。燃燒器用加熱燃料一般選用液化天然氣（LＮG）或液化石油氣（LPG），假如部分廠區(qū)因消防原因無上述燃料供給，也可選用電加熱的辦法進行廢氣加熱。依據(jù)燃料不同熱值與所處理廢氣的風(fēng)量巨細、進口溫度等參數(shù)進行熱量衡算，承認燃氣的用量。因為所處理的廢氣中含有 VOCs 成分，其本身在燃燒進程中也能供給必定的熱量，經(jīng)歷上以為當(dāng) VOCs 質(zhì)量濃度到達 2 000 mg/m3 左右時所產(chǎn)生的熱量能夠滿意燃氣外加的熱能需求。該部分熱量有必要考慮在熱量衡算中，避免溫度過高導(dǎo)致催化劑被燃毀的現(xiàn)象產(chǎn)生。綜上所述，廢氣流量、燃氣流量、進口出口溫度及燃燒室溫度均為必要監(jiān)控的運轉(zhuǎn)參數(shù)。

1.5 催化劑挑選與運用

催化燃燒設(shè)備選用的氧化催化劑多為鉑（Pt）貴金屬型材料，其***運用溫度在 350 ℃左右，形狀***多為粉末狀或蜂窩狀。一般催化劑的運用期限在 5年左右，這需求依據(jù)待處理氣體的濃度與成分而定?？蓪Φ竭_運用年限的催化劑進行再生處理，再生后的催化劑可循環(huán)運用。此外，在挑選氧化催化劑前需求對處理廢氣的風(fēng)量、組分與濃度進行相關(guān)承認。組分決議氧化催化劑的品種，風(fēng)量與濃度決議催化劑的用量。一般每種催化劑均有相應(yīng)的空速比（SV），可依據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)推算出觸媒的***致用量，計算公式見式。

其間：v 為催化劑空速，h-1；Q 為處理廢氣量，m3/h；Vc為催化劑用量，m3。

例如：某蜂窩狀催化劑的 SV 值為 35 000 h-1（查表），風(fēng)量為 4 200 m3/h，則可算出催化劑用量約為 0.12 m3。

1.6 處理效率

催化燃燒處理設(shè)備的效率在***合適溫度（350℃左右）下可到達 95%以上，進口廢氣的濃度不同處理效率有所不同，濃度越高處理效率越高[3]。影響處理效率的要素包含：（1）催化劑中毒（含有硫、磷、硅等的化合物）；（2）溫度過低，催化劑活性缺乏。

當(dāng)處理廢氣中含有簡單使催化劑中毒的物質(zhì)時，可在催化劑室前設(shè)置前處理設(shè)備，即添加前處理催化劑。工程中常選用蜂窩狀的陶瓷類前處理劑來去除硫等物質(zhì)。相同，廢氣的組成不同，前處理劑的挑選也不同。此外，當(dāng)溫度過低時，氧化催化劑對廢氣中 VOCs 的氧化效率會***幅削弱，因而需求在設(shè)備中設(shè)置熱電偶及傳感器，使即時溫度能及時顯現(xiàn)在 PLC 盤柜顯現(xiàn)屏中，并設(shè)置低溫輕故障警報，當(dāng)溫度過低時主動點著燃燒加熱器進行升溫。

2 催化燃燒設(shè)備運用事例與作用剖析

催化燃燒設(shè)備選用催化劑對廢氣中的 VOCs 物質(zhì)進行催化氧化，并構(gòu)成無毒無害的 CO2 與 H2O。因為其處理效率高及操作、保護便利，已在化工、制藥、食物等范疇廣泛運用。

2.1 催化氧化設(shè)備運用實例

現(xiàn)在我***各省選用的 VOCs 測驗規(guī)范***要為天津地標(biāo)，即 DB 12/524—2014《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機物排放操控規(guī)范》，測驗辦法選用 HJ 734—2014《固定污染源廢氣揮發(fā)性有機物的測定 固相吸附 - 熱脫附 / 氣相色譜 - 質(zhì)譜法》；比較于從前通過非甲烷總烴（ＮＭHC）來對廢氣處理質(zhì)量進行點評，天津地標(biāo)要點對苯、甲苯、二甲苯與 VOCs（24 項）目標(biāo)進行測驗。VOCs 測驗辦法 HJ 734—2014 中***要揮發(fā)性有機物的測驗內(nèi)容為：丙酮、異丙醇、正己烷、乙酸乙酯、苯六甲基二硅氧烷、3- 戊酮、正庚烷、甲苯、環(huán)戊酮、乳酸乙酯、乙酸丁酯（醋酸丁酯）、丙二醇單甲醚乙酸酯 、乙苯、對 / 間二甲苯、 2- 庚酮、苯乙烯、鄰二甲苯、苯甲醚、苯甲醛、1- 癸烯、2- 壬酮、1- 十二烯等。

表 1 為某繞組線職業(yè)生產(chǎn)線所排放的廢氣未經(jīng)處理時（設(shè)備進口處）及通過催化燃燒設(shè)備處理后出口氣體各成分質(zhì)量濃度的比照數(shù)據(jù)，設(shè)備處理風(fēng)量為 15 000 m3/h，進口廢氣溫度為常溫狀態(tài)，檢測辦法選用 HJ 734—2014

 

2.2 作用剖析

依據(jù)對出口廢氣成分與質(zhì)量濃度的檢測得知，廢氣中的苯、甲苯、二甲苯及 VOCs24 項測驗成果均契合規(guī)范要求（印刷職業(yè) 50 mg/m3 以下），催化燃燒設(shè)備的 VOCs 處理效率高達 99.2%，滿意***家***氣污染管理相關(guān)文件中催化燃燒設(shè)備處理效率***于95%的要求。

3 結(jié)語

催化燃燒設(shè)備具有 VOCs 去除效率高、能耗低、主動化操作便利等***色，現(xiàn)已被廣泛運用于各種職業(yè)。現(xiàn)在在我***，相關(guān)于傳統(tǒng)吸附技術(shù)與生化技術(shù)等VOCs 處理辦法，催化燃燒工藝商場的占有率超越22%，其在***外商場占有率高達 29%，顯現(xiàn)出其日益老練而且被商場廣泛承受的趨勢[4]。催化燃燒設(shè)備合適處理中小風(fēng)量（800~30 000 m3/h）廢氣，在風(fēng)量較***、VOCs 質(zhì)量濃度過低的狀況下，可選用上游設(shè)備沸石轉(zhuǎn)輪對氣體進行濃縮，下流運用催化燃燒設(shè)備進行氧化處理的協(xié)同辦法進行處理。整體來說，催化燃燒設(shè)備與工藝是一種經(jīng)濟便利的 VOCs 廢氣處理辦法。