催化燃燒法處理噴漆有機(jī)廢氣的應(yīng)用研究

摘要：本文依托某噴漆企業(yè)有機(jī)廢氣治理工程，以非甲烷總烴為例，運(yùn)行單因素試驗(yàn)法，探討了進(jìn)氣濃度、催化溫度和空速對催化性能的影響，為催化燃燒法處理有機(jī)廢氣的工藝設(shè)計(jì)和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：催化燃燒；有機(jī)廢氣；研究

中圖分類號：X701 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：2095-672X（2018）06-0255-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.153

Abstract：In this paper， based on the organic waste gas treatment project of a paint spraying enterprise and taking the non-methane total hydrocarbon as an example， the effects of inlet air concentration， catalytic temperature and space velocity on the catalytic performance were investigated by running a single factor test method. It lays a foundation for the process design and application of catalytic combustion for the treatment of organic waste gas.

Keywords： Catalytic combustion；Volatile organic compounds；Research

隨著國家工業(yè)化的快速發(fā)展，近年來人們對大氣環(huán)境質(zhì)量越來越關(guān)注，以揮發(fā)性有機(jī)污染物為代表的大氣環(huán)境污染日趨嚴(yán)重[1]，噴漆企業(yè)因使用溶劑型涂料和溶劑型稀釋劑而成為揮發(fā)性有機(jī)廢氣的主要排放源。由于有機(jī)廢氣存在易揮發(fā)、成分復(fù)雜、揮發(fā)性不同等特點(diǎn)，難以去除。催化燃燒法是熱破壞法處理VOCs的其中一種方法，其在遠(yuǎn)低于直接燃燒溫度條件下處理低濃度的VOCs氣體，具有凈化效率高、無二次污染、能耗低的特點(diǎn)，是商業(yè)上處理VOCs應(yīng)用最有效的處理方法之一[2][3]。

1 催化燃燒工藝原理

催化燃燒是典型的氣—固相催化反應(yīng)，它在催化劑的作用下降低反應(yīng)的活化能，使其在較低的起燃溫度250～350℃下進(jìn)行無焰燃燒，在固體催化劑表面有機(jī)物質(zhì)發(fā)生氧化，同時(shí)產(chǎn)生CO2和H2O，并放出大量的熱量[3][4]，因其氧化反應(yīng)溫度低，所以大大地抑制了空氣中的N2形成高溫NOx。而且由于催化劑有選擇性催化作用，有可能限制燃料中含氮化合物的氧化過程，使其多數(shù)形成分子氮 [5]。

2 催化燃燒工藝設(shè)計(jì)

本研究選取貴金屬鈀為催化劑、陶瓷填料為載體，配置催化燃燒裝置一套。主要研究在設(shè)計(jì)處理風(fēng)量為2500m3/h、催化燃燒設(shè)計(jì)燃燒溫度為250℃、不同催化劑用量對VOCs去除效率的影響。

設(shè)計(jì)工藝流程如下圖所示：

有機(jī)廢氣通過風(fēng)機(jī)進(jìn)入催化燃燒設(shè)備的旋轉(zhuǎn)四通閥，，進(jìn)而通過陶瓷材料填充層（底層）預(yù)熱達(dá)到催化氧化所設(shè)定的溫度后，這時(shí)其中部分污染物氧化分解；廢氣繼續(xù)通過加熱區(qū)升溫，并維持在設(shè)定溫度；其再進(jìn)入催化層完成催化氧化反應(yīng)，即反應(yīng)生成CO2和H2O，并釋放大量的熱量，以達(dá)到預(yù)期的處理效果。

3 催化性能影響因素分析

3.1 不同進(jìn)氣濃度對催化性能的影響

以非甲烷總烴作為研究對象，其進(jìn)氣濃度在150mg/L-300 mg/L范圍內(nèi)，設(shè)定進(jìn)氣風(fēng)量為2500m3/h、空速為10000h-1、催化溫度在250℃，用單因素試驗(yàn)法，考察非甲烷總烴進(jìn)氣濃度對催化性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由上圖可知，非甲烷總烴的進(jìn)氣濃度對催化性能有一定影響，當(dāng)非甲烷總烴的進(jìn)氣濃度低于200mg/L時(shí)，其去除率不大于90%；當(dāng)進(jìn)氣濃度上升到200mg/L以上其催化性能趨向穩(wěn)定，去除率超過96%。原因可能是當(dāng)進(jìn)氣濃度較低時(shí)，過低的濃度在沒有添加助燃劑的情況下，燃燒不充分，只有當(dāng)進(jìn)氣濃度達(dá)到一定值，在設(shè)定的試驗(yàn)條件下，催化燃燒反應(yīng)充分，繼續(xù)加大進(jìn)度濃度，催化性能變化幅度不大。

3.2 催化溫度對催化性能的影響

設(shè)定進(jìn)氣風(fēng)量為2500m3/h、空速為10000h-1、進(jìn)氣濃度為210mg/L，使用單因素試驗(yàn)法，考察不同催化溫度對催化性能的影響。具體試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由上圖可見，非甲烷總烴的去除率隨著催化溫度的升高而增大，當(dāng)催化溫度低于220℃時(shí)，非甲烷總烴去除率低于90%；當(dāng)溫度上升到240℃-350℃之間，其催化性能達(dá)到最佳，非甲烷總烴去除率保持在98%左右；但350℃以后催化性能逐漸變?nèi)酢Ｒ虼?，在本設(shè)定的試驗(yàn)條件下，最佳催化性能溫度參數(shù)為240℃-350℃。

3.3 空速對催化性能的影響

空速在催化燃燒工藝設(shè)計(jì)是的一個(gè)重要參數(shù)，本節(jié)研究在進(jìn)氣風(fēng)量為2500m3/h、催化溫度為250℃、進(jìn)氣濃度為210mg/L的條件下，使用單因素試驗(yàn)法，設(shè)定空速為10000h-1-50000h-1之間，考察空速對催化性能的影響。

上圖表明，空速在10000h-1-25000h-1內(nèi)，對非甲烷總烴的去除率降幅不大；但當(dāng)空速超過25000h-1時(shí)，對催化性能的影響開始變大；空速為50000h-1時(shí)非甲烷總烴去除率僅剩41.43%。原因主要是空速大，一部分催化燃燒器中的有機(jī)廢氣尚未與催化劑充分接觸即被帶離反應(yīng)器，催化反應(yīng)不充分，從而影響催化性能，造成低去除率的結(jié)果。

4 結(jié)論

（1）非甲烷總烴的進(jìn)氣濃度對催化性能有一定影響，當(dāng)進(jìn)氣濃度達(dá)到一定值時(shí)，其催化性能趨向穩(wěn)定，具有較好的催化效果。（2）催化溫度對催化效果影響較大，非甲烷總烴的去除率隨著催化溫度的升高而變化，催化溫度過低和過高都不利于提高催化性能，最佳催化性能在一定溫度區(qū)間范圍內(nèi)體現(xiàn)。（3）空速過大大，會(huì)導(dǎo)致一部分催化燃燒器中的有機(jī)廢氣尚未與催化劑充分接觸即被帶離反應(yīng)器，催化反應(yīng)不充分，從而影響催化性能。

參考文獻(xiàn)

[1]董龍標(biāo)，馮偉銘，夏良媛等.揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理技術(shù)發(fā)展研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理.2016，41（5）：125-127.

[2]蕭琦，姜澤毅，張欣欣.多室蓄熱式有機(jī)廢氣焚燒爐工程應(yīng)用研究[J].環(huán)境工程.2011，29（2）：70-72.

[3]汪涵，郭桂悅，周玉瑩等.揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理技術(shù)的現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].化工進(jìn)展.2009，28（10）：1834-1836.

[4]何毅，王華等.有機(jī)廢氣催化燃燒技術(shù)[J].江蘇環(huán)境科技.2004，17（1）：35-38.

[5]曹秋偉，陳彥霞，張艷玲等.燃燒法處理有機(jī)廢氣的探討[J].科技視界.2012，27：356-357.

收稿日期：2018-05-12

作者簡介：李純愛（1983-），女，本科，中級工程師，研究方向?yàn)橛袡C(jī)廢氣處理。