VOCs废气处理用催化燃烧装置应用分析与研究

VOCs废气处理用催化燃烧装置应用分析与研究

全国各地对于 VOCs废气的排放有着严格的控制，陆续公布了Z新的VOCs 排放标准。常规处理 VOCs 废气采用前端回收技术或后端氧化分解2种方式，前者采用物理方法，在一定温度与压力下，通过冷凝、吸收剂、吸附剂或具有选择性的膜对VOCs进行分离；而氧化分解技术则是通过生化法，利用光、热、催化剂或微生物对VOCs进行氧化分解，并生成CO2与H2O。氧化分解VOCs的方法一般有直接燃烧法、蓄热式燃烧法、催化燃烧法等。其中，催化燃烧法的原理是通过使加热至一定温度的 VOCs废气与装置内的贵金属催化剂进行接触并发生催化氧化反应，将有机物氧化生成无害的 CO2与H2O，达到除去VOCs目的的一种设备与工艺。

1 催化燃烧装置介绍

催化燃烧装置是一种通过氧化催化剂对加热至一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、直燃式热氧化炉相比，具有热耗低、处理效率高（≥95%）的特点。常用的催化燃烧装置根据氧化催化剂的Z佳工作温度（250~400 ℃），可实现低温氧化废气中的 VOCs，并大大节省处理废气的运行成本。

1.1 催化燃烧装置原理

催化燃烧装置的结构及处理流程如图 1 所示。含 VOCs 废气进入装置入口，经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，也可通过旁路风阀补充空气），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。由于部分废气中含有硫、硅、磷等元素，会使贵金属催化剂中毒，因此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接触时，催化剂将废气中的 VOCs 氧化分解成CO2 和 H2O。处理后的无害气体将被送入一次换热器，与从入口来的废气进行热交换，达到节约热源的目的。风机采用耐高温型号，放置于设备本体下游部分，目的在于使上游路径形成负压，防止气体泄漏。装置排气口预设取样孔，用于对处理后的废气进行成分检测。

1.2 催化燃烧装置安全性预防

由于催化燃烧装置在燃烧室中采用明火对废气进行预热，因此需考虑废气的相关安全措施：（1）废气中 VOCs 含量需控制在 LEL（爆炸下限）的 25%以下，以防止爆炸或火灾。（2）回火控制：为防止回火，在设计管道尺寸时应使废气的Z低流速始终大于回火速度，或在前期管道主路设置减压阀，使进气压力始终高于下游气体压力。（3）其他安全措施：采用回火防止器、稀释空气等方法。（4）设置轻故障或重故障报警及安全联锁控制系统，当有回火情况发生时，蜂鸣器将发出警报指示。

1.3 催化燃烧装置的优缺点

催化燃烧废气处理技术是 20 世纪 40 年代末出现的。从 1949 年美国研制出世界上一套催化燃烧装置到现在，该技术已广泛地应用于油漆、橡胶、塑料、树脂、皮革、食品和铸造等领域，也用于汽车尾气净化等方面。中国在 1973 年开始将催化燃烧法用于治理漆包线烘干炉排出的有机废气，随后又在绝缘材料、印刷工业等方面进行了研究，使催化燃烧法得到了广泛的应用。经过多年来的发展与改良，催化燃烧装置具有的优势：（1） 可处理绝大多数VOCs 废气；（2）可将有机化合物氧化分解成无毒无害的 CO2 气体与 H2O；（3）分解效率高达 95%以上，无需作后续处理；（4）可在低温（200~400 ℃）下对 VOCs 进行分解，燃料消耗量低（节能）；（5）催化剂使用寿命长，可根据入口气体的风量与 VOCs含量推断催化剂的使用时间，且催化剂可进行再生利用；（6）设备内为负压结构（风机设置在设备内部下游），可有效防止臭气渗漏；（7）具有高度安全性，能在低温下进行反应，无粉尘爆炸的危险；（8）处理效率在 99%以上。

催化燃烧装置的缺点：（1）对于较大风量且低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、硅等物质时会发生催化剂中毒现象，因此需要设置预处理步骤。