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摘 要：作為當(dāng)前全球化的一個(gè)重大問題，環(huán)境問題是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。環(huán)境惡化將會(huì)對(duì)人類生存、社會(huì)發(fā)展帶來嚴(yán)重威脅。伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，工業(yè)生產(chǎn)排放出了大量揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）廢氣，因其排放量大、成分復(fù)雜等因素，將加重大氣污染程度。為此，本文在深入了解VOCs廢氣來源和危害的前提下，闡述了VOCs催化燃燒機(jī)理，在此基礎(chǔ)上對(duì)化工企業(yè)含VOCs廢氣中催化燃燒法的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析，并結(jié)合案例得出催化燃燒技術(shù)在VOCs廢氣處理中應(yīng)用效果良好，以期能為有關(guān)方面需要提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：催化燃燒法;VOCs廢氣;危害

現(xiàn)階段，治理VOCs廢氣途徑方面，多集中于兩方面：一方面加強(qiáng)源頭治理，采用新技術(shù)、新工藝來取代原有的傳統(tǒng)技術(shù)、工藝，但受多種因素制約，目前很難達(dá)到目標(biāo);另一方面加強(qiáng)末端治理，多采用催化燃燒法、吸附法、生物法等處理VOCs廢氣。催化燃燒法是一種高效、清潔的有機(jī)廢氣處理工藝，其特點(diǎn)為處理效果好、能耗低、便于工業(yè)化應(yīng)用。

1 VOCs廢氣的來源和危害

自然源和人為源是VOCs的主要來源，相比之下，自然源產(chǎn)生VOCs的量更大，但在污染程度方面，人為源的危害更甚。石油化工、電子組件、食品加工、紡織、尼龍化工等均是人為源中VOCs產(chǎn)生的主要源頭。

VOCs是否會(huì)危害人體健康或污染環(huán)境，決定因素在于VOCs自身化學(xué)性質(zhì)與排放源。在有毒的非鹵代化合物內(nèi)，苯、甲苯、丙烯等引起了廣泛重視。如甲苯被認(rèn)為是一種高污染物。若人們長(zhǎng)期處于低濃度揮發(fā)性有機(jī)化合物環(huán)境下，將會(huì)導(dǎo)致心緒混亂、身體虛弱、惡心、記憶力下降等。若濃度較高，則會(huì)意識(shí)模糊，甚至死亡。此類揮發(fā)性有機(jī)物因其具有在生物體內(nèi)累積、劇毒、抗退化等特性，已被看做是有毒化合物。一直以來，人類可通過呼吸、飲水、游泳等方式與有機(jī)化合物長(zhǎng)期接觸，若無法很好地治理VOCs廢氣，將會(huì)對(duì)環(huán)境和人類健康造成嚴(yán)重威脅。

2 VOCs催化燃燒機(jī)理

催化燃燒法是指在催化劑的作用下，可深度催化廢氣內(nèi)的有機(jī)物進(jìn)行氧化，最終可全部轉(zhuǎn)化為無機(jī)氧化物，如二氧化碳、水等，此過程屬于一個(gè)不可逆的過程。催化劑的合理使用，可大幅降低氧化反應(yīng)的活化能，在有機(jī)化合物廢氣處理中，與熱力學(xué)燃燒法相比，催化燃燒法的反應(yīng)溫度更低，一般在溫度250～400℃之間，利用催化劑大多數(shù)有機(jī)化合物盡可快速被全部氧化，具有極高的反應(yīng)速率，基本不會(huì)出現(xiàn)二次污染，去除VOCs率高，可視為一種高效、節(jié)能的廢氣處理方法。

3 催化燃燒技術(shù)要點(diǎn)

3.1 催化燃燒裝置安全性預(yù)防

采用催化燃燒法處理化工VOCs廢氣時(shí)，在燃燒室內(nèi)催化燃燒裝置可通過明火預(yù)熱廢氣。結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為可采取以下措施，第一，必須在LEL（爆炸下限）25%以內(nèi)控制VOCs廢氣含量，避免出現(xiàn)爆炸等事故。第二，為防止回火，在管道尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，保證回火速度始終低于廢氣最低流速，也可將減壓閥設(shè)于前期管道主路上，保證進(jìn)氣壓力始終在下游氣體壓力之上。第三，合理選擇回火防止器、稀釋空氣等。第四，安設(shè)輕、重故障報(bào)警或安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，若有回火問題出現(xiàn)，可通過蜂鳴器發(fā)出指示警報(bào)。

3.2 催化燃燒裝置運(yùn)行參數(shù)

最大處理風(fēng)量直接決定催化氧化裝置的大小，通常情況下，可在30000m3/h標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下設(shè)置最大處理風(fēng)量，應(yīng)按照VOCs廢氣處理質(zhì)量濃度與成分，合理選擇催化劑的類型與用量。按照以往經(jīng)驗(yàn)來看，350℃為催化劑氧化處理中最適宜的溫度，因此，針對(duì)廢氣可選擇燃燒室進(jìn)行預(yù)加熱處理。為避免因溫度高低變化過大而出現(xiàn)工況溫度異常問題，可向編程邏輯控制器（PLC）傳送熱電偶信號(hào)，為準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)及讀數(shù)提供方便，此外，可需設(shè)置溫度警報(bào)裝置，防止因溫度過高燒焦催化劑或溫度過低情況下催化劑處理活性不足。一般可采用液化天然氣（LNG）、液化石油氣（LPG）及電加熱等方式加熱廢氣。在確定燃?xì)庥昧繒r(shí)，需充分考慮燃料熱值、廢氣處理風(fēng)量、入口溫度等各項(xiàng)參數(shù)，做好熱量衡算。結(jié)合大量研究證明，當(dāng)VOCs質(zhì)量濃度達(dá)到2000mg/m3以上時(shí)，其產(chǎn)生的熱量可達(dá)到燃?xì)馔饧拥臒崮芤?。在熱量衡算中必須考慮此部分熱量，防止溫度過高會(huì)燒毀催化劑。

3.3 催化劑的選擇與使用

一般多采用鉑（Pt）貴金屬型材料作為催化燃燒裝置的氧化催化劑，其基本上以粉末狀、蜂窩狀呈現(xiàn)。根據(jù)使用說明5年為催化劑的使用期限，當(dāng)然，還需對(duì)待處理氣體的濃度、成分來確定最終使用期限。若催化劑已達(dá)到使用年限可再生處理，這就說明其具有可循環(huán)使用性。除此之外，在氧化催化劑選擇時(shí)，還要先確定廢氣處理的風(fēng)量、組份、濃度等，原因在于催化劑類型選擇由組份所決定，而風(fēng)量、濃度則直接決定催化劑的用量，為此，必須將所得結(jié)果作為參考依據(jù)。

4 案例分析

某化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中會(huì)向大氣排放大量VOCs廢氣，據(jù)實(shí)地調(diào)查結(jié)果顯示，該企業(yè)廢氣排放采用兩種形式，即集中式排放與無組織排放。其中集中式排放廢氣流量小，但具有較高污染物濃度，因此治理起來較為困難。而無組織廢氣的廢氣污染物濃度很低，但卻具有較大捕集風(fēng)量。經(jīng)分析可見，該企業(yè)廢氣的主要成分為丙二醇、丙烯醛等揮發(fā)性有機(jī)物。

4.1 工藝流程

根據(jù)當(dāng)前企業(yè)廢氣產(chǎn)污情況，并與以往經(jīng)驗(yàn)結(jié)合，筆者認(rèn)為可分5個(gè)階段完成催化燃燒處理含VOCs廢氣的工藝流程，具體如下：

1）通過阻火除塵器過濾廢氣，后進(jìn)入熱交換裝置，經(jīng)催化反應(yīng)，高溫氣體便可進(jìn)行能量間接交換，在該環(huán)節(jié)將再次提升廢氣溫度。2）氣體溫度升到一定值后，將進(jìn)入預(yù)熱室，將會(huì)第二次提升氣體溫度。3）氣體開始第一級(jí)催化反應(yīng)，該環(huán)節(jié)在低溫條件下部分有機(jī)廢氣將被分解，并有能量釋放出來，此時(shí)，可直接加熱廢氣，保證廢氣溫度滿足催化反應(yīng)溫度需求。4）通過溫度檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)廢氣溫度滿足要求后，便可進(jìn)入催化反應(yīng)室，徹底分解有機(jī)氣體，并有大量廢氣熱量釋放。5）氣體凈化之后，可利用熱交換器把熱能向冷氣流轉(zhuǎn)換，待溫度降低到指定值便可通過引風(fēng)機(jī)排空。

4.2 主要技術(shù)參數(shù)

按照當(dāng)前企業(yè)廢氣收集系統(tǒng)情況，可將1000m3/h設(shè)為催化燃燒裝置的廢氣處理能力，預(yù)熱溫度設(shè)計(jì)范圍為250～300℃，42kW為加熱功率，400～500℃為氧化分解溫度，5.5kW為風(fēng)機(jī)功率，47.5KW為設(shè)備總功率。

4.3 應(yīng)用效果

通過對(duì)裝置進(jìn)出口尾氣的檢測(cè)可知，催化氧化技術(shù)的應(yīng)用，可將廢氣內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物有效去除，結(jié)果為：（1）處理前進(jìn)口尾氣檢測(cè)結(jié)果為丙烯醛排放濃度平均值為17mg/m3，處理后丙烯醛排放濃度平均值為0.83mg/m3，去除率達(dá)到94.9%;（2）處理前進(jìn)口尾氣非甲烷總烴排放平均值為37.1mg/m3，處理后非甲烷總烴排放濃度平均值為2.36mg/m3，去除率為93.2%;均符合《化學(xué)工業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求。

5 結(jié)束語

綜上所述，在化工企業(yè)生產(chǎn)過程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量揮發(fā)性有機(jī)物廢氣VOCs，這些廢氣若未經(jīng)處理直接排空，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的惡臭污染，且會(huì)對(duì)人體健康與生態(tài)平衡造成嚴(yán)重危害。催化燃燒技術(shù)在廢氣處理中去除VOCs率高，是一種高效、節(jié)能的廢氣處理方法，因此在化工企業(yè)含VOCs廢氣處理中得到了廣泛的應(yīng)用。

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