VOCs廢氣處理用催化燃燒裝置應用分析與研究

VOCs廢氣處理用催化燃燒裝置應用分析與研究

全國各地對于 VOCs廢氣的排放有著嚴格的控制，陸續公布了Z新的VOCs 排放標準。常規處理 VOCs 廢氣采用前端回收技術或后端氧化分解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進行分離；而氧化分解技術則是通過生化法，利用光、熱、催化劑或微生物對VOCs進行氧化分解，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廢氣與裝置內的貴金屬催化劑進行接觸并發生催化氧化反應，將有機物氧化生成無害的 CO2與H2O，達到除去VOCs目的的一種設備與工藝。

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 的工藝設備。與傳統蓄熱燃燒、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氧化催化劑的Z佳工作溫度（250~400 ℃），可實現低溫氧化廢氣中的 VOCs，并大大節省處理廢氣的運行成本。

1.1 催化燃燒裝置原理

催化燃燒裝置的結構及處理流程如圖 1 所示。含 VOCs 廢氣進入裝置入口，經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，也可通過旁路風閥補充空氣），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。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行熱交換，達到節約熱源的目的。風機采用耐高溫型號，放置于設備本體下游部分，目的在于使上游路徑形成負壓，防止氣體泄漏。裝置排氣口預設取樣孔，用于對處理后的廢氣進行成分檢測。

1.2 催化燃燒裝置安全性預防

由于催化燃燒裝置在燃燒室中采用明火對廢氣進行預熱，因此需考慮廢氣的相關安全措施：（1）廢氣中 VOCs 含量需控制在 LEL（爆炸下限）的 25%以下，以防止爆炸或火災。（2）回火控制：為防止回火，在設計管道尺寸時應使廢氣的Z低流速始終大于回火速度，或在前期管道主路設置減壓閥，使進氣壓力始終高于下游氣體壓力。（3）其他安全措施：采用回火防止器、稀釋空氣等方法。（4）設置輕故障或重故障報警及安全聯鎖控制系統，當有回火情況發生時，蜂鳴器將發出警報指示。

1.3 催化燃燒裝置的優缺點

催化燃燒廢氣處理技術是 20 世紀 40 年代末出現的。從 1949 年美國研制出世界上一套催化燃燒裝置到現在，該技術已廣泛地應用于油漆、橡膠、塑料、樹脂、皮革、食品和鑄造等領域，也用于汽車尾氣凈化等方面。中國在 1973 年開始將催化燃燒法用于治理漆包線烘干爐排出的有機廢氣，隨后又在絕緣材料、印刷工業等方面進行了研究，使催化燃燒法得到了廣泛的應用。經過多年來的發展與改良，催化燃燒裝置具有的優勢：（1） 可處理絕大多數VOCs 廢氣；（2）可將有機化合物氧化分解成無毒無害的 CO2 氣體與 H2O；（3）分解效率高達 95%以上，無需作后續處理；（4）可在低溫（200~400 ℃）下對 VOCs 進行分解，燃料消耗量低（節能）；（5）催化劑使用壽命長，可根據入口氣體的風量與 VOCs含量推斷催化劑的使用時間，且催化劑可進行再生利用；（6）設備內為負壓結構（風機設置在設備內部下游），可有效防止臭氣滲漏；（7）具有高度安全性，能在低溫下進行反應，無粉塵爆炸的危險；（8）處理效率在 99%以上。

催化燃燒裝置的缺點：（1）對于較大風量且低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、硅等物質時會發生催化劑中毒現象，因此需要設置預處理步驟。