VOCs 廢氣處理用催化燃燒設(shè)備運(yùn)用剖析與研討

 

揮發(fā)性有機(jī)化物（VOCs）是指沸點(diǎn)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(jī)化合物，包含苯、甲苯、二甲苯等慣例烴類化合物，硫氨有機(jī)化合物等[1]。有機(jī)廢氣簡(jiǎn)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(huì)對(duì)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(dá)***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(wàn) t [2]，其來(lái)歷***要有固定源與移動(dòng)源2 種。移動(dòng)源排放***要會(huì)集在轎車(chē)、輪船和飛機(jī)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(jìn)程和貯存設(shè)備等的排出物及各種運(yùn)用有機(jī)溶劑的場(chǎng)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(guò)冷凝、吸收劑、吸附劑或具有挑選性的膜對(duì)VOCs進(jìn)行別離；而氧化分化技術(shù)則是通過(guò)生化法，運(yùn)用光、熱、催化劑或微生物對(duì)VOCs進(jìn)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(guò)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(jìn)行觸摸并產(chǎn)生催化氧化反響，將有機(jī)物氧化生成無(wú)害的 CO2與H2O，到達(dá)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(guò)氧化催化劑對(duì)加熱至必定溫度的廢氣催化氧化，使其生成無(wú)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(yùn)轉(zhuǎn)本錢(qián)。

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(jìn)入設(shè)備進(jìn)口，通過(guò)濾器過(guò)濾后進(jìn)入換熱器室進(jìn)行熱交換，再進(jìn)入燃燒器室對(duì)廢氣進(jìn)行預(yù)加熱（燃燒用氧氣為廢氣中所含有的空氣，也可通過(guò)旁路風(fēng)閥彌補(bǔ)空氣），待加熱至 350 ℃后由送風(fēng)機(jī)將預(yù)熱氣體抽至催化劑室進(jìn)行催化氧化。因?yàn)椴糠謴U氣中含有硫、硅、磷等元素，會(huì)使貴金屬催化劑中毒，因而預(yù)加熱后的廢氣在進(jìn)入催化劑室前需進(jìn)行預(yù)處理。當(dāng)處理后的廢氣進(jìn)入催化劑室并與氧化催化劑觸摸時(shí)，催化劑將廢氣中的 VOCs 氧化分化成CO2 和 H2O。處理后的無(wú)害氣體將被送入一次換熱器，與從進(jìn)口來(lái)的廢氣進(jìn)行熱交換，到達(dá)節(jié)省熱源的意圖。風(fēng)機(jī)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(fù)壓，避免氣體走漏。設(shè)備排氣口預(yù)設(shè)取樣孔，用于對(duì)處理后的廢氣進(jìn)行成分檢測(cè)。

1.2 催化燃燒設(shè)備安全性防備

因?yàn)榇呋紵O(shè)備在燃燒室中選用明火對(duì)廢氣進(jìn)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(shí)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(jìn)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(bào)警及安全聯(lián)鎖操控系統(tǒng)，當(dāng)有回火狀況產(chǎn)生時(shí)，蜂鳴器將宣布警報(bào)指示。

1.3 催化燃燒設(shè)備的***缺點(diǎn)

催化燃燒廢氣處理技術(shù)是 20 世紀(jì) 40 時(shí)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(yùn)用于油漆、橡膠、塑料、樹(shù)脂、皮革、食物和鑄造等范疇，也用于轎車(chē)尾氣凈化等方面。我***在 1973 年開(kāi)端將催化燃燒法用于管理漆包線烘干爐排出的有機(jī)廢氣，隨后又在***緣材料、印刷工業(yè)等方面進(jìn)行了研討，使催化燃燒法得到了廣泛的運(yùn)用。通過(guò)多年來(lái)的開(kāi)展與改進(jìn)，催化燃燒設(shè)備具有其***有的***勢(shì)：（1） 可處理******多數(shù)VOCs 廢氣；（2）可將有機(jī)化合物氧化分化成無(wú)毒無(wú)害的 CO2 氣體與 H2O；（3）分化效率高達(dá) 95%以上，無(wú)需作后續(xù)處理；（4）可在低溫（200~400 ℃）下對(duì) VOCs 進(jìn)行分化，燃料消耗量低（節(jié)能）；（5）催化劑運(yùn)用壽命長(zhǎng)，可依據(jù)進(jìn)口氣體的風(fēng)量與 VOCs含量揣度催化劑的運(yùn)用時(shí)間，且催化劑可進(jìn)行再生運(yùn)用；（6）設(shè)備內(nèi)為負(fù)壓結(jié)構(gòu)（風(fēng)機(jī)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(jìn)行反響，無(wú)粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn)；（8）處理效率在 99%以上（完全除臭）。

催化燃燒設(shè)備的缺點(diǎn)：（1）關(guān)于較***風(fēng)量且低VOCs 質(zhì)量濃度廢氣而言，處理費(fèi)用相對(duì)過(guò)高，可協(xié)同沸石滾輪濃縮設(shè)備進(jìn)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(jiàn)硫、磷、硅等物質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生催化劑中毒現(xiàn)象，因而需求設(shè)置預(yù)處理過(guò)程。

1.4 催化燃燒設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)

催化氧化設(shè)備的巨細(xì)由***處理風(fēng)量來(lái)決議，一般***處理風(fēng)量可到達(dá) 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(duì)催化劑品種與用量進(jìn)行挑選。因?yàn)榇呋瘎┭趸幚淼?**合適溫度在 350 ℃左右，因而需通過(guò)燃燒室對(duì)廢氣進(jìn)行預(yù)加熱。為避免溫度過(guò)高或過(guò)低導(dǎo)致工況溫度反常，可將熱電偶信號(hào)輸送至可編程邏輯操控器（PLC）操控盤(pán)面板以便于監(jiān)測(cè)與讀數(shù)，并設(shè)置溫度警報(bào)以防高溫下催化劑燒焦或低溫下催化劑處理活性過(guò)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(wú)上述燃料供給，也可選用電加熱的辦法進(jìn)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(xì)、進(jìn)口溫度等參數(shù)進(jìn)行熱量衡算，承認(rèn)燃?xì)獾挠昧?。因?yàn)樗幚淼膹U氣中含有 VOCs 成分，其本身在燃燒進(jìn)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(dá) 2 000 mg/m3 左右時(shí)所產(chǎn)生的熱量能夠滿意燃?xì)馔饧拥臒崮苄枨?。該部分熱量有必要考慮在熱量衡算中，避免溫度過(guò)高導(dǎo)致催化劑被燃?xì)У默F(xiàn)象產(chǎn)生。綜上所述，廢氣流量、燃?xì)饬髁?、進(jìn)口出口溫度及燃燒室溫度均為必要監(jiān)控的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)。

1.5 催化劑挑選與運(yùn)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(yùn)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(yùn)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?duì)到達(dá)運(yùn)用年限的催化劑進(jìn)行再生處理，再生后的催化劑可循環(huán)運(yùn)用。此外，在挑選氧化催化劑前需求對(duì)處理廢氣的風(fēng)量、組分與濃度進(jìn)行相關(guān)承認(rèn)。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(jì)算公式見(jiàn)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(dá) 95%以上，進(jìn)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(guò)低，催化劑活性缺乏。

當(dāng)處理廢氣中含有簡(jiǎn)單使催化劑中毒的物質(zhì)時(shí)，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(lái)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(guò)低時(shí)，氧化催化劑對(duì)廢氣中 VOCs 的氧化效率會(huì)***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(shí)溫度能及時(shí)顯現(xiàn)在 PLC 盤(pán)柜顯現(xiàn)屏中，并設(shè)置低溫輕故障警報(bào)，當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)主動(dòng)點(diǎn)著燃燒加熱器進(jìn)行升溫。

2 催化燃燒設(shè)備運(yùn)用事例與作用剖析

催化燃燒設(shè)備選用催化劑對(duì)廢氣中的 VOCs 物質(zhì)進(jìn)行催化氧化，并構(gòu)成無(wú)毒無(wú)害的 CO2 與 H2O。因?yàn)槠涮幚硇矢呒安僮鳌⒈Ｗo(hù)便利，已在化工、制藥、食物等范疇廣泛運(yùn)用。

2.1 催化氧化設(shè)備運(yùn)用實(shí)例

現(xiàn)在我***各省選用的 VOCs 測(cè)驗(yàn)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(jī)物排放操控規(guī)范》，測(cè)驗(yàn)辦法選用 HJ 734—2014《固定污染源廢氣揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)定 固相吸附 - 熱脫附 / 氣相色譜 - 質(zhì)譜法》；比較于從前通過(guò)非甲烷總烴（ＮＭHC）來(lái)對(duì)廢氣處理質(zhì)量進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，天津地標(biāo)要點(diǎn)對(duì)苯、甲苯、二甲苯與 VOCs（24 項(xiàng)）目標(biāo)進(jìn)行測(cè)驗(yàn)。VOCs 測(cè)驗(yàn)辦法 HJ 734—2014 中***要揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)驗(yàn)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(duì) / 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(shí)（設(shè)備進(jìn)口處）及通過(guò)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(jìn)口廢氣溫度為常溫狀態(tài)，檢測(cè)辦法選用 HJ 734—2014

 

2.2 作用剖析

依據(jù)對(duì)出口廢氣成分與質(zhì)量濃度的檢測(cè)得知，廢氣中的苯、甲苯、二甲苯及 VOCs24 項(xiàng)測(cè)驗(yàn)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(dá) 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(yǔ)

催化燃燒設(shè)備具有 VOCs 去除效率高、能耗低、主動(dòng)化操作便利等***色，現(xiàn)已被廣泛運(yùn)用于各種職業(yè)?，F(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(chǎng)的占有率超越22%，其在***外商場(chǎng)占有率高達(dá) 29%，顯現(xiàn)出其日益老練而且被商場(chǎng)廣泛承受的趨勢(shì)[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(guò)低的狀況下，可選用上游設(shè)備沸石轉(zhuǎn)輪對(duì)氣體進(jìn)行濃縮，下流運(yùn)用催化燃燒設(shè)備進(jìn)行氧化處理的協(xié)同辦法進(jìn)行處理。整體來(lái)說(shuō)，催化燃燒設(shè)備與工藝是一種經(jīng)濟(jì)便利的 VOCs 廢氣處理辦法。