活性炭+催化燃燒技術在噴漆廢氣上的應用

王文婷

（廣州巨邦環保工程設備有限公司 廣東廣州 510510）

引言

隨著經濟的發展，汽車已成為人們出行不可代替的交通工具。汽車在生產過程中尤其噴漆過程中產生一定的廢氣污染。噴漆廢氣主要成分為甲苯、二甲苯、芳香烴等有機物質。有機廢氣常用處理方法有：冷凝法、吸收法、吸附法、生物法、催化氧化法、低溫等離子法等。活性炭吸附技術對此類廢氣具有較好的處理效果，但易產生固廢污染，在此基礎上，建議使用活性炭吸附+催化燃燒脫附技術。

1 活性炭吸附+催化燃燒脫附技術

1.1 活性炭吸附原理

含有機物的廢氣經風機送至活性炭塔，利用活性炭多微孔比表面積大的吸附能力強將有機物質吸附在活性炭微孔內，潔凈氣被排出；經一段時間后，活性炭達到飽和狀態時，停止吸附，此時有機物已經被濃縮在活性炭內。再利用催化燃燒對飽和活性炭進行脫附再生，重新投入使用。

1.2 電催化氧化ECO工作原理

VOC-CO型有機氣體催化凈化裝置，是利用催化劑使有害氣體中的可燃組分在較低的溫度下氧化分解的凈化方法。對于CnHm和有機溶濟蒸汽氧化分解生成CO2和H2O并釋放出大量熱量。其反應方程式為：

該裝置主體結構由凈化裝置主機、引風機、控制系統三大部分組成。其中凈化裝置包括：除塵阻火器、熱交換器、預熱器、催化燃燒室。

圖1 VOC-CO原理圖

2 應用設計

2.1 項目基本情況

廣州某一汽車有限公司，具有四個面漆房，排出的有機廢氣通過匯總風管接入廢氣處理設備，處理風量為80000m3/h；廢氣成分：三苯（苯、甲苯、二甲苯）以及顆粒物；VOCs濃度：＜200 mg/Nm3；進氣溫度：35℃；廢氣濕度：無（按常規空氣濕度設計）；工作節拍：24 小時/天。

2.2 工藝流程圖

本工程選用初效過濾器+中效過濾器+吸附床吸附+催化燃燒處理工藝。

圖2 工作流程圖

車間的廢氣經由初效過濾器過濾后，由管道收集系統收集后，進入中效過濾器去除其中的顆粒物質及噴漆渣霧，含有機物的廢氣經風機的作用，經活性炭吸附層，有機物質被活性炭特有的作用力吸附在其內部，潔凈氣被排出；經一段時間后，活性炭達到飽和狀態時，停止吸附，此時有機物已經被濃縮在活性炭內。催化凈化裝置內設加熱室，啟動加熱裝置，進入內部循環，當熱氣源達到有機物的沸點時，有機物從活性炭內揮發出來，進入催化室進行催化分解成水和二氧化碳，同時釋放出能量。利用釋放出的能量再進入吸附床脫附時，此時加熱裝置完全停止工作，有機廢氣在催化燃燒室內維持自燃，尾氣再生，循環進行，直到有機物完全從活性炭內部分離，至催化室分解。活性炭得到了再生，有機物得到分解處理。

2.3 主要設備選型

2.3.1 活性炭吸附塔

廢氣成分主要為苯系物（苯、二甲苯、甲苯等），活性炭床單床處理風量為30000m3/h，按照連續運行方式設計則活性炭床數量為4臺，工作時始終有一臺活性炭床處于備用狀態。活性炭床設計空塔氣速0.8m/s，駐留時間為0.625s，按初始濃度200mg/m3計算則單床吸附周期為93.7h。

表1 活性炭設備選型（單臺設備）

2.3.2 CO催化氧化爐裝置

（1）阻火除塵器：將設備和廢氣源之間的危險阻隔開來，保證處理設備和生產設備之間的安全，同時除去廢氣源中的粉塵。（2）熱交換器：將有機氣體分解后的熱能和廢氣源冷氣流進行冷熱交換，置換熱能，提高廢氣源的溫度。當廢氣濃度達到一定值時，通過熱交換器的作用，可以保證設備在無運行功率（或低功率）的狀態下正常運轉，是催化凈化裝置中對廢氣源進行第一次溫度提升裝置，也是設備中節能設施之一。（3）預熱室：廢氣源在進入催化燃燒室之前，經溫度檢測儀檢測，溫度達不到催化反應的條件，由布置在預熱室內的電加熱系統進行溫度的第二次提升。（4）催化反應室：達到溫度條件的有機廢氣進入第一級催化反應室；第一催化反應室內裝蜂窩狀催化劑，中間分插電加熱組件，利用紅外線輻射原理，使蜂窩狀催化劑溫度達到反應溫度，使部份有機物進行分解，釋放出能量，直接使廢氣溫度提升，是本設備設計的第三溫度提升處，也叫催化升溫；溫度提升后的有機氣體進入催化固定床，內置蜂窩狀催化劑，滿足反應條件的有機氣體在此完全分解，廢氣變成潔凈氣體。（5）主排風機：選用國內名牌優質通用風機，耐高溫低轉速，保證工作效果同時保證風機噪聲不超過 85dB，沒有二次污染，是整個裝置氣流運轉的動力源。

2.4 設備安全設置

在設備的進口設置了阻火除塵裝置，將生產線和處理設備之間的任何危險斷開，同時處理廢氣源中的灰塵，保證廢氣的潔凈度。裝置正常運轉。阻火器應能有效地防止火焰通過。在催化反應室內設置了泄壓口，當設備內部的壓力30-80Kpa之間時，自動泄壓，使設備始終在安全狀態下運行。裝置的金屬外殼應有明顯的接地標志，金屬殼體或可能帶電的金屬部位（包括因絕絕緣損壞可能帶電的金屬件）與接地螺釘間的電阻不大于0.1歐姆。裝置的絕緣電阻不小于2MΩ。裝置的帶電部分與外殼之間應能承受頻率為50HZ，電壓為2000V。持續1min的耐壓試驗，不得發生擊穿和閃絡現象。電加熱組件可以根據廢氣的溫度起伏，自動控制補償和停止；當反應溫度出現高溫時，自動停止電加熱的電源，溫度降低后會自動起動，恢復正常工作。控制系統上顯示廢氣預熱溫和氣體反應溫度，可以清楚了解氣體氧化分解效果。可以從控制系統中了解電加熱組件工作狀態及電加熱組件的完好狀態，電源均有良好地接地和保護措施。整個系統為負壓工作方式，廢氣不存在外溢現象。設備外表面用絕緣保溫材料進行保溫，使表面的外殼溫升為46-50℃，整個設備的絕緣電阻小于 2MΩ。

2.5 運行費用

（1）電力消耗費用

e1=吸附凈化部分105kw×24小時×0.8元/度×80%=1612.8元/天。

e2= 脫附部分（100kw/3+7.5kw+2.2kw）×6小時×0.8元/度×80%=165.248 元/天。

（2）耗材活性炭更換費用

e3=124800 元÷（3×330 天/年）=126.06 元/天。

（3）過濾袋更換費用

e4=37.6只×20元÷（7天更換一次）=107.42元/天。（4）催化劑更換費用

e5=70000元÷8000小時×6小時/天=52.5元/天。

（5）日運行費用統計

日運行總費用=（e1+e2+e3+e4+e5）×2=4128.056 元/天。

2.6 運行結果

經調試后，有機廢氣各指標均能達標排放。

結語

（1）汽車噴漆廢氣對環境產生了一定的影響，目前的處理方法，活性炭吸附-催化燃燒法具有較好的處理效果。

（2）此處理工藝在廣州一工廠進行運用，具有較理想的處理效果，處理后廢氣均能達標排放。