催化燃燒法在VOCs治理應用中的安全問題及防范措施

文/解光春（安徽綠雅環境工程有限公司）

VOCs（揮發性有機化合物）是指在常壓下沸點在50～260 ℃、常溫下飽和蒸汽壓大于133.32 Pa 的有機化合物，或者在常溫常壓下任何能揮發的有機液體和固體[1]。VOCs 類目復雜，主要包含烯烴、烷烴、醇類、芳香烴、芳烴類、醛類、鹵代烴等，主要產生于制藥、制鞋、石油煉化和噴漆等行業[2]。某些VOCs 對臭氧層有破壞作用，如含氫氯氟烴(HCFCls)和氯氟烴(CFCs)；VOCs 也是形成霧霾的重要前物，是有毒有害氣體的重要來源，環保部已將其列為細顆粒物之外最大的空氣污染元兇[3]。隨著工業化進程的加快，VOCs 引起的健康與環境問題引來越來越多的關注，VOCs 的處理也已迫在眉睫。

一、催化燃燒法在VOCs治理中的重要地位

VOCs 治理有較多措施，其治理方法包括源頭減量、中間控制和末端處理等[4]。目前，我國以末端治理為主。末端治理技術一般分為破壞性處理和回收性處理。破壞性處理主要包括催化燃燒法和焚燒處理法。回收性處理包括吸收法、冷凝法、吸附法和膜分離法等[5]。回收性處理因其技術手段還不成熟，成本較高，目前沒有大規模應用。焚燒法是直接將VOCs 通入焚燒爐中，在爐內充分燃燒，產生二氧化碳和水[6]。該方法成本較低，運用范圍較廣，技術線路也比較成熟。催化燃燒法是在廢氣燃燒的時候加入某種催化劑，降低VOCs 的燃點,使VOCs 能夠充分燃燒,最終生成二氧化碳和水，實現直排。當前常用催化劑種類有 Cu、Fe、Ti 等非貴金屬與 Pd、Au、Pt 等貴金屬兩大類。焚燒處理法和催化燃燒法在VOCs 治理中占據核心地位，因其分解氧化徹底、治理效率高而得到廣泛應用，其中催化燃燒法因無明火、節能、氧化溫度低而得到廣泛應用。

催化燃燒是一種涉及氣—固兩相的化學反應，其本質機理為在有活性氧參與的條件下發生的深度氧化反應[7]。在反應過程中，加入催化劑可以顯著降低反應所需的活化能，VOCs 富集在催化劑表面，在較低燃燒溫度下發生無焰燃燒，最終分解為二氧化碳和水，同時釋放出大量的熱。其化學反應方程式如下：

CnHm+(n+m/4)O2→ n CO2+m/2 H2O+ 能量

在催化劑的作用下，VOCs 可以在較低溫度下充分燃燒，生成二氧化碳和水，去除率高達90%。催化燃燒法具有能耗低、運行可靠穩定、無二次污染等突出優點，在歐美國家已得到廣泛推廣應用。在我國，催化燃燒法也是處理VOCs 的主要手段，其應用比例約為55%。目前，催化燃燒法已經成為處理VOCs 的主流。

二、催化燃燒法的常見安全問題及防范措施

催化燃燒法處理VOCs 的過程中，存在如下幾種安全隱患：活性炭吸附—脫附—催化燃燒法中有活性碳起火的現象、催化氧化爐爆炸問題、整個催化燃燒治理裝置起火爆炸問題。

1.活性碳起火現象及防范措施

在前期的VOCs 富集過程中，由于活性炭著火點較低而脫附溫度過高，當對吸附飽和的活性炭進行脫附處理時，會由于脫附箱體內溫度過高導致活性炭著火。

解決該問題可以從兩個方面著手：一是采用著火點高的活性炭；二是嚴格控制脫附溫度，使其遠低于活性炭著火點。因此可采取如下措施：嚴格控制脫附溫度，選擇質量好的脫附溫度傳感器，盡可能在活性炭吸附箱合適位置安裝兩個溫度傳感器；在PLC 編程中加入脫附溫度超溫時停止脫附程序；同時要防患于未然，在活性炭吸附箱上方增加消防水管并連結煙氣報警及自動噴淋裝置，以防意外失火。

2.催化氧化爐爆炸問題及防范措施

在處理高濃度VOCs 時，由于爐內含有大量氧氣，當廢氣濃度達到廢氣組份中大部分有機廢氣的爆炸極限時，就會有爆炸的危險。因此，要時刻監測爐內VOCs 濃度，在進入催化氧化爐的廢氣管道上安裝濃度稀釋裝置，將高濃度廢氣稀釋到爆炸極限下。同時在催化氧化爐上增加壓力排氣閥，在壓力過高時自動打開閥門進行減壓排氣，以防爐內溫度壓力過高引起爆炸（因廢氣在熱氧化過程中迅速釋放大量熱能導致爐內熱空氣壓力過大）。

3.整個催化燃燒治理裝置起火爆炸及防范措施

整個催化燃燒治理裝置起火爆炸多發生在只有一套吸附裝置的系統中，因管道壁及設備內聚集大量高濃度有機廢氣顆粒物，管道風閥閉會間隙過大，在脫附催化燃燒過程中沒有停止生產，車間進氣閥不能關閉，整個管路是全通的，此時脫附催化燃燒極可能在高溫作用下引起整個系統起火爆炸。針對上述情況應該采取如下措施：安裝高質量風閥，經常檢查漏氣情況，單套吸附的裝置系統中在脫附催化燃燒過程中應停產處理等。

三、催化燃燒法的整體安全措施

使用催化燃燒法應嚴格按工程技術規范進行消防措施處理，工程裝置應盡可能地放置在室外，并且按安全生產規范要求留足安全距離及設置安全防護欄和相關顏色，氣流走向，閥門開關方向，電源標識，操作規范等安全警示措施。

四、結論

隨著工業化與現代化的持續發展和不斷提升，VOCs引起的健康與環境問題將引起越來越多的關注，VOCs的處理也已迫在眉睫。催化燃燒因其催化效率高、能耗低等優點具有更加廣闊的運用前景，并將逐漸成為最主要的處理VOCs 的方法之一。但我們在使用催化燃燒法處理VOCs 時，仍要時刻注意可能引發的安全問題，防微杜漸，從源頭上把危險解決掉。