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揮發(fā)性有機(jī)物 (Volatile Organic Compounds,簡(jiǎn)稱VOCs)是石油化工、制藥、印刷、噴漆、制鞋等行業(yè)排放廢氣中的主要污染物。該類有機(jī)物大多具有毒性并伴有惡臭 , 部分還可以致癌 , 且多數(shù) VOCs 對(duì)臭氧層有破壞作用。傳統(tǒng)的有機(jī)廢氣凈化方法有吸附法、冷凝法和直接燃燒法等 , 但它們有易產(chǎn)生二次污染、能耗大、易受有機(jī)廢氣濃度和溫度限制的缺點(diǎn)。而新興的催化燃燒技術(shù)已由實(shí)驗(yàn)階段走向工程實(shí)踐。
 
基本原理/催化燃燒
催化燃燒是典型的氣-固相催化反應(yīng)，其實(shí)質(zhì)是活性氧參與深度氧化作用。在催化燃燒過(guò)程中，催化劑的作用是降低反應(yīng)的活化能，同時(shí)使反應(yīng)物分子富集于催化劑表面，以提高反應(yīng)速率。借助催化劑可使有機(jī)廢氣在較低的起燃溫度條件下發(fā)生無(wú)焰燃燒，并氧化分解為CO2和H2O，同時(shí)放出大量熱。
 
特點(diǎn)/催化燃燒
2.1 起燃溫度低，節(jié)省能源。
 
有機(jī)廢氣催化燃燒與直接燃燒相比，具有起燃溫度低、能耗低的顯著特點(diǎn)。在某些情況下，催化燃燒達(dá)到起燃溫度后便無(wú)需外界供熱。
 
2.2 適用范圍廣
 
催化燃燒幾乎可以處理所有的烴類有機(jī)廢氣及惡臭氣體。對(duì)于有機(jī)化工、涂料、絕緣材料等行業(yè)排放的低濃度、多成分、無(wú)回收價(jià)值的廢氣，采用吸附-催化燃燒法的處理效果更好。
 
2.3 處理效率高
 
用催化燃燒法處理有機(jī)廢氣的凈化率一般都在95%以上，最終產(chǎn)物為無(wú)害的CO2和H2O （雜原子有機(jī)化合物還有其他燃燒產(chǎn)物），且由于燃燒溫度低，能大量減少NOX的生成，因此不會(huì)造成二次污染。
 
催化劑及催化燃燒動(dòng)力學(xué)/催化燃燒
3.1 催化劑種類
 
燃燒型催化劑的種類比較多，按活性成分大體可分為貴金屬催化劑、過(guò)渡金屬氧化物催化劑和復(fù)氧化物催化劑3大類。
 
3.1.1 貴金屬催化劑
 
Pt、Pd、Ru等貴金屬對(duì)烴類及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性，且使用壽命長(zhǎng)、適用范圍廣、易于回收，因而是最常用的廢氣燃燒催化劑。如我國(guó)最早采用的Pt2Al2O3催化劑就屬于此類催化劑。但由于其資源稀少、價(jià)格昂貴、耐中毒性差，因此，人們一直在努力尋找替代品，盡量減少其用量。
 
3.1.2 過(guò)渡金屬氧化物催化劑
 
作為貴金屬催化劑的取代品，氧化性較強(qiáng)的過(guò)渡金屬氧化物對(duì)CH4等烴類和CO的氧化都具有較高的催化活性，同時(shí)成本較低，常見(jiàn)的有MnOx、CoOx和CuOx等催化劑。大連理工大學(xué)研制的含MnO2催化劑，在一定條件下能消CH3OH蒸汽，對(duì)C2H4O、C3H6O、C6H6 蒸汽的清除也很有效果。
 
3.1.3 復(fù)氧化物催化劑
 
一般認(rèn)為，復(fù)氧化物之間由于存在結(jié)構(gòu)或電子調(diào)變等相互作用，其催化活性比相應(yīng)的單一氧化物要高。復(fù)氧化物催化劑主要有以下兩大類。
 
工藝流程/催化燃燒
根據(jù)廢氣的預(yù)熱方式及富集方式，催化燃燒工藝流程可分為 3 種。
 
(1) 預(yù)熱式。預(yù)熱式是催化燃燒的最基本流程形式。有機(jī)廢氣溫度在100℃以下、濃度也較低時(shí)，熱量不能自給，因此在進(jìn)入反應(yīng)器前需要在預(yù)熱室加熱升溫。通常采用煤氣或電加熱將廢氣升溫至催化反應(yīng)所需的起燃溫度；燃燒凈化后的氣體在熱交換器內(nèi)與未處理的廢氣進(jìn)行熱交換，以回收部分熱量。
 
(2) 自身熱平衡式。有機(jī)廢氣溫度高且有機(jī)物含量較高，通常只需要在催化燃燒反應(yīng)器中設(shè)置電加熱器供起燃時(shí)使用，通過(guò)熱交換器回收部分凈化氣體所產(chǎn)生的熱量，正常操作下能夠維持熱平衡，不需補(bǔ)充熱量。
 
(3) 吸附-催化燃燒。當(dāng)有機(jī)廢氣的流量大、濃度低、溫度低 , 采用催化燃燒需消耗大量燃料時(shí)，可先采用吸附手段將有機(jī)廢氣吸附于吸附劑上進(jìn)行濃縮，然后通過(guò)熱空氣吹掃，使有機(jī)廢氣脫附成為高濃度有機(jī)廢氣（可濃縮10倍以上）后再進(jìn)行催化燃燒。不需要補(bǔ)充熱源就可維持正常運(yùn)行。
 
有機(jī)廢氣催化燃燒工藝的選擇主要取決于：
 
燃燒過(guò)程的放熱量 , 即廢氣中可燃物的種類和濃度；
 
起燃溫度 , 即有機(jī)組分的性質(zhì)及催化劑活性；
 
熱回收率等。當(dāng)回收熱量超過(guò)預(yù)熱所需熱量時(shí)，可實(shí)現(xiàn)自身熱平衡，無(wú)需外界補(bǔ)充熱源，這是最經(jīng)濟(jì)的。
 
催化燃燒過(guò)程的熱平衡/催化燃燒
催化燃燒是放熱反應(yīng)，放熱量的大小取決于有機(jī)物的種類及其含量。如能依靠廢氣燃燒的反應(yīng)熱維持催化燃燒過(guò)程持續(xù)進(jìn)行是最經(jīng)濟(jì)的操作方法。而能否以自熱維持體系的正常反應(yīng)則取決于燃燒過(guò)程的放熱量、催化劑的起燃溫度、熱量回收率、廢氣的初始溫度等條件。
 
以含甲苯的廢氣凈化為例，設(shè)3種廢氣分別含甲苯8000mg/m3、4000mg/m、2000mg/m3,催化劑相應(yīng)的起燃溫度分別為200℃、250℃、300℃ , 廢氣的初始溫度分別為30℃、 150℃，熱交換器效率與需補(bǔ)充能量之間的關(guān)系。
 
應(yīng)用/催化燃燒
6. 1 溶劑類污染物的凈化處理
 
這類污染物量大面廣，主要是三苯（苯、甲苯和二甲苯）、酮類、醇類及其他一些含氧衍生物等。采用吸附-催化燃燒法治理彩印廠三苯廢氣，治理前廢氣濃度為1320mg/m3，治理后濃度小50 mg/m3，達(dá)到國(guó)家排放要求。
 
對(duì)主要含烴類污染物的石化污水處理場(chǎng)隔油池散發(fā)的廢氣進(jìn)行處理，采用蜂窩狀Pt、 Pd、Ce多組分TC79-2-2H催化劑對(duì)進(jìn)口總烴體積分?jǐn)?shù)為1000-6000μl/L的廢氣進(jìn)行催化燃燒，凈化排氣總烴體積分?jǐn)?shù)小于100μl/L，總烴去除率達(dá)到97%以上。
 
設(shè)備概述/催化燃燒
CCO型有機(jī)氣體吸附催化一體化是我公司積累近二十年有機(jī)氣體治理的經(jīng)驗(yàn)研制成功的高效節(jié)能、無(wú)二次污染的新型環(huán)保產(chǎn)品，經(jīng)眾多的用戶使用，該項(xiàng)處理技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品的領(lǐng)先水平。
 
用途
 
本凈化裝置主要用作涂裝、噴漆、家電、制鞋、塑料及各種化工車間里揮發(fā)或滲漏出有害廢氣的凈化及臭味的消除，最宜適用于低濃度（≤200mg/m3）的不適宜采用直接燃燒或催化燃燒和回收處理的有機(jī)廢氣，尤其對(duì)大風(fēng)量的處理場(chǎng)所，可獲得滿意的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
 
原理
 
本凈化裝置是根據(jù)吸附（效率高）和催化燃燒（節(jié)能）兩個(gè)基本原理設(shè)計(jì)的，即吸附濃縮－催化燃燒法。
 
含有機(jī)物的廢氣經(jīng)風(fēng)機(jī)的作用，經(jīng)活性炭吸附層，有機(jī)物質(zhì)被活性炭特有的作用力吸附在其內(nèi)部，潔凈氣體被排出；經(jīng)一段時(shí)間后，活性炭達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，停止吸附，此時(shí)有機(jī)物已經(jīng)被濃縮在活性炭?jī)?nèi)。
 
催化凈化裝置內(nèi)設(shè)加熱室，啟動(dòng)加熱裝置，進(jìn)入內(nèi)部循環(huán)，當(dāng)熱氣源達(dá)到有機(jī)物的沸點(diǎn)時(shí)，有機(jī)物從活性炭?jī)?nèi)揮發(fā)出來(lái)，進(jìn)入催化室進(jìn)行催化分解成水和二氧化碳，同時(shí)釋放出能量。利用釋放出的能量再進(jìn)入吸附床脫附時(shí)，此時(shí)加熱裝置完全停止工作，有機(jī)廢氣在催化燃燒室內(nèi)維持自燃，尾氣再生，循環(huán)進(jìn)行，直到有機(jī)物完全從活性炭?jī)?nèi)部分離，至催化室分解?；钚蕴康玫搅嗽偕?，有機(jī)物得到分解處理。
 
技術(shù)性能及特點(diǎn)
 
該設(shè)備設(shè)計(jì)原理先進(jìn)，用材獨(dú)特，性能穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單、安全可靠、無(wú)二次污染。設(shè)備占地面積小、重量輕。吸附床采用堆放式結(jié)構(gòu)，裝填方便，更換容易。