VOCs 废气处理用催化燃烧设备运用剖析与研讨

VOCs 废气处理用催化燃烧设备运用剖析与研讨

 

挥发性有机化物（VOCs）是指沸点在50~260℃之间，室温下饱满蒸汽压超越 133.3 Pa的易挥发性有机化合物，包含苯、甲苯、二甲苯等惯例烃类化合物，硫氨有机化合物等[1]。有机废气简单与***气中的氮氧化物反响生成 O3 并构成光化学烟雾，会对人体健康产生有害影响，因而 VOCs 废气的处理受到了各***的高度重视，发达***家近年连续发布了相关的法则以约束 VOCs 的排放。

2017年VOCs的排放量已超越3100 万 t [2]，其来历***要有固定源与移动源2 种。移动源排放***要会集在轿车、轮船和飞机等以石油产品为燃料的交通工具的排放气。固定源的品种许多，***要为石油化工工艺进程和贮存设备等的排出物及各种运用有机溶剂的场合，如喷漆、印刷、金属除油和脱脂、黏合剂、制药、塑料和橡胶加工等。全***各地关于 VOCs废气的排放有着严厉的操控，连续发布了***的VOCs 排放规范。惯例处理 VOCs 废气选用前端收回技术或后端氧化分化2种办法，前者选用物理办法，在必定温度与压力下，通过冷凝、吸收剂、吸附剂或具有挑选性的膜对VOCs进行别离；而氧化分化技术则是通过生化法，运用光、热、催化剂或微生物对VOCs进行氧化分化，并生成CO2与H2O。氧化分化VOCs的办法一般有直接燃烧法、蓄热式燃烧法、催化燃烧法等。其间，催化燃烧法的原理是通过使加热至必定温度的 VOCs废气与设备内的贵金属催化剂进行触摸并产生催化氧化反响，将有机物氧化生成无害的 CO2与H2O，到达除掉VOCs意图的一种设备与工艺。

1 催化燃烧设备介绍

催化燃烧设备是一种通过氧化催化剂对加热至必定温度的废气催化氧化，使其生成无害的 CO2 与 H2O 的工艺设备。与传统蓄热燃烧、直燃式热氧化炉比较，具有热耗低、处理效率高（≥95%）的***色。常用的催化燃烧设备依据氧化催化剂的***工作温度（250~400 ℃），可完成低温氧化废气中的 VOCs，并******节省处理废气的运转本钱。

1.1 催化燃烧设备原理

催化燃烧设备的结构及处理流程。含 VOCs 废气进入设备进口，通过滤器过滤后进入换热器室进行热交换，再进入燃烧器室对废气进行预加热（燃烧用氧气为废气中所含有的空气，也可通过旁路风阀弥补空气），待加热至 350 ℃后由送风机将预热气体抽至催化剂室进行催化氧化。因为部分废气中含有硫、硅、磷等元素，会使贵金属催化剂中毒，因而预加热后的废气在进入催化剂室前需进行预处理。当处理后的废气进入催化剂室并与氧化催化剂触摸时，催化剂将废气中的 VOCs 氧化分化成CO2 和 H2O。处理后的无害气体将被送入一次换热器，与从进口来的废气进行热交换，到达节省热源的意图。风机选用耐高温类型，放置于设备本体下流部分，意图在于使上游途径构成负压，避免气体走漏。设备排气口预设取样孔，用于对处理后的废气进行成分检测。

1.2 催化燃烧设备安全性防备

因为催化燃烧设备在燃烧室中选用明火对废气进行预热，因而需考虑废气的相关安全措施：（1）废气中 VOCs 含量需操控在 LEL（爆炸下限）的 25%以下，以避免爆炸或火灾。（2）回火操控：为避免回火，在规划管道尺度时应使废气的***流速一直***于回火速度，或在前期管道主路设置减压阀，使进气压力一直高于下流气体压力。（3）其他安全措施：选用回火避免器、稀释空气等办法。（4）设置轻故障或重故障报警及安全联锁操控系统，当有回火状况产生时，蜂鸣器将宣布警报指示。

1.3 催化燃烧设备的***缺点

催化燃烧废气处理技术是 20 世纪 40 时代末呈现的。从 1949 年美***研制出世界上***套催化燃烧设备到现在，该技术已广泛地运用于油漆、橡胶、塑料、树脂、皮革、食物和铸造等范畴，也用于轿车尾气净化等方面。我***在 1973 年开端将催化燃烧法用于管理漆包线烘干炉排出的有机废气，随后又在***缘材料、印刷工业等方面进行了研讨，使催化燃烧法得到了广泛的运用。通过多年来的开展与改进，催化燃烧设备具有其***有的***势：（1） 可处理******多数VOCs 废气；（2）可将有机化合物氧化分化成无毒无害的 CO2 气体与 H2O；（3）分化效率高达 95%以上，无需作后续处理；（4）可在低温（200~400 ℃）下对 VOCs 进行分化，燃料消耗量低（节能）；（5）催化剂运用寿命长，可依据进口气体的风量与 VOCs含量揣度催化剂的运用时间，且催化剂可进行再生运用；（6）设备内为负压结构（风机设置在设备内部下流），可有用避免臭气渗漏；（7）具有高度安全性，能在低温下进行反响，无粉尘爆炸的风险；（8）处理效率在 99%以上（完全除臭）。

催化燃烧设备的缺点：（1）关于较***风量且低VOCs 质量浓度废气而言，处理费用相对过高，可协同沸石滚轮浓缩设备进行废气浓缩后再作催化氧化处理；（2）用于处理 VOCs 的氧化用催化剂当遇见硫、磷、硅等物质时会产生催化剂中毒现象，因而需求设置预处理过程。

1.4 催化燃烧设备运转参数

催化氧化设备的巨细由***处理风量来决议，一般***处理风量可到达 30 000 m3/h（规范状态下，下同），依据处理废气中 VOCs 的质量浓度与成分对催化剂品种与用量进行挑选。因为催化剂氧化处理的***合适温度在 350 ℃左右，因而需通过燃烧室对废气进行预加热。为避免温度过高或过低导致工况温度反常，可将热电偶信号输送至可编程逻辑操控器（PLC）操控盘面板以便于监测与读数，并设置温度警报以防高温下催化剂烧焦或低温下催化剂处理活性过低的现象产生。燃烧器用加热燃料一般选用液化天然气（LＮG）或液化石油气（LPG），假如部分厂区因消防原因无上述燃料供给，也可选用电加热的办法进行废气加热。依据燃料不同热值与所处理废气的风量巨细、进口温度等参数进行热量衡算，承认燃气的用量。因为所处理的废气中含有 VOCs 成分，其本身在燃烧进程中也能供给必定的热量，经历上以为当 VOCs 质量浓度到达 2 000 mg/m3 左右时所产生的热量能够满意燃气外加的热能需求。该部分热量有必要考虑在热量衡算中，避免温度过高导致催化剂被燃毁的现象产生。综上所述，废气流量、燃气流量、进口出口温度及燃烧室温度均为必要监控的运转参数。

1.5 催化剂挑选与运用

催化燃烧设备选用的氧化催化剂多为铂（Pt）贵金属型材料，其***运用温度在 350 ℃左右，形状***多为粉末状或蜂窝状。一般催化剂的运用期限在 5年左右，这需求依据待处理气体的浓度与成分而定。可对到达运用年限的催化剂进行再生处理，再生后的催化剂可循环运用。此外，在挑选氧化催化剂前需求对处理废气的风量、组分与浓度进行相关承认。组分决议氧化催化剂的品种，风量与浓度决议催化剂的用量。一般每种催化剂均有相应的空速比（SV），可依据相关数据推算出触媒的***致用量，计算公式见式。

其间：v 为催化剂空速，h-1；Q 为处理废气量，m3/h；Vc为催化剂用量，m3。

例如：某蜂窝状催化剂的 SV 值为 35 000 h-1（查表），风量为 4 200 m3/h，则可算出催化剂用量约为 0.12 m3。

1.6 处理效率

催化燃烧处理设备的效率在***合适温度（350℃左右）下可到达 95%以上，进口废气的浓度不同处理效率有所不同，浓度越高处理效率越高[3]。影响处理效率的要素包含：（1）催化剂中毒（含有硫、磷、硅等的化合物）；（2）温度过低，催化剂活性缺乏。

当处理废气中含有简单使催化剂中毒的物质时，可在催化剂室前设置前处理设备，即添加前处理催化剂。工程中常选用蜂窝状的陶瓷类前处理剂来去除硫等物质。相同，废气的组成不同，前处理剂的挑选也不同。此外，当温度过低时，氧化催化剂对废气中 VOCs 的氧化效率会***幅削弱，因而需求在设备中设置热电偶及传感器，使即时温度能及时显现在 PLC 盘柜显现屏中，并设置低温轻故障警报，当温度过低时主动点着燃烧加热器进行升温。

2 催化燃烧设备运用事例与作用剖析

催化燃烧设备选用催化剂对废气中的 VOCs 物质进行催化氧化，并构成无毒无害的 CO2 与 H2O。因为其处理效率高及操作、保护便利，已在化工、制药、食物等范畴广泛运用。

2.1 催化氧化设备运用实例

现在我***各省选用的 VOCs 测验规范***要为天津地标，即 DB 12/524—2014《工业企业挥发性有机物排放操控规范》，测验办法选用 HJ 734—2014《固定污染源废气挥发性有机物的测定 固相吸附 - 热脱附 / 气相色谱 - 质谱法》；比较于从前通过非甲烷总烃（ＮＭHC）来对废气处理质量进行点评，天津地标要点对苯、甲苯、二甲苯与 VOCs（24 项）目标进行测验。VOCs 测验办法 HJ 734—2014 中***要挥发性有机物的测验内容为：丙酮、异丙醇、正己烷、乙酸乙酯、苯六甲基二硅氧烷、3- 戊酮、正庚烷、甲苯、环戊酮、乳酸乙酯、乙酸丁酯（醋酸丁酯）、丙二醇单甲醚乙酸酯 、乙苯、对 / 间二甲苯、 2- 庚酮、苯乙烯、邻二甲苯、苯甲醚、苯甲醛、1- 癸烯、2- 壬酮、1- 十二烯等。

表 1 为某绕组线职业生产线所排放的废气未经处理时（设备进口处）及通过催化燃烧设备处理后出口气体各成分质量浓度的比照数据，设备处理风量为 15 000 m3/h，进口废气温度为常温状态，检测办法选用 HJ 734—2014

 

2.2 作用剖析

依据对出口废气成分与质量浓度的检测得知，废气中的苯、甲苯、二甲苯及 VOCs24 项测验成果均契合规范要求（印刷职业 50 mg/m3 以下），催化燃烧设备的 VOCs 处理效率高达 99.2%，满意***家***气污染管理相关文件中催化燃烧设备处理效率***于95%的要求。

3 结语

催化燃烧设备具有 VOCs 去除效率高、能耗低、主动化操作便利等***色，现已被广泛运用于各种职业。现在在我***，相关于传统吸附技术与生化技术等VOCs 处理办法，催化燃烧工艺商场的占有率超越22%，其在***外商场占有率高达 29%，显现出其日益老练而且被商场广泛承受的趋势[4]。催化燃烧设备合适处理中小风量（800~30 000 m3/h）废气，在风量较***、VOCs 质量浓度过低的状况下，可选用上游设备沸石转轮对气体进行浓缩，下流运用催化燃烧设备进行氧化处理的协同办法进行处理。整体来说，催化燃烧设备与工艺是一种经济便利的 VOCs 废气处理办法。