催化燃燒法處理噴漆有機(jī)廢氣的應(yīng)用研究

梁曉磊，馬爽爽，梁麗紅

(1.煙臺云灃生態(tài)環(huán)境產(chǎn)業(yè)發(fā)展股份有限公司，山東 煙臺 264006；2.煙臺市環(huán)保工程咨詢設(shè)計院有限公司，山東 煙臺 264010)

1 催化燃燒法處理噴漆有機(jī)廢氣流程

過濾。收集有機(jī)廢氣時不可避免地混入一些漆霧。從微觀層面上看，漆霧由直徑為1～10 nm的顆粒組成，如果直接進(jìn)行吸附，會造成活性炭微孔被大量堵塞，導(dǎo)致活性炭的吸附功能失效，因此在收集噴漆有機(jī)廢氣時，必須在進(jìn)風(fēng)口后方安裝噴霧過濾器，過濾掉包括漆霧顆粒在內(nèi)的粉塵微粒。

吸附。在有機(jī)廢氣濃度較低情況下進(jìn)行催化燃燒，不僅會造成能源浪費，還會因為燃燒不充分導(dǎo)致有機(jī)廢氣凈化效果不理想，因此在開始催化燃燒前要經(jīng)過“吸附-脫附”工序，使有機(jī)廢氣濃度進(jìn)一步提升。活性炭是比較常用吸附材料，根據(jù)其形狀不同可分成蜂窩狀活性炭、粉末狀活性炭等類型。蜂窩狀活性炭更換方便，價格較低，吸附容量大，是比較理想的選擇，將若干活性炭依次擺放到吸附床上可增強(qiáng)吸附能力。

催化燃燒。催化劑由兩部分組成，以金屬鈀為主，用陶瓷填料作為催化劑載體，經(jīng)過吸附-脫附預(yù)處理后的噴漆有機(jī)廢氣，從位于催化燃燒一體化裝置下方的旋轉(zhuǎn)四通閥進(jìn)入到裝置中，對陶瓷材料進(jìn)行預(yù)熱，達(dá)到預(yù)設(shè)的催化燃燒溫度(通常在200℃～250℃)，在檢測到填充層陶瓷材料溫度達(dá)標(biāo)后自動打開閥門，送入有機(jī)廢氣。高溫環(huán)境下，催化劑鈀和有機(jī)廢氣發(fā)生燃燒，在充分燃燒情況下得到二氧化碳和水兩種產(chǎn)物。為保障催化燃燒順利、安全地進(jìn)行，還需用到以下材料，即保溫材料。當(dāng)滿足催化燃燒溫度在200℃時，有機(jī)物燃燒會釋放出大量的熱，溫度通常能達(dá)到400℃以上。基于安全考慮，要在催化燃燒裝置外部加裝由碳酸鋁纖維材料制作的保溫棉，厚度不低于50 mm。催化燃燒時，由于噴漆有機(jī)廢氣具有較強(qiáng)的揮發(fā)性，可能會有部分氣體泄漏進(jìn)入到管網(wǎng)中，如果在管網(wǎng)中燃燒會嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備，因此需要安裝阻火器。

2 影響催化燃燒性能的因素

2.1 進(jìn)氣濃度

理論上來說，進(jìn)氣濃度越高，則有機(jī)廢氣中VOCs的燃燒越充分，凈化效果越理想。但在實際中，提高進(jìn)氣濃度意味著必須增加吸附能力。如將蜂窩狀活性炭替換為粉末狀活性炭或活性炭纖維，相應(yīng)的吸附成本也會上升。為選擇合適的吸附材料，降低技術(shù)成本，以有機(jī)廢氣中的非甲烷總烴作為研究對象，各參數(shù)設(shè)置如下：進(jìn)氣風(fēng)量2 400 m3/h，空速10 000 h-1，催化溫度240℃。測得非甲烷總體去除率隨進(jìn)氣濃度變化的關(guān)系曲線如圖1所示。

圖1 不同進(jìn)氣濃度下非甲烷總烴去除率變化曲線Fig.1 Variation curve of non-methane total hydrocarbon removal rate in different air intake concentrations

結(jié)合圖1可知，進(jìn)氣濃度在150～220 mg/L。隨著進(jìn)氣濃度的升高，非甲烷總烴的去除率也相應(yīng)提升。在進(jìn)氣濃度為220 mg/L時，去除率達(dá)到94.5%。之后，隨著進(jìn)氣濃度的繼續(xù)增加，非甲烷總烴去除率基本不變，在進(jìn)氣濃度達(dá)到300 mg/L時，去除率達(dá)到99.1 mg/L。由此可見，進(jìn)氣濃度控制在220 mg/L，能夠以較小的吸附壓力取得理想的催化燃燒效果。

2.2 催化溫度

選擇金屬鈀作為高效催化劑時，催化溫度通常設(shè)置在200℃～250℃。催化溫度太低，會影響金屬鈀的活性，催化性能達(dá)不到最大值，影響有機(jī)廢氣的催化燃燒效果。相反，如果催化溫度過高，則會過快消耗催化劑。金屬鈀是一種貴重金屬，如果過量消耗會導(dǎo)致技術(shù)成本增加，因此在利用催化燃燒法治理有機(jī)廢氣時，選擇合適的催化溫度至關(guān)重要。實驗中，設(shè)置參數(shù)如下：進(jìn)氣風(fēng)量m3/h，空速10 000 h-1，進(jìn)氣濃度220 mg/L。測得非甲烷總烴去除率隨催化溫度的變化曲線如圖2所示。

圖2 不同催化溫度下非甲烷總烴去除率變化曲線Fig.2 Change curve of non-methane total hydrocarbon removal rate in different catalytic temperatures

結(jié)合圖2可知，在催化溫度低于240℃時，隨著催化溫度的上升，非甲烷總烴的去除率隨之增加，在240℃時達(dá)到97.3%。之后，隨著催化溫度的繼續(xù)升高，直到360℃時，去除率幾乎不變。繼續(xù)升溫發(fā)現(xiàn)，非甲烷總烴的去除率開始下降，分析原因可能是與鈀催化劑消耗過快、催化效率下降有關(guān)。由此可見，將催化溫度設(shè)置在240℃，能夠在取得較為理想的治理效果的同時，最大程度上降低能源消耗。

2.3 空速

空速是影響催化燃燒效率的重要因素。空速大，將導(dǎo)致吸附裝置對空氣中有機(jī)廢氣的吸附、濃縮效果變差，容易發(fā)生催化燃燒不充分的情況。相反，如果一味降低空速，會導(dǎo)致催化燃燒一體化裝置對有機(jī)廢氣的處理效率變慢。因此，設(shè)定合適的空速是決定催化燃燒法實際應(yīng)用效果的關(guān)鍵因素。設(shè)定實驗參數(shù)如下：進(jìn)氣風(fēng)量2 400 m3/h，進(jìn)氣濃度220 mg/L，催化溫度240℃。測得非甲烷總烴去除率隨空速的變化曲線如圖3所示。

圖3 不同空速下非甲烷總烴去除率的變化曲線Fig.3 Variation curves of non-methane total hydrocarbonremoval rates in different space speeds

結(jié)合圖3可知，空速在10 000 h-1時，非甲烷總烴的去除率最大，達(dá)到了99.4%。空速從10 000 h-1增加到25 000 h-1時，雖然去除率有所下降，但是并不明顯。從25 000～50 000 h-1，隨著空速的增加，非甲烷總烴去除率也出現(xiàn)明顯降低。因此，應(yīng)用催化燃燒技術(shù)時，將空速設(shè)定在10 000 h-1比較合適。

3 結(jié)語

選擇金屬鈀作為高效催化劑，加熱至240℃，設(shè)定空速為10 000 h-1、進(jìn)氣濃度220 mg/L、進(jìn)氣風(fēng)量2 400 m3/h，可實現(xiàn)有機(jī)廢氣凈化處理效率最大化。