小風量高濃度VOCs廢氣治理
更新時間：2016-08-09 點擊次數：2502次
1概述
VOCs（VolatileOrganicCompounds）是指沸點在50℃～260℃，室溫下飽和蒸氣壓超過133.3Pa的易揮發性有機化合物[1]。主要來自涂裝、印刷、家電、電線電機制造、絕緣材料、造漆等行業在生產過程中排放的污染物。其廢氣凈化處理已愈來愈引起人們的重視。VOCs廢氣的排放隨生產行業、工業條件的不同，其組成、濃度也各不相同，因此對其治理技術的選用取決于各行業有機污染物的性質、濃度、凈化要求及經濟性等因素。對VOCs廢氣的常規處理方法有吸收法、吸附法、膜分離法、冷凝法、燃燒法、生物法、脈沖電暈法和氧化法等[2]。而對于小風量（＜5000m3/h）、高濃度（2000～8000mg/m3）且排放穩定的有機廢氣來說，目前成熟、*的治理技術是直接燃燒法和催化燃燒法。直接燃燒法亦稱為熱力氧化法或熱力燃燒法，是利用石油氣或柴油等輔助燃料燃燒放出的熱量，使有機廢氣在500℃～800℃和停留時間為0.3～0.5s的條件下直接燃燒而轉變為無害的H2O和CO2。但因采用該方法的起燃溫度高，對設備材質要求也相對較高，而且需要添加輔助燃料加熱，能耗大、運行費用高，因此在實際應用中受到限制。催化燃燒法是目前世界上有機廢氣處理技術研究領域中為活躍的一個方法[2]，其工作原理是在鉑（Pt）、鈀（Pd）等貴金屬催化劑的作用下，使廢氣中的有機污染物在較低的溫度下（通常為220℃～300℃）和較短的反應時間內（0.05～0.2s）轉化成無害的H2O和CO2氣體。其反應方程式如下：
與直接燃燒法相比，催化燃燒法由于溫度降低，允許使用標準材料（如Q235-A）來代替昂貴的特殊材料，因此可大大降低設備費用，同時由于起燃溫度降低，可節約預熱能量，減少運行操作費用。
2催化燃燒廢氣治理技術催化燃燒廢氣治理系統主要由阻火器、熱交換器、加熱室、催化床、引風機、電控柜及安全報警裝置等組成。以廣東某烘漆廢氣治理工程為例：廣東某精密制造有限公司是一家合資大型企業，專業生產空調、電冰箱使用的制冷壓縮機。在加工過程中，外殼等部件經電泳浸漆后入烘房烘干，烘房在工作時溶劑蒸氣不斷揮發，為保證其溶劑蒸氣濃度處在安全范圍內，必須進行排風，并補充部分新鮮空氣，排出的廢氣中含有濃度高的有機溶劑，通常為苯、甲苯、二甲苯等有害物質，因而必須經處理后方可排入大氣。該企業的廢氣排放量為3000m3/h，入口廢氣濃度為3000～4000mg/m3。采用催化燃燒凈化工藝處理，可取得顯著效果。廢氣治理工藝流程如下圖所示。
工作原理：系統正常工作后，溫度約為50℃的噴漆廢氣經阻火器進入催化凈化裝置，在板式熱交換器內與高溫尾氣進行熱量交換，經預熱的廢氣進入加熱室（內設有電加熱管）進一步升溫至250℃左右，達到起燃溫度的廢氣繼續進入催化床內，在貴金屬Pt、Pd催化劑的作用下，使有機溶劑*氧化分解為H2O和CO2，并釋放出大量反應熱，可維持催化燃燒所需的起燃溫度，達到熱平衡。所排放的高溫尾氣可達300℃以上，通過板式熱交換器將高溫尾氣與進口低溫廢氣進行熱量交換，部分熱量得以回收，減少了預熱能耗。經回收部分熱量的高溫尾氣在引風機抽力的作用下通過排氣筒達標排放。系統達到熱平衡后自動關閉電加熱裝置，此后，催化燃燒系統就靠廢氣中的有機溶劑燃燒時產生的熱能，在無須外加能源的基礎上使催化燃燒繼續進行直至結束。考慮到凈化裝置需要維修，在過濾阻火器前設置旁路管和旁路閥。
主要設備配置如下：
（1）催化凈化裝置型號：HC-Ⅲ，1臺；風量：3000m3/h；功率：72kW；外形尺寸：1160×1410×2300（mm）。
（2）引風機型號：YX9-35NO6.3C，1臺；風量：6984m3/h；全壓：188mmH2O；功率：7.5kW。
（3）自控系統外形尺寸：460×800×1800（mm），1套；具有超溫報警功能。
3運行情況該系統自投產使用以來，運行安全可靠，性能穩定，難聞氣味得到了有效去除，凈化效率在98%以上。
其溫度控制方面情況如下：
（1）當加熱室溫度＜246℃時，兩組電加熱管同時工作；
（2）當加熱室溫度在246℃～251℃時，只有一組加熱管工作；
（3）當加熱室溫度＞251℃時，兩組電加熱管同時停止加熱，同時引風機自動投入運行；
（4）催化床反應溫度控制在300℃左右；
（5）當催化床溫度＞350℃時，設備會自動聲光同時報警。
4工藝特點和優點
（1）催化凈化裝置為整體結構，主要由板式熱交換器、加熱室和催化床三部分組成，另附有兩個熱電偶，分別用來測量加熱室溫度和催化床溫度。
（2）為了充分利用催化燃燒過程中產生的大量熱量，在裝置中設置了板式換熱器，并將其熱量用于加熱進入催化床的有機廢氣，以減少能耗。
（3）在有機廢氣進入催化凈化裝置前，加裝旁路管和旁路閥。在凈化設備正常運行時，該旁路閥處于關閉狀態；當凈化設備需要維修時，該閥開啟，不會因凈化裝置故障而影響車間的正常生產。
（4）采用金屬Pt、Pd鍍在蜂窩陶瓷載體上作催化劑，氣體流動阻力小、反應起始溫度低、催化劑活性高、空速適應范圍寬。當烴類等有機物濃度在2000～8000mg/m3范圍內，空速10,000～30,000h-1、反應氣入口溫度180℃～300℃的條件下，凈化效率≥98%。耐熱性能好，可耐受900℃高溫的短時期沖擊。使用壽命長，一般不少于7200h。
（5）起燃溫度低。有機廢氣在通過催化床時，碳氫分子和氧分子分別被吸附在催化劑表面并被活化，因而能在較低溫度下迅速*氧化分解成H2O和CO2，且在達到起燃溫度后，在無需外界供熱的條件下，裝置僅靠廢氣中有機溶劑燃燒時產生的熱能，即可維持催化燃燒所需的溫度。與直接燃燒法相比，其起燃溫度約低一半，因而能耗少得多。
（6）預熱15～35min全功率加熱，工作時只消耗風機功率即可。廢氣濃度較低時，自動間歇補償加熱。
（7）安全設施完備：有阻火器、泄壓孔，超溫報警等保護設施。
（8）不會造成二次污染。由于凈化率一般都在98%以上，加之溫度低，能大大減少NOx生成[3]。
5注意事項
（1）選用蜂窩狀催化劑催化劑有顆粒狀和蜂窩狀。顆粒狀催化劑壓降大，而且因與載體間相互摩擦，會造成活性組分磨耗損失，因此建議不采用。蜂窩狀催化劑是比較理想的催化劑，其具有較高的比表面，壓降小，機械強度高，耐磨、耐熱沖擊。
（2）防止催化劑中毒催化劑中毒是指催化劑由于某些物質的作用而使催化活性衰退或喪失的現象，可分為暫時性中毒和*性中毒[4]。如果遇到由于催化床溫度過低，或廢氣中可燃物濃度過高，或突然停電等原因造成催化劑表面結炭會引起暫時性中毒，可在再次開機時將催化床前的預熱溫度提升到500℃左右并通新鮮空氣1～2h，即可恢復或部分恢復催化劑活性。但某些化學物質（如含S、Pb等有機或無機物）對催化劑的破壞作用很強，會導致催化劑的*性失活，無法恢復，因而需要特別注意。
（3）設置補鮮風閥在催化凈化裝置前要設置補鮮風閥，當催化床溫度高于某一設定值時，打開此閥，補充冷空氣，將催化床溫度控制在一定范圍內，可延長設備和催化劑的使用壽命。
6結論
（1）實踐證明，采用催化燃燒技術治理小風量高濃度VOCs廢氣是成功有效的。該技術具有工藝簡單、操作方便、起燃溫度低、節約能源、處理效率高、不會造成二次污染、設備體積小、占地面積少、運行安全可靠等優點。
（2）催化劑建議選用蜂窩狀催化劑，在使用過程中要注意防止催化劑中毒以延長催化劑的使用壽命。
