VOCs 廢氣處理用催化燃燒設備運用剖析與研討

 

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 并構成光化學煙霧，會對人體健康產生有害影響，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***各地關于 VOCs廢氣的排放有著嚴厲的操控，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廢氣與設備內的貴金屬催化劑進行觸摸并產生催化氧化反響，將有機物氧化生成無害的 CO2與H2O，到達除掉VOCs意圖的一種設備與工藝。

1 催化燃燒設備介紹

催化燃燒設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 的工藝設備。與傳統蓄熱燃燒、直燃式熱氧化爐比較，具有熱耗低、處理效率高（≥95%）的***色。常用的催化燃燒設備依據氧化催化劑的***工作溫度（250~400 ℃），可完成低溫氧化廢氣中的 VOCs，并******節(jié)省處理廢氣的運轉本錢。

1.1 催化燃燒設備原理

催化燃燒設備的結構及處理流程。含 VOCs 廢氣進入設備進口，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加熱（燃燒用氧氣為廢氣中所含有的空氣，也可通過旁路風閥彌補空氣），待加熱至 350 ℃后由送風機將預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，因而預加熱后的廢氣在進入催化劑室前需進行預處理。當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。風機選用耐高溫類型，放置于設備本體下流部分，意圖在于使上游途徑構成負壓，避免氣體走漏。設備排氣口預設取樣孔，用于對處理后的廢氣進行成分檢測。

1.2 催化燃燒設備安全性防備

因為催化燃燒設備在燃燒室中選用明火對廢氣進行預熱，因而需考慮廢氣的相關安全措施：（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。（2）回火操控：為避免回火，在規(guī)劃管道尺度時應使廢氣的***流速一直***于回火速度，或在前期管道主路設置減壓閥，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）設置輕故障或重故障報警及安全聯鎖操控系統，當有回火狀況產生時，蜂鳴器將宣布警報指示。

1.3 催化燃燒設備的***缺點

催化燃燒廢氣處理技術是 20 世紀 40 時代末呈現的。從 1949 年美***研制出世界上***套催化燃燒設備到現在，該技術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，催化燃燒設備具有其***有的***勢：（1） 可處理******多數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，可依據進口氣體的風量與 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）設備內為負壓結構（風機設置在設備內部下流），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，無粉塵爆炸的風險；（8）處理效率在 99%以上（完全除臭）。

催化燃燒設備的缺點：（1）關于較***風量且低VOCs 質量濃度廢氣而言，處理費用相對過高，可協同沸石滾輪濃縮設備進行廢氣濃縮后再作催化氧化處理；（2）用于處理 VOCs 的氧化用催化劑當遇見硫、磷、硅等物質時會產生催化劑中毒現象，因而需求設置預處理過程。

1.4 催化燃燒設備運轉參數

催化氧化設備的巨細由***處理風量來決議，一般***處理風量可到達 30 000 m3/h（規(guī)范狀態(tài)下，下同），依據處理廢氣中 VOCs 的質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加熱。為避免溫度過高或過低導致工況溫度反常，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，并設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象產生。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。依據燃料不同熱值與所處理廢氣的風量巨細、進口溫度等參數進行熱量衡算，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，經歷上以為當 VOCs 質量濃度到達 2 000 mg/m3 左右時所產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，避免溫度過高導致催化劑被燃毀的現象產生。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)控的運轉參數。

1.5 催化劑挑選與運用

催化燃燒設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，這需求依據待處理氣體的濃度與成分而定。可對到達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量、組分與濃度進行相關承認。組分決議氧化催化劑的品種，風量與濃度決議催化劑的用量。一般每種催化劑均有相應的空速比（SV），可依據相關數據推算出觸媒的***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。

當處理廢氣中含有簡單使催化劑中毒的物質時，可在催化劑室前設置前處理設備，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。相同，廢氣的組成不同，前處理劑的挑選也不同。此外，當溫度過低時，氧化催化劑對廢氣中 VOCs 的氧化效率會***幅削弱，因而需求在設備中設置熱電偶及傳感器，使即時溫度能及時顯現在 PLC 盤柜顯現屏中，并設置低溫輕故障警報，當溫度過低時主動點著燃燒加熱器進行升溫。

2 催化燃燒設備運用事例與作用剖析

催化燃燒設備選用催化劑對廢氣中的 VOCs 物質進行催化氧化，并構成無毒無害的 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 催化氧化設備運用實例

現在我***各省選用的 VOCs 測驗規(guī)范***要為天津地標，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 - 質譜法》；比較于從前通過非甲烷總烴（ＮＭHC）來對廢氣處理質量進行點評，天津地標要點對苯、甲苯、二甲苯與 VOCs（24 項）目標進行測驗。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)生產線所排放的廢氣未經處理時（設備進口處）及通過催化燃燒設備處理后出口氣體各成分質量濃度的比照數據，設備處理風量為 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

依據對出口廢氣成分與質量濃度的檢測得知，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），催化燃燒設備的 VOCs 處理效率高達 99.2%，滿意***家***氣污染管理相關文件中催化燃燒設備處理效率***于95%的要求。

3 結語

催化燃燒設備具有 VOCs 去除效率高、能耗低、主動化操作便利等***色，現已被廣泛運用于各種職業(yè)。現在在我***，相關于傳統吸附技術與生化技術等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%，顯現出其日益老練而且被商場廣泛承受的趨勢[4]。催化燃燒設備合適處理中小風量（800~30 000 m3/h）廢氣，在風量較***、VOCs 質量濃度過低的狀況下，可選用上游設備沸石轉輪對氣體進行濃縮，下流運用催化燃燒設備進行氧化處理的協同辦法進行處理。整體來說，催化燃燒設備與工藝是一種經濟便利的 VOCs 廢氣處理辦法。