蓄熱催化氧化法在涂裝烘房廢氣處理中的應(yīng)用

王鋼強(qiáng)

（嘉園環(huán)保有限公司，福州 350003）

蓄熱催化氧化法在涂裝烘房廢氣處理中的應(yīng)用

王鋼強(qiáng)

（嘉園環(huán)保有限公司，福州 350003）

通過具體工程實(shí)例采用蓄熱催化氧化法（RCO）處理涂裝烘房有機(jī)廢氣，分析其運(yùn)行情況和熱能回用效益，結(jié)果表明：廢氣處理效率高，非甲烷總烴去除效率大于98%；熱能回用效益明顯；RCO適用于涂裝烘房有機(jī)廢氣的處理。

揮發(fā)性有機(jī)物；蓄熱催化氧化法；涂裝烘房；廢氣處理

揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds）一般是指在101,325Pa標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，任何沸點(diǎn)低于或等于250℃的有機(jī)化合物，簡稱VOCs[1]。隨著工業(yè)的發(fā)展，我國的揮發(fā)性有機(jī)污染物的排放量正逐年增加。VOCs對人體健康、環(huán)境質(zhì)量、生產(chǎn)活動(dòng)等會(huì)產(chǎn)生直接危害，在光化學(xué)反應(yīng)下容易形成二次有機(jī)氣溶膠，導(dǎo)致光化學(xué)煙霧、酸雨、城市灰霾等一系列環(huán)境問題[2]。2010年國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作改善區(qū)域空氣質(zhì)量指導(dǎo)意見》，首次將VOCs作為防控重點(diǎn)污染物[3]。隨后，《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》《重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治辦法》《揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）污染防治技術(shù)政策》《揮發(fā)性有機(jī)物排污收費(fèi)試點(diǎn)辦法》[4-5]以及系列VOCs重點(diǎn)行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)等政策和標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，推進(jìn)了VOCs治理的進(jìn)一步發(fā)展。

表面涂裝是產(chǎn)生VOCs污染的重要行業(yè)，涂裝烘房對工件表面進(jìn)行固化的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的揮發(fā)性有機(jī)物，占涂裝全過程排放量很大的比重。烘房有機(jī)廢氣具有風(fēng)量小、濃度高、溫度高等特點(diǎn)，在處理工程

實(shí)踐上主要有活性炭回收法、高溫焚燒、催化氧化、蓄熱氧化法（RTO/RCO）等，回收法需要對氣體進(jìn)行預(yù)降溫，回收的溶劑來源于前序所有涂裝工序，存在溶劑成分復(fù)雜無法直接回用的問題。高溫焚燒、催化氧化對廢氣源的穩(wěn)定性要求高，存在運(yùn)行費(fèi)用高的問題，近年來逐漸被蓄熱氧化法取代。本文嘗試采用蓄熱催化氧化法（RCO）對廈門某集裝箱廠涂裝烘房廢氣進(jìn)行工程處理，結(jié)果顯示廢氣去除效率高、熱能回用效益明顯，可帶來環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 蓄熱催化氧化技術(shù)RCO

20世紀(jì)70年代，REECO（Research-Cottrell）推出了VOCs的蓄熱氧化裝置RTO（Regenerative Thermal Oxidizer）[6]，90年代在RTO的基礎(chǔ)上發(fā)展出蓄熱催化氧化器RCO（Regenerative Catalytic Oxidizer）。RCO由蓄熱床、催化床、閥門三大部分組成，型式上有單床（旋轉(zhuǎn)床），雙床及三床等多種類型。設(shè)備采用流向變換操作，通過催化燃燒將廢氣中的碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為CO2和H2O，使

有毒有害的廢氣變?yōu)闊o毒無害的氣體，從而使污染得到治理。RCO是一種技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)新穎、高凈化率、低能耗的VOCs污染治理工藝，應(yīng)用行業(yè)包括涂裝、石油、化工、橡膠、涂料、制鞋、塑膠制品、印刷、電纜及漆包線等[7]。

使用RCO凈化有機(jī)廢氣具有如下特點(diǎn)：

（1）與傳統(tǒng)的廢氣燃燒設(shè)備相比增加了換熱效率更高的蓄熱層，大大降低了運(yùn)行能耗，蓄熱層熱回用效率一般可高達(dá)95%。廢氣中的VOCs總濃度達(dá)到1000mg/m3時(shí)，運(yùn)行時(shí)無需再補(bǔ)充熱能，濃度高時(shí)還可回用熱能。

（2）該法對有機(jī)物的氧化溫度較高，一般在400℃以上，凈化效率高，對大部分有機(jī)物的凈化效率可達(dá)到98%以上。

（3）該法吸取了蓄熱氧化技術(shù)及催化氧化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，適用濃度范圍更廣，有更強(qiáng)的自適應(yīng)性，在輸入?yún)?shù)如污染物濃度、污染物種及組成、氣流流速等指標(biāo)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生劇烈波動(dòng)時(shí)，仍能保持穩(wěn)定操作[8]。

（4）沒有氮氧化合物等二次污染物產(chǎn)生。

2 工程運(yùn)用實(shí)例

2.1 污染源參數(shù)

廈門某集裝箱生產(chǎn)企業(yè)在集裝箱焊接成型后進(jìn)行表面涂裝，噴涂完的表面需要經(jīng)過烘房將油漆固化，在固化過程中大量有機(jī)溶劑揮發(fā)到空氣中，形成小風(fēng)量、高濃度的有機(jī)廢氣。這些廢氣需要進(jìn)一步處理方可滿足《廈門市大氣污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》（DB35/323-1999）中規(guī)定的要求。該廠中的烘房廢氣源參數(shù)見表1。

表1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2.2 工藝過程簡述

烘房廢氣經(jīng)過分散的收集口排出，先經(jīng)過濾塵器去除廢氣中的少量粉塵，后經(jīng)過風(fēng)機(jī)牽引送入兩床式RCO裝置，蓄熱催化氧化床主要由蓄熱床、催化床、閥門三大部分組成，采用周期性流向變換進(jìn)氣方式操作。

開始工作前，催化床內(nèi)的催化劑及蓄熱床先被其中的電加熱裝置預(yù)熱到催化反應(yīng)需要的溫度，然后再開始通入冷的待處理廢氣，待處理廢氣經(jīng)過蓄熱床預(yù)熱后，在催化劑作用下被催化氧化成無毒、無害的H2O和CO2，并產(chǎn)生大量的燃燒熱。高溫凈化氣經(jīng)過后續(xù)蓄熱床，熱量被吸收，凈化氣溫度降低而被排出，同時(shí)后續(xù)蓄熱床溫度升高。此后進(jìn)氣流向發(fā)生逆轉(zhuǎn)，低溫待處理廢氣從后續(xù)蓄熱床進(jìn)入燃燒室，廢氣經(jīng)過蓄熱床時(shí)吸收熱量被預(yù)熱，繼而在燃燒室燃燒，后續(xù)蓄熱床溫度下降，為下一次吸熱做好準(zhǔn)備。

該案例中的尾端排氣設(shè)有兩個(gè)通路，一路直接達(dá)標(biāo)排放，一路送往烘房實(shí)現(xiàn)熱能回用，運(yùn)行中的大部分時(shí)間將熱氣送回烘房繼續(xù)使用以回收熱能，達(dá)到循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的（見下圖）。

工藝流程圖

2.3 運(yùn)行情況

該案例RCO運(yùn)行風(fēng)量基本達(dá)到設(shè)計(jì)值4000m3/h，進(jìn)氣濃度維持在1500～3000mg/m3。在烘房開門時(shí)濃度較低，關(guān)門烘干起始期濃度較高，為了讓反應(yīng)溫度維持平穩(wěn)，在高濃度時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開啟前端補(bǔ)風(fēng)閥進(jìn)行稀釋并自動(dòng)縮短切換時(shí)間，反應(yīng)溫度可控制在415℃～465℃，運(yùn)行參數(shù)見表2。

表2 RCO運(yùn)行參數(shù)

裝置運(yùn)行穩(wěn)定后，有關(guān)部門進(jìn)行了跟蹤檢測，主要處理指標(biāo)非甲烷總烴的去除效率見表3。由表2、表3可見，在催化氧化反應(yīng)溫度大于400℃時(shí)，RCO裝置的非甲烷總烴去除效率大于98%，處理后裝置排氣達(dá)到《廈門市大氣污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》（DB35/323-1999）中非甲烷總烴最高允許排放濃度限值（小于100mg/m3）。

表3 非甲烷總烴去除效率

2.4 運(yùn)行費(fèi)用及效益

該案例RCO風(fēng)量小，采用電加熱作為供熱源，需預(yù)熱半小時(shí)，每天開機(jī)約18小時(shí)，全年生產(chǎn)近300天，設(shè)備全自動(dòng)運(yùn)行由生產(chǎn)線工廠兼職管理，運(yùn)行費(fèi)用見表4。

表4 運(yùn)行費(fèi)用及效益

從表4可見，運(yùn)行成本中超過一半是電費(fèi)，主要是風(fēng)機(jī)和啟動(dòng)預(yù)熱產(chǎn)生的費(fèi)用。

有機(jī)成分在RCO內(nèi)轉(zhuǎn)化為無毒、無害的CO2和H2O，同時(shí)釋放出大量的熱量，使得蓄熱床在出氣時(shí)仍有一定溫度，進(jìn)出氣平均溫升大約為55℃。運(yùn)行中大部分時(shí)間將熱氣送回烘房以回收熱能，回用后大幅降低了烘房自身的加熱能耗，經(jīng)測算每年可節(jié)省約22萬元，扣除設(shè)施運(yùn)行費(fèi)用后的凈回收效益大約為16萬元。

3 結(jié)語

（1）從RCO處理涂裝烘房廢氣的實(shí)際運(yùn)行情況來看，運(yùn)行參數(shù)基本符合設(shè)計(jì)要求，在反應(yīng)溫度大于400℃時(shí)，RCO裝置的非甲烷總烴去除效率大于98%，處理后裝置排氣達(dá)到相關(guān)的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）涂裝烘房廢氣濃度高、溫度高，采用RCO處理尾氣后進(jìn)行熱能回用可以產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，既有環(huán)境效益又有經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的。

RCO處理技術(shù)凈化效率高、運(yùn)行費(fèi)用低，是有機(jī)廢氣處理領(lǐng)域一項(xiàng)先進(jìn)、有發(fā)展前途的技術(shù)，在大氣污染治理中將發(fā)揮重要作用。

[1]DB44/816-2010，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)[S].廣東省環(huán)境保護(hù)廳，2010，1.

[2]項(xiàng)兆邦，夏光華，葉劍.RTO技術(shù)治理揮發(fā)性有機(jī)廢氣工程應(yīng)用研究[J].綠色科技，2014（10）：174-177.

[3]程文紅，袁曉華，田鳳杰.催化氧化技術(shù)在橡膠廢氣處理中的應(yīng)用[J].化工環(huán)保，2012，32（2）：156-159.

[4]中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)廢氣凈化委員會(huì).我國有機(jī)廢氣治理行業(yè)2013年發(fā)展綜述[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2014（10）：4-9.

[5]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）：1833-1842.

[6]童喜潤，黨杰，楊明德，等.蓄熱催化氧化法處理揮發(fā)性有機(jī)物的研究進(jìn)展[J].安徽化工，2004（1）：40-44.

[7]張杰敏.蓄熱式熱氧化系統(tǒng)處理高濃度有機(jī)廢氣的實(shí)例[J].廣東化工，2006，33（6）：90-92.

[8]Yu.SH.MatrosandGrigoriA.Bunimovichetal,Islt Economically Feasible to use Heterogeneous Catalysts for VOC control in regenerativeoxidizers,catalysisToday 1996,27:303-313.

Application of Regenerative Catalytic Oxidigation in Exhaust Gas Treatment of Besmearing-baking House

WANG Gang-qiang
(Garden Environmental Protection Co., Ltd, Fuzhou 350003, China)

By engineering examples, RCO is adopted to treat the organic waste gas in besmearing-toasting house. The paper analyzes its operation situation and the benefits of heat energy reuse. The result shows: efficiency for waste gas treatment sees high, the removal rate of non-methane total hydrocarbon is ＞98%; reuse benefits of heat energy is obvious; RCO applies to the treatment of besmearing-toasting house.

VOCs; RCO; besmearing-baking house; waste gas treatment

X701

A

1006-5377（2015）08-0016-03