催化單元在漆包線生產(chǎn)中凈化廢氣的應(yīng)用

曾曉丹

[科學(xué)城（廣州）環(huán)保產(chǎn)業(yè)投資集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510530]

漆包線是制造電子器件的主要原料，尤其在現(xiàn)代社會，在各類家電中得到了越來越多的使用，這對漆包線的發(fā)展起到了很大的推動作用。近年來，我國的漆包線工業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)品數(shù)量約占全球總產(chǎn)量的1/2。然而，在漆包線的生產(chǎn)過程中，因為涂料的揮發(fā)性等原因，會產(chǎn)生很多危害大自然和人類健康的氣體，因此，為了達(dá)到環(huán)保的要求，必須采用科學(xué)、高效的工藝來治理這些氣體。漆包線廢氣常用的處理方法有催化燃燒（催化氧化）、噴淋吸收、活性炭吸附、濕式靜電工藝等，目前較成熟穩(wěn)定的工藝為催化燃燒工藝。本文結(jié)合對廣州某銅業(yè)公司的生產(chǎn)原輔料組分和漆包機(jī)臺排放的廢氣組分分析，以及對機(jī)臺排放廢氣進(jìn)行催化燃燒試驗效果的研究情況，簡要論述催化單元在漆包線生產(chǎn)中凈化廢氣的應(yīng)用。

1 漆包線行業(yè)廢氣排放存在的問題

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們越來越關(guān)注環(huán)保問題。漆包線制造的節(jié)能、環(huán)保更好地體現(xiàn)了它的經(jīng)濟(jì)價值和社會責(zé)任，在制造漆包線的工藝中，使用的漆包涂料中包含了許多稀釋劑和有機(jī)溶劑。漆包線企業(yè)所使用的原輔材料以油性涂料為主，對廣州某銅業(yè)公司的原輔料進(jìn)行組分分析得知，主要揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）、苯系物和含氮（N）有機(jī)物等，大部分成分為苯系物、酚類、醇類、酮類、烷烴類等VOCs，其中苯系物主要以二甲苯、三甲苯為主，酚類主要以甲酚、苯酚為主。當(dāng)涂料被高溫凝固過程中，部分VOCs 就會揮發(fā)出來。若該類廢氣不加以收集處理，直接釋放入空氣，則會引起以下問題：釋放到生產(chǎn)車間中，對工作人員的身體和精神都產(chǎn)生較大危害；若未處理或處理效果不達(dá)標(biāo)，釋放到周邊環(huán)境中，則會嚴(yán)重污染周邊環(huán)境及周邊居民的身心健康。

根據(jù)DB 44/816—2010《表面涂裝（汽車制造業(yè)）揮發(fā)性有機(jī)化合物排放標(biāo)準(zhǔn)》、GB 14554—1993《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對氣體排放限值的要求。未進(jìn)行任何治理或采用低效治理工藝的漆包線廢氣，其排放必然不能滿足標(biāo)準(zhǔn)限值要求，因此，對漆包線生產(chǎn)排放的VOCs 廢氣進(jìn)行治理十分必要，應(yīng)通過一些方法來減少生產(chǎn)中所產(chǎn)生的有毒有害氣體，使其符合排放要求[1]。

2 催化燃燒技術(shù)綜述

催化燃燒技術(shù)的基本原理是在廢氣處理裝置中引入催化劑，在適宜的溫度和壓力條件下，將有機(jī)有害物質(zhì)催化燃燒為無害物質(zhì)，如水和二氧化碳，以實現(xiàn)廢氣凈化的目標(biāo)。催化燃燒常用的催化劑包括金屬氧化物、過渡金屬及貴金屬，其選擇依據(jù)廢氣組成和處理要求而定。

2.1 催化燃燒技術(shù)的優(yōu)點

（1）它能高效凈化廢氣，將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，有效降低環(huán)境污染。

（2）通過催化劑的利用，可以回收廢氣中的熱能，從而節(jié)約能源消耗。

（3）催化燃燒技術(shù)也具有處理效果穩(wěn)定且無二次污染的特點。

2.2 催化燃燒技術(shù)臨著的挑戰(zhàn)

（1）催化劑的選擇和更新是一個重要考慮因素，需要根據(jù)廢氣成分和處理要求來選擇催化劑類型和性能。

（2）氣流分布、溫度和壓力的控制也是催化燃燒技術(shù)中需要解決的問題，以確保催化反應(yīng)在最佳工作條件下進(jìn)行[2]。

總而言之，催化燃燒技術(shù)通過催化劑的應(yīng)用，能夠高效凈化廢氣并回收能源，具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，在實際應(yīng)用中，需要綜合考慮催化劑選擇、廢氣成分變化，以及溫度壓力控制等因素，并不斷完善技術(shù)，以提高催化燃燒技術(shù)的效果和經(jīng)濟(jì)性。

3 催化單元的工作原理和適用性

3.1 催化反應(yīng)基本原理

有機(jī)廢氣的催化氧化，是消除排放廢氣中有害物質(zhì)的一種有效方法。采用催化劑可以降低氧化反應(yīng)所需的活化能，提高反應(yīng)速率。催化劑能夠提供新的反應(yīng)路徑，使反應(yīng)更容易發(fā)生，但本身在反應(yīng)結(jié)束時并不消耗。催化反應(yīng)可以加速反應(yīng)速率，提高反應(yīng)選擇性，并在更溫和的條件下進(jìn)行。

3.2 影響催化劑選擇的因素

催化劑應(yīng)具有較高的活性、選擇性和穩(wěn)定性。催化劑選擇應(yīng)根據(jù)廢氣中的成分和濃度，選擇能夠有效催化轉(zhuǎn)化目標(biāo)物質(zhì)的催化劑，應(yīng)考慮反應(yīng)溫度和壓力范圍，確保催化劑在反應(yīng)條件下具有較高的活性和穩(wěn)定性，根據(jù)反應(yīng)的速率要求和催化劑壽命要求，選擇具有適當(dāng)活性和較好穩(wěn)定性的催化劑。

4 催化單元在漆包線凈化廢氣中的應(yīng)用分析

4.1 催化燃燒技術(shù)處理漆包線行業(yè)廢氣概述

催化燃燒技術(shù)是一種無火焰燃燒氧化技術(shù)，也是一種常見的催化單元應(yīng)用于漆包線廢氣凈化的工藝技術(shù)。在漆包線生產(chǎn)過程中，清洗、退火、冷卻、上漆、檢驗等工藝會產(chǎn)生大量的有害廢氣，特別是在上漆和烘干環(huán)節(jié)會釋放出大量的VOCs，須通過合理的廢氣治理，降低這些有害廢氣對空氣的污染和人體的危害。催化燃燒技術(shù)可以有效處理廢氣中的VOCs 等有害物質(zhì)。廢氣經(jīng)過催化劑床層時，借助催化劑降低燃燒（氧化）反應(yīng)活化能，將有機(jī)廢氣中的VOCs 和其他有害物質(zhì)在較低溫度下氧化轉(zhuǎn)化成無污染的水和二氧化碳，從而實現(xiàn)廢氣凈化的目的，減少對環(huán)境的污染。在催化燃燒過程中，采用特殊的催化劑，如鉑族金屬，鉑族金屬催化劑具有良好的催化性能和化學(xué)穩(wěn)定性，能促進(jìn)氧化反應(yīng)高效進(jìn)行。

催化燃燒技術(shù)處理漆包線廢氣時，最適合的催化溫度為350～550℃，空速為5 000～15 000 h-1，不同的催化材料，適用不同的催化溫度、空速，催化效率也不一樣。

4.2 廢氣處理效率評估方法

在催化單元用于漆包線生產(chǎn)中的廢氣凈化過程中，可以采用以下方法評估廢氣處理效率：使用氣體分析儀器，對催化單元前后的廢氣進(jìn)行采樣并分析廢氣中各種污染物的濃度變化，如VOCs、氮氧化物（NOx）、顆粒物等，在廢氣狀態(tài)、流量不變的情況下，根據(jù)催化單元前后廢氣中污染物的濃度差異，計算廢氣去除效率。去除效率可以通過以下公式計算：廢氣去除效率=（C0-C1）/C0× 100%。其中，C0為處理前污染物濃度，C1為處理后污染物濃度。

4.3 實際應(yīng)用案例和結(jié)果分析

根據(jù)行業(yè)發(fā)展情況，較新型的漆包線機(jī)臺大多已配置了二級催化系統(tǒng)。通過對廣州某銅業(yè)公司的漆包線機(jī)臺二級催化系統(tǒng)后端的廢氣中VOCs 進(jìn)行監(jiān)測分析研究得知，其VOCs 濃度為220～280 mg/m3，不同機(jī)型排放濃度有所差異，排放的VOCs 以溶劑類為主，主要有酚類及苯系物，其中酚類化合物的濃度為70～140 mg/m3，由此可知，設(shè)備自配的二級催化系統(tǒng)效果未能達(dá)到相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)限值要求。通過對廣州某銅業(yè)公司的漆包線機(jī)臺廢氣設(shè)置三級催化系統(tǒng)，并對不同溫度下的催化性能進(jìn)行評估，經(jīng)過系統(tǒng)長時間的運行和監(jiān)測，得出以下結(jié)果：采用某高校新研發(fā)的催化材料在460℃下能保持≥80%的處理效率，且受溫度影響小，效率穩(wěn)定性高，空速約為10 000 h-1。經(jīng)催化燃燒凈化處理的尾氣中酚類物質(zhì)濃度可維持在＜10 mg/m3，總VOCs 濃度可維持在＜45 mg/m3，且受進(jìn)口濃度波動的影響較小。三級催化單元的使用使得有機(jī)溶劑和VOCs 的排放濃度明顯下降，廢氣處理效果良好，經(jīng)過三級催化單元處理后的廢氣排放符合相關(guān)的排放標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)要求。催化單元的引入雖然增加了初期的投資和運行成本，但由于廢氣處理效果良好，降低了廢氣排放的污染風(fēng)險，減少了環(huán)境污染所帶來的潛在經(jīng)濟(jì)損失。同時，符合相關(guān)的環(huán)保要求，提升了企業(yè)的形象和競爭力。

總的來說，催化燃燒技術(shù)可以有效凈化漆包線廢氣，降低環(huán)境污染，實現(xiàn)環(huán)保要求。然而，催化燃燒技術(shù)也面臨一些挑戰(zhàn)。例如，需要考慮催化劑的壽命和抗毒特性，同時也需要綜合考慮催化劑的選擇和催化劑床層的設(shè)計等因素。

5 持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化措施

5.1 催化劑的更新和再生

5.1.1 催化劑的更新

定期更新催化劑是確保催化單元持續(xù)高效運行的重要步驟。更新催化劑可以提高廢氣凈化效率和穩(wěn)定性，確保催化單元能夠持續(xù)有效地降低廢氣中污染物的濃度。催化劑的更新通常涉及將舊的催化劑取出，并用新的催化劑進(jìn)行置換。

5.1.2 催化劑的再生

針對部分失效而不完全失效的催化劑，可以采用再生技術(shù)來延長其使用壽命。催化劑的再生旨在恢復(fù)其活性位點，去除堵塞物和污染物。通過再生過程，催化劑可以重新獲得一定的活性，以繼續(xù)發(fā)揮凈化廢氣的作用。催化劑的再生可以減少成本，并延長催化劑的使用壽命。

5.2 工藝參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整

5.2.1 溫度調(diào)整

催化反應(yīng)通常在一定的溫度范圍內(nèi)才能有效進(jìn)行。通過調(diào)整催化單元的溫度，可以提高反應(yīng)速率和廢氣凈化效率。較高的溫度可能會增加催化劑活性，但過高的溫度可能導(dǎo)致催化劑壽命縮短或產(chǎn)生其他副反應(yīng)。同時，過高的溫度，也會導(dǎo)致能耗增高。

5.2.2 空速調(diào)整

空速即催化劑的工作負(fù)荷，是指規(guī)定的條件下，單位時間單位體積催化劑處理的氣體量，單位為h-1，反映的是廢氣在催化劑床層的停留時間，也反映了系統(tǒng)的處理能力。通過調(diào)整空速，可以優(yōu)化廢氣處理效果和經(jīng)濟(jì)性?？账僭酱螅瑥U氣經(jīng)過催化單元的停留時間越短，可能會提高單位時間內(nèi)的廢氣處理量，可以降低投資成本，但可能會降低廢氣處理效果。相反，空速越小，停留時間越長，可能會提高廢氣凈化效率，但會增加催化劑用量，也會增加成本。

5.2.3 空氣配比調(diào)整

空氣配比是指進(jìn)入催化單元的廢氣和氧氣之間的比例關(guān)系。通過調(diào)整空氣配比，可以控制氧氣濃度以實現(xiàn)最佳的催化反應(yīng)條件，提高燃燒效率，減少二氧化碳和氮氧化物的產(chǎn)生。較高的空氣配比可能會增加氧氣供應(yīng)，提高廢氣凈化效率，但也可能增加能耗。較低的空氣配比可以減少能耗，但可能導(dǎo)致反應(yīng)不充分，廢氣處理效果不理想。

5.3 智能監(jiān)測和控制系統(tǒng)的應(yīng)用

“十三五”期間，漆包線生產(chǎn)及檢測設(shè)備實現(xiàn)了自動化升級。智能監(jiān)測和控制系統(tǒng)在催化單元運行中起到關(guān)鍵作用。智能監(jiān)測和控制系統(tǒng)基于先進(jìn)的傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)分析算法，可以實時監(jiān)測催化單元的關(guān)鍵參數(shù)，如溫度、壓力、氣體濃度等。通過實時采集和分析這些數(shù)據(jù)，智能系統(tǒng)可以判斷催化單元的運行狀態(tài)是否正常，并進(jìn)行自動調(diào)整以優(yōu)化處理效果。智能系統(tǒng)還可以按照設(shè)定的指標(biāo)和要求對催化單元進(jìn)行性能評估，如處理效率、能耗等?；谠u估結(jié)果，系統(tǒng)可以自動調(diào)整操作參數(shù)，如氣體流量、催化劑投加量等，以實現(xiàn)最優(yōu)化的運行。另外，智能系統(tǒng)還可以通過建立模型和算法來預(yù)測催化單元的壽命和性能退化趨勢，提前進(jìn)行維護(hù)和更換催化劑，從而避免意外停機(jī)和性能下降?？傊悄鼙O(jiān)測和控制系統(tǒng)可以提高催化單元的效率和穩(wěn)定性，降低運營成本，并為持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化提供決策支持。通過實時監(jiān)測和智能調(diào)控，催化單元可以實現(xiàn)更高效、可持續(xù)的廢氣處理。

6 催化單元的經(jīng)濟(jì)性評價

6.1 投資成本估算

在催化單元的經(jīng)濟(jì)性評估中，投資成本的估算是其中一個重要的步驟。

（1）催化單元設(shè)備的購買或制作費用，取決于設(shè)備類型、材質(zhì)、規(guī)模、性能等因素?？赏ㄟ^向設(shè)備或材料供應(yīng)商詢價，獲取設(shè)備采購成本或核算設(shè)備加工制作成本。

（2）安裝和調(diào)試催化單元設(shè)備需要一定的人力、時間和資源投入，包括安裝費用、調(diào)試費用、現(xiàn)場工程管理費用等，需要根據(jù)具體項目情況進(jìn)行估算。

（3）催化單元需要進(jìn)行工程設(shè)計，包括工藝參數(shù)設(shè)計、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計、管道配管等。

（4）廢氣凈化系統(tǒng)的運營和維護(hù)需要一定的費用支出，包括設(shè)備維護(hù)、耗材購置、能耗消耗等。

6.2 社會效益評估

除了投資成本，催化單元（廢氣凈化系統(tǒng)）的經(jīng)濟(jì)性評價中還需要考慮社會效益因素。社會效益是指廢氣凈化系統(tǒng)對環(huán)境、人類健康和可持續(xù)發(fā)展等方面的積極影響。廢氣凈化系統(tǒng)能夠減少有害氣體和顆粒物的排放，改善空氣質(zhì)量，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。這有助于減少環(huán)境污染和生態(tài)破壞的風(fēng)險，促進(jìn)生態(tài)平衡和可持續(xù)發(fā)展。降低空氣中有害物質(zhì)的濃度，從而減少人們暴露于污染物的風(fēng)險。這對改善人類健康狀況具有重要意義，能減少與廢氣污染相關(guān)的疾病和健康損害?？梢詭椭髽I(yè)符合環(huán)境相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，避免環(huán)境風(fēng)險和法律責(zé)任。這對企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和經(jīng)營穩(wěn)定性具有重要影響。采用廢氣凈化系統(tǒng)展示了企業(yè)的環(huán)保意識和責(zé)任，在公眾和利益相關(guān)者中產(chǎn)生積極的影響。這有助于提升企業(yè)形象，增強(qiáng)企業(yè)與利益相關(guān)者的信任和合作。

7 結(jié)束語

將催化單元應(yīng)用于漆包線生產(chǎn)中的廢氣凈化研究對環(huán)境保護(hù)和生產(chǎn)優(yōu)化至關(guān)重要。廢氣中常含有VOCs 等有害物質(zhì)，對環(huán)境和人體健康帶來潛在風(fēng)險。催化單元通過催化氧化等方式，將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，減少對環(huán)境的污染和人體健康的影響。催化單元為漆包線生產(chǎn)提供了一種可靠的廢氣治理技術(shù)。持續(xù)的改進(jìn)和優(yōu)化措施，如催化劑的更新和再生、工藝參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，以及智能監(jiān)測和控制系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠不斷提升催化單元的廢氣處理效率和經(jīng)濟(jì)性，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)。在實際應(yīng)用中，需要結(jié)合具體的工藝和廢氣特性，選擇適合的措施，并定期進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整。