催化燃燒技術處理化工企業含VOCs廢氣的工藝研究

張云峰

摘 要：作為當前全球化的一個重大問題，環境問題是人們關注的焦點。環境惡化將會對人類生存、社會發展帶來嚴重威脅。伴隨我國經濟水平的不斷提升，工業生產排放出了大量揮發性有機物（VOCs）廢氣，因其排放量大、成分復雜等因素，將加重大氣污染程度。為此，本文在深入了解VOCs廢氣來源和危害的前提下，闡述了VOCs催化燃燒機理，在此基礎上對化工企業含VOCs廢氣中催化燃燒法的技術要點進行了分析，并結合案例得出催化燃燒技術在VOCs廢氣處理中應用效果良好，以期能為有關方面需要提供借鑒和參考。

關鍵詞：催化燃燒法;VOCs廢氣;危害

現階段，治理VOCs廢氣途徑方面，多集中于兩方面：一方面加強源頭治理，采用新技術、新工藝來取代原有的傳統技術、工藝，但受多種因素制約，目前很難達到目標;另一方面加強末端治理，多采用催化燃燒法、吸附法、生物法等處理VOCs廢氣。催化燃燒法是一種高效、清潔的有機廢氣處理工藝，其特點為處理效果好、能耗低、便于工業化應用。

1 VOCs廢氣的來源和危害

自然源和人為源是VOCs的主要來源，相比之下，自然源產生VOCs的量更大，但在污染程度方面，人為源的危害更甚。石油化工、電子組件、食品加工、紡織、尼龍化工等均是人為源中VOCs產生的主要源頭。

VOCs是否會危害人體健康或污染環境，決定因素在于VOCs自身化學性質與排放源。在有毒的非鹵代化合物內，苯、甲苯、丙烯等引起了廣泛重視。如甲苯被認為是一種高污染物。若人們長期處于低濃度揮發性有機化合物環境下，將會導致心緒混亂、身體虛弱、惡心、記憶力下降等。若濃度較高，則會意識模糊，甚至死亡。此類揮發性有機物因其具有在生物體內累積、劇毒、抗退化等特性，已被看做是有毒化合物。一直以來，人類可通過呼吸、飲水、游泳等方式與有機化合物長期接觸，若無法很好地治理VOCs廢氣，將會對環境和人類健康造成嚴重威脅。

2 VOCs催化燃燒機理

催化燃燒法是指在催化劑的作用下，可深度催化廢氣內的有機物進行氧化，最終可全部轉化為無機氧化物，如二氧化碳、水等，此過程屬于一個不可逆的過程。催化劑的合理使用，可大幅降低氧化反應的活化能，在有機化合物廢氣處理中，與熱力學燃燒法相比，催化燃燒法的反應溫度更低，一般在溫度250～400℃之間，利用催化劑大多數有機化合物盡可快速被全部氧化，具有極高的反應速率，基本不會出現二次污染，去除VOCs率高，可視為一種高效、節能的廢氣處理方法。

3 催化燃燒技術要點

3.1 催化燃燒裝置安全性預防

采用催化燃燒法處理化工VOCs廢氣時，在燃燒室內催化燃燒裝置可通過明火預熱廢氣。結合多年工作經驗，筆者認為可采取以下措施，第一，必須在LEL（爆炸下限）25%以內控制VOCs廢氣含量，避免出現爆炸等事故。第二，為防止回火，在管道尺寸設計時，保證回火速度始終低于廢氣最低流速，也可將減壓閥設于前期管道主路上，保證進氣壓力始終在下游氣體壓力之上。第三，合理選擇回火防止器、稀釋空氣等。第四，安設輕、重故障報警或安全聯鎖控制系統，若有回火問題出現，可通過蜂鳴器發出指示警報。

3.2 催化燃燒裝置運行參數

最大處理風量直接決定催化氧化裝置的大小，通常情況下，可在30000m3/h標準狀態下設置最大處理風量，應按照VOCs廢氣處理質量濃度與成分，合理選擇催化劑的類型與用量。按照以往經驗來看，350℃為催化劑氧化處理中最適宜的溫度，因此，針對廢氣可選擇燃燒室進行預加熱處理。為避免因溫度高低變化過大而出現工況溫度異常問題，可向編程邏輯控制器（PLC）傳送熱電偶信號，為準確監測及讀數提供方便，此外，可需設置溫度警報裝置，防止因溫度過高燒焦催化劑或溫度過低情況下催化劑處理活性不足。一般可采用液化天然氣（LNG）、液化石油氣（LPG）及電加熱等方式加熱廢氣。在確定燃氣用量時，需充分考慮燃料熱值、廢氣處理風量、入口溫度等各項參數，做好熱量衡算。結合大量研究證明，當VOCs質量濃度達到2000mg/m3以上時，其產生的熱量可達到燃氣外加的熱能要求。在熱量衡算中必須考慮此部分熱量，防止溫度過高會燒毀催化劑。

3.3 催化劑的選擇與使用

一般多采用鉑（Pt）貴金屬型材料作為催化燃燒裝置的氧化催化劑，其基本上以粉末狀、蜂窩狀呈現。根據使用說明5年為催化劑的使用期限，當然，還需對待處理氣體的濃度、成分來確定最終使用期限。若催化劑已達到使用年限可再生處理，這就說明其具有可循環使用性。除此之外，在氧化催化劑選擇時，還要先確定廢氣處理的風量、組份、濃度等，原因在于催化劑類型選擇由組份所決定，而風量、濃度則直接決定催化劑的用量，為此，必須將所得結果作為參考依據。

4 案例分析

某化工企業在生產過程中會向大氣排放大量VOCs廢氣，據實地調查結果顯示，該企業廢氣排放采用兩種形式，即集中式排放與無組織排放。其中集中式排放廢氣流量小，但具有較高污染物濃度，因此治理起來較為困難。而無組織廢氣的廢氣污染物濃度很低，但卻具有較大捕集風量。經分析可見，該企業廢氣的主要成分為丙二醇、丙烯醛等揮發性有機物。

4.1 工藝流程

根據當前企業廢氣產污情況，并與以往經驗結合，筆者認為可分5個階段完成催化燃燒處理含VOCs廢氣的工藝流程，具體如下：

1）通過阻火除塵器過濾廢氣，后進入熱交換裝置，經催化反應，高溫氣體便可進行能量間接交換，在該環節將再次提升廢氣溫度。2）氣體溫度升到一定值后，將進入預熱室，將會第二次提升氣體溫度。3）氣體開始第一級催化反應，該環節在低溫條件下部分有機廢氣將被分解，并有能量釋放出來，此時，可直接加熱廢氣，保證廢氣溫度滿足催化反應溫度需求。4）通過溫度檢測系統檢測廢氣溫度滿足要求后，便可進入催化反應室，徹底分解有機氣體，并有大量廢氣熱量釋放。5）氣體凈化之后，可利用熱交換器把熱能向冷氣流轉換，待溫度降低到指定值便可通過引風機排空。

4.2 主要技術參數

按照當前企業廢氣收集系統情況，可將1000m3/h設為催化燃燒裝置的廢氣處理能力，預熱溫度設計范圍為250～300℃，42kW為加熱功率，400～500℃為氧化分解溫度，5.5kW為風機功率，47.5KW為設備總功率。

4.3 應用效果

通過對裝置進出口尾氣的檢測可知，催化氧化技術的應用，可將廢氣內揮發性有機物有效去除，結果為：（1）處理前進口尾氣檢測結果為丙烯醛排放濃度平均值為17mg/m3，處理后丙烯醛排放濃度平均值為0.83mg/m3，去除率達到94.9%;（2）處理前進口尾氣非甲烷總烴排放平均值為37.1mg/m3，處理后非甲烷總烴排放濃度平均值為2.36mg/m3，去除率為93.2%;均符合《化學工業揮發性有機物排放標準》要求。

5 結束語

綜上所述，在化工企業生產過程中，不可避免地會產生大量揮發性有機物廢氣VOCs，這些廢氣若未經處理直接排空，將會產生嚴重的惡臭污染，且會對人體健康與生態平衡造成嚴重危害。催化燃燒技術在廢氣處理中去除VOCs率高，是一種高效、節能的廢氣處理方法，因此在化工企業含VOCs廢氣處理中得到了廣泛的應用。

參考文獻

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