吸附催化燃烧法在处理中低浓度有机废气(VOC)的应用

吸附催化燃烧法在处理中低浓度有机废气(VOC)的应用

黄桂兰

广东盈睿通环境科技有限公司523900

摘要：分析一种有效的有机废气净化技术——吸附与催化燃烧，实际运行结果表明，对于处理低浓度、大风量的有机废气，该技术与其它技术相比具有净化效率高、无二次污染和节省能耗等优点。

关键词：有机废气；吸附；催化燃烧

引言

目前，国内外对有机废气治理的常用方法有三种:液体吸收法、活性炭吸附法及催化燃烧法。液体吸收法净化效率为60%～80%，适合处理低浓度，大风量的有机废气，但存在着二次污染；催化燃烧法净化率为95%，适合处理高浓度，小风量的有机废气，缺点是对处理对象要求苛刻，该法要求气体的温度较高，为了提高废气温度，要消耗大量的燃料，所以运行费用很高；活性炭吸附法净化效率为99.2%～99.3%，对于处理大风量、低浓度的有机废气，国内外一致认为该法是最为成熟和可靠的技术，但该工艺流程过长，操作费用高，回收物也是溶剂和水的混合物，通常是不能重复使用的，并又产生一个液体废物处理问题，另外需要稳定的蒸气源也常常是厂家感到困难的事情。针对这些问题，近年来发展了一种有效的净化技术——吸附催化燃烧法。该方法是将活性炭吸附法和催化燃烧法结合在一起，成为一种结构紧凑，适合处理低浓度，大风量(如涂装废气)废气的联合系统。该工艺充分利用了活性炭吸附法和催化燃烧法的长处，克服其缺点，进一步提高净化效率，降低运行费用。本文将对该技术的净化原理及实际应用情况进行介绍。

一、催化燃烧工艺的流程特点

在有机废气处理工程中针对排放废气的不同情况，可以采用不同形式的催化燃烧工艺，但不论采用什么工艺方式，它的流程组成都具有共同的特点，如：

第一、有机废气进入催化燃烧装置的气体首要经过预处理，除去粉尘、液滴及有害组分，避免催化床层的堵塞和催化剂的中毒。

第二、有机废气进行催化床层的气体温度必须要达到所用催化剂的起燃温度，催化反应才能进行。因此对于低于起燃温度的进气，必须进行预热使其达到起燃温度。特别是开车时，对冷时气必须进行预热，因此催化燃烧法最适于连续排气的净化，经开车时对进气预热后，即可利用燃烧尾气的热量预热进口气体。若废气为间歇排放，每次开车均需对进口冷气癸进行预热，预热器的频繁启动，使能耗大大增加。气体的预热方式可以采用电热线也可以采用烟道气加热，目前应用较多的为电加热。

第三、催化燃烧反应放出大量的反应热，因此燃烧尾气温度很高，对这部分热量必须回收。一般首先通过换热器将高温尾气与进口低温气体进行热量交换以减少预热能耗，剩余热量可采用其他方式进行回收，在生产装置排出的有机废气温度较高的场合，如漆包线、绝缘材料等烘干温度可达300度以上，可以不高置预热器和换热器。但燃烧尾气的热量仍应回收。

1.2有机废气处理中催化燃烧工艺流程有分建式与组合式两种。

在分建式流程中，预热器、换热器、反应器均作为独立设备分别设立，其间用相应的管路连接，一般应用于处理气量较大的场合。

组合式流程将预热、换热及反应等部分组合安装在同一设备中，即所谓催化燃烧炉，流程紧凑、占地小，一般用于处理气量较小的场合。我国有这类装置的定型产品，可根据处理气量的大小进行选择。

二、工艺流程及净化原理

2.1工艺流程

下图是吸附催化燃烧工艺流程图。由图可知:这种处理系统组合十分紧凑，集吸附-脱附-催化燃烧于一体。对于连续工作的场合，设有两个吸附床交替使用，以保证生产和净化过程的连续操作。对于间断工作的场合，则采用单个吸附床就能解决问题。有机废气首先经过干式漆雾过滤器去除漆雾，然后再进入填充了活性炭的吸附床吸附净化，净化后的气体排入空气。当流出床层尾气中的有机物浓度快要达到标准时，即停止本床层的吸附操作(切换到另一吸附床)。对于达到允许吸附量的吸附床，按一定的浓度比把吸附在活性炭上的有机物用120℃的热风进行脱附，经浓缩后的高浓度有机气体，再经换热器预热到300℃后，进到催化床燃烧分解为二氧化碳和水。浓缩后的有机废气由于其热值的提高，因此在催化燃烧阶段不需要外加热源。燃烧后的尾气一部分被排往大气，一部分送往吸附床用于活性炭脱附再生，如此可以满足催化燃烧和吸附所需要的热能。

图，吸附浓缩-催化燃烧净化有机废气工艺流程图

2.2净化原理

吸附浓缩-催化燃烧工艺是活性炭吸附和催化燃烧的组合工艺，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把有机废气中的溶剂吸附在活性炭的空隙中，使所排废气得到净化；当活性炭吸附饱和后，用热风脱附再生；被脱附出来的有机物在催化剂的作用下，能在较低温度的状况转化为无毒无害的二氧化碳和水。由该工艺和其净化原理可知该工艺有以下优点:

(1)由活性炭捕获(吸附)废气中的有机物，使该工艺具有了活性炭吸附工艺的安全可靠、净化效率高、适应浓度范围广等优点。

(2)该工艺采用吸附-浓缩-催化燃烧组合工艺，整个系统实现了净化过程闭环操作，有机物一次处理彻底；无二次污染。

(3)该系统组合紧凑，充分利用热源，节省设备投资和操作费用。首先有机物经脱附后被浓缩(用热风脱附出来的有机物浓度比原来提高十几倍到几十倍)，其浓度接近自然状态，在催化燃烧阶段不需要外加热源就可以分解为水和二氧化碳。其次该工艺设备在运行过程中最大限度地利用了有机废气中有机成分的热值。

3实际应用效果及讨论

(1)广州某船厂集装箱分厂有两个喷漆生产车间，油漆采用环氧富锌底漆，稀释剂采用二甲苯溶剂，故有机废气的主要成分是甲苯、二甲苯，废气三苯浓度为300mg/m3(设计值)。每个车间有四个排气口，每个排气口的风量为30000m3/h，废气总量为40000m3/h(两个车间不同时工作)，对于这种浓度低、风量大的情况，该厂选用了四套吸附浓缩-催化燃烧装置。使用一年多来，其运行情况良好，附表的监测结果表明，废气出口浓度低于55.18mg/m3(三苯总量)，符合国家及地方排放标准。

(2)该工艺由于先采用活性炭浓缩，减少了要燃烧的废气量，使后续的催化燃烧设备规模变小，降低了设备投资；尽管被处理的有机物浓度低，但经浓缩后废气浓度可以达到自燃状态(1500×10-6)以上，所以催化燃烧装置所需外加热源的功率仅为45kW，使用时间为45～50min，同时活性炭脱附热源来自于燃烧废气，因此运行费用较低。日本学者曾对活性吸附法、催化燃烧法及吸附浓缩与催化燃烧的经济指标进行过比较，结果表明吸附浓缩与催化燃烧法的综合投资最低

(3)因为用热风代替蒸气脱附活性炭，脱附时间较长，所以脱附热气的温度不宜太高。

结束语

实际运行结果表明，该工艺对于大风量、低浓度的有机废气净化效果好，无二次污染，设备投资和操作费用低，是一种值得推广应用的技术。

在运行过程中，脱附阶段时间较长，应开发吸附量大，承受较高温度的吸附剂，以缩短脱附时间，提高工作效率。

参考文献：

[1]张建军.活性炭纤维有机废气回收技术在清洁生产中的应用[J].中国环保产业.2010.

[2]尹维东等.蜂窝状活性炭在大风量有机废气治理技术中的应用[J].环境科学研究.2010.

[3]乔惠贤等.大风量VOCs废气治理技术[J].第九届全国大气环境学术会议论文集，2012.