中低浓度有机废气（VOC）处理中吸附催化燃烧法的应用

中低浓度有机废气（VOC）处理中吸附催化燃烧法的应用

王有强

东莞市环顺环保器材有限公司523820

摘要：分析了一种有效的有机废气净化技术——吸附催化燃烧法。实际运行结果表明，与其他技术相比，该技术具有净化效率高、无二次污染、处理低浓度、大风量有机废气节能等优点。

关键词：有机废气；吸附；催化燃烧

引言

众所周知，工业生产过程中会产生大量对大气环境有危害的有机气体。当前，中国的大气环境已受到严重污染，北方许多地区出现了严重雾霾天气。在这种情况下，必须加大有机废气处理技术的研发力度，通过提高废气处理技术来降低其对大气环境的危害。

一、VOC及其危害概述

1VOC概述

挥发性的有机化合物，简称为VOC，在工业生产中，通常作为溶剂来使用，使用之后便散发到大气中。现阶段，其应用比较广泛的领域包括石油化工、印刷、人造革及电子元器件、烤漆和医药等。

2VOC危害概述

从化学物质的性质来看，在工业生产等领域，一般用作溶剂的主要包括脂肪族化合物、卤代烃和芳香族化合物等。这些有机溶剂如果挥发到大气环境中，不仅会对大气环境造成严重污染，而且人体呼入被污染的气体后，对人体健康产生危害。比如苯，它常常被当作一种溶剂来使用，作为溶剂挥发到大气环境中，不仅可以被人体的皮肤所吸收，而且还可通过呼吸系统进入人体内部，造成慢性或急性中毒，不过人体的大部分中毒均是由于呼入有毒气体造成的。苯类化合物不仅会对人体的中枢神经造成一定的损害，而且还可能造成神经系统的障碍，进入人体后还会危害血液和造血器官，如果情况比较严重，甚至会有出血症状或患上败血症。氧化作用下，苯在生物体内可氧化成苯酚，从而造成肝功能异常，对骨骼的生长发育十分不利，诱发再生障碍性贫血。如果苯蒸汽浓度过高，生物可能因急性中毒而死亡。因此，ACGIH把苯列为潜在致癌物质。卤代烃类化合物会引发神经症候群和血小板的减少、肝脾肿大等不良状况，而且很有可能致癌。所以，必须控制VOC的排放，这不仅是对环境负责，也是对我们的生命健康负责。

二、催化燃烧过程的特点

1在有机废气处理项目中，对于废气排放的不同情况，可以采用不同形式的催化燃烧工艺。但无论采用何种工艺方法，其工艺组成都具有共性，如：

第一，对进入催化燃烧装置的有机废气中的气体进行预处理，去除粉尘、液滴和有害成分，避免催化床堵塞和催化剂中毒。

第二，有机废气催化床气体温度必须达到催化剂点火温度，才能进行催化反应。因此，对于低于点火温度的进气，必须进行预热才能达到点火温度。特别是在开车时，冷气体必须预热，所以催化燃烧法最适合于尾气的连续净化，开车后对进气进行预热，可以利用燃烧废气的热量预热进口气体。如果排气是间歇性的，每次启动时进气冷却的癸都要预热。预热器的频繁启动大大增加了能耗。气体预热方法可以是电热线加热或烟气加热。

第三，催化燃烧反应放出大量的反应热，所以燃烧尾气温度很高，这部分热量必须回收。一般首先通过热交换器将进口高温废气和热交换低温气体减少采暖能耗，剩余热量可以使用其他方法来回收，生产有机废气在更高的温度，如漆包线、绝缘材料，如干燥温度可以达到300度以上，可以不高预热器和换热器。但尾气燃烧余热仍需回收利用。

2有机废气处理中有两种催化燃烧工艺，即分建式和组合式。

在分建式过程中，分别设置预热器、换热器和反应器作为独立设备，通过相应的管道连接，一般用于大气量场合。

组合式将预热、传热和反应等部件组合安装在同一设备上，即所谓的催化燃烧炉，工艺紧凑，占地面积小，一般用于气体体积小的场合。我国有这种装置的定型产品，可根据加工气量的大小选择。

三、工艺流程及净化原理

1工艺流程

下图为吸附催化燃烧工艺流程图。从图中可以看出，该处理系统非常紧凑，集吸附、解吸和催化燃烧为一体。对于连续工作的场合，提供两个交替使用的吸附床，以确保生产和净化过程的连续运行。对于间歇作业，可采用单吸附床解决。有机废气首先通过干漆雾过滤器除去漆雾，然后进入充满活性炭的吸附床进行吸附净化，净化后的气体排放到空气中。当该床废气中的有机物浓度达到标准时，停止该床的吸附操作（切换到另一个吸附床）。达到使吸附床的吸附量，在一定浓度的有机物吸附在活性炭120℃热空气剥离，浓缩后的高浓度有机气体，然后通过换热器预热到300℃，进入催化床燃烧分解成二氧化碳和水。由于高浓度有机废气发热量的增加，催化燃烧阶段不需要额外的热源。燃烧后，一部分废气排放到大气中，一部分被送到吸附床进行活性炭的脱附和再生，以满足催化燃烧和吸附所需要的热能。

2净化原理

吸附浓缩-催化燃烧过程是活性炭吸附与催化燃烧过程的结合。有机废气经过了吸附、浓缩和催化燃烧三个过程。首先利用活性炭的多孔性和空隙表面的张力将有机废气中的溶剂吸附到活性炭的空隙中净化废气。活性炭吸附饱和时，用热风脱附再生；脱硫有机物在催化剂作用下，可在较低温度下转化为无毒的二氧化碳和水。根据该工艺及其净化原理知该工艺具有以下优点：

（1）利用活性炭吸附废气中的有机化合物，使该工艺具有吸附活性炭安全可靠、净化效率高、适用浓度范围广等优点。

（2）本工艺采用吸附-浓缩-催化燃烧相结合的工艺，整个系统实现了净化工艺的闭环运行，有机物一次彻底处理；没有二次污染。

（3）系统组合紧凑，充分利用热源，节约设备投资和运行成本。首先，有机物经过解吸后浓缩（热风对有机物的解吸浓度是原来的10-几十倍），其浓度接近自然状态。在催化燃烧阶段，有机物可以分解为水和二氧化碳，不需要额外的热源。其次，在工艺设备的运行过程中，最大限度地利用了有机废气中有机组分的热值。

四、实际应用效果与讨论

（1）某船厂集装箱厂有两个喷漆生产车间。涂料为环氧富锌底漆，稀释剂为二甲苯溶剂。因此，有机废气的主要成分是甲苯和二甲苯，废气三苯的浓度为300mg/m3（设计值）。每个车间有四个排风口，每个排风量为30000m3/h，废气总量为40000m3/h（两个车间不同时工作），对于这个低浓度、高风量的车间，工厂选用了四套吸附富集-催化燃烧装置。从附表的监测结果来看，我国的废气出口浓度低于55.18mg/m3（甲苯总量），符合国家和地方排放标准。

（2）该工艺首先采用活性炭浓度降低待燃废气量，降低后续催化燃烧设备规模，减少设备投资；虽然正在处理有机物的浓度很低，废气浓度后能达到的浓度超过了自燃状态（1500×10-6），所以外部热源的力量所需要的催化燃烧装置只有45千瓦，45-50min使用时间。同时，活性炭脱附热源来源于燃烧废气，运行成本低。日本学者比较了活性炭吸附、催化燃烧和吸附浓度与催化燃烧的经济指标，结果表明吸附浓度与催化燃烧的综合投资最低

（3）由于蒸汽脱附活性炭被热风替代，脱附时间较长，因此脱附热气体温度不宜过高。

结束语

实际运行结果表明，该工艺对风量大、浓度低的有机废气净化效果好、无二次污染、设备投资少、运行成本低，值得推广应用。

在运行过程中，脱附阶段时间较长，应研制吸附量大、温度高的吸附剂，以缩短脱附时间，提高工作效率。

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