VOCs 廢氣處理用催化燃燒裝置應(yīng)用分析與研究

揮發(fā)性有機(jī)化物（VOCs）是指沸點在50~260℃之間，室溫下飽和蒸汽壓超過 133.3 Pa的易揮發(fā)性有機(jī)化合物，包括苯、甲苯、二甲苯等常規(guī)烴類化合物，硫氨有機(jī)化合物等[1]。有機(jī)廢氣容易與大氣中的氮氧化物反應(yīng)生成 O3 并形成光化學(xué)煙霧，會對人體健康產(chǎn)生有害影響，因此 VOCs 廢氣的處理受到了各國的高度重視，發(fā)達(dá)國家近年陸續(xù)頒布了相關(guān)的法令以限制 VOCs 的排放。

2017年VOCs的排放量已超過3100 萬 t [2]，其來源主要有固定源與移動源2 種。移動源排放主要集中在汽車、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。固定源的種類很多，主要為石油化工工藝過程和儲存設(shè)備等的排出物及各種使用有機(jī)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。全國各地對于 VOCs廢氣的排放有著嚴(yán)格的控制，陸續(xù)公布了最新的VOCs 排放標(biāo)準(zhǔn)。常規(guī)處理 VOCs 廢氣采用前端回收技術(shù)或后端氧化分解2種方式，前者采用物理方法，在一定溫度與壓力下，通過冷凝、吸收劑、吸附劑或具有選擇性的膜對VOCs進(jìn)行分離；而氧化分解技術(shù)則是通過生化法，利用光、熱、催化劑或微生物對VOCs進(jìn)行氧化分解，并生成CO2與H2O。氧化分解VOCs的方法一般有直接燃燒法、蓄熱式燃燒法、催化燃燒法等。其中，催化燃燒法的原理是通過使加熱至一定溫度的 VOCs廢氣與裝置內(nèi)的貴金屬催化劑進(jìn)行接觸并發(fā)生催化氧化反應(yīng)，將有機(jī)物氧化生成無害的 CO2與H2O，達(dá)到除去VOCs目的的一種設(shè)備與工藝。

1 催化燃燒裝置介紹

催化燃燒裝置是一種通過氧化催化劑對加熱至一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、直燃式熱氧化爐相比，具有熱耗低、處理效率高（≥95%）的特點。常用的催化燃燒裝置根據(jù)氧化催化劑的最佳工作溫度（250~400 ℃），可實現(xiàn)低溫氧化廢氣中的 VOCs，并大大節(jié)省處理廢氣的運行成本。

1.1 催化燃燒裝置原理

催化燃燒裝置的結(jié)構(gòu)及處理流程。含 VOCs 廢氣進(jìn)入裝置入口，經(jīng)過濾器過濾后進(jìn)入換熱器室進(jìn)行熱交換，再進(jìn)入燃燒器室對廢氣進(jìn)行預(yù)加熱（燃燒用氧氣為廢氣中所含有的空氣，也可通過旁路風(fēng)閥補(bǔ)充空氣），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。由于部分廢氣中含有硫、硅、磷等元素，會使貴金屬催化劑中毒，因此預(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接觸時，催化劑將廢氣中的 VOCs 氧化分解成CO2 和 H2O。處理后的無害氣體將被送入一次換熱器，與從入口來的廢氣進(jìn)行熱交換，達(dá)到節(jié)約熱源的目的。風(fēng)機(jī)采用耐高溫型號，放置于設(shè)備本體下游部分，目的在于使上游路徑形成負(fù)壓，防止氣體泄漏。裝置排氣口預(yù)設(shè)取樣孔，用于對處理后的廢氣進(jìn)行成分檢測。