（重慶鮑斯凈化設(shè)備科技有限公司，重慶 401336）

1 引言

壓縮空氣作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要?jiǎng)恿υ粗?，其品質(zhì)的可靠性對(duì)于正常生產(chǎn)的重要性不言而喻。一般，對(duì)于壓縮空氣的品質(zhì)要求，主要關(guān)注壓縮空氣中的水、油、塵等污染物的含量指標(biāo)。其中，油污染物、水油混合污染物等污染物的去除，一直是壓縮空氣品質(zhì)提升的難點(diǎn)。

對(duì)壓縮空氣中油含量有嚴(yán)格要求的生產(chǎn)過(guò)程中，大多企業(yè)都選擇無(wú)油壓縮空氣系統(tǒng)，其中以螺桿式無(wú)油壓縮機(jī)應(yīng)用最為廣泛。干式螺桿無(wú)油壓縮機(jī)通過(guò)一對(duì)相互嚙合的轉(zhuǎn)子對(duì)空氣進(jìn)行壓縮，壓縮腔室空氣不與油接觸。此外，水螺桿無(wú)油壓縮機(jī)以水取代潤(rùn)滑油，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的潤(rùn)滑、冷卻、密封和降噪。這兩類(lèi)產(chǎn)品在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較多，但也存在一些問(wèn)題。比如，這兩類(lèi)壓縮機(jī)壓縮腔室內(nèi)的空氣雖都不與潤(rùn)滑油接觸，但無(wú)法處理本身空氣中所含微量的油類(lèi)雜質(zhì)，在沒(méi)有后續(xù)深度除油設(shè)備的情況下，用這兩類(lèi)壓縮機(jī)得到的壓縮空氣中油含量很難達(dá)到ISO8573.1-2010中要求的Class_0級(jí)無(wú)油標(biāo)準(zhǔn)[1，2]。

另外，干式螺桿無(wú)油壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子的特殊涂層會(huì)在使用過(guò)程中磨損，壓縮效率隨使用時(shí)間衰減；其保養(yǎng)維護(hù)費(fèi)用不菲。水潤(rùn)滑螺桿無(wú)油壓縮機(jī)由于向壓縮腔室內(nèi)注水潤(rùn)滑，因空氣本身并不潔凈，需要對(duì)循環(huán)的水進(jìn)行凈化，否則可能會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子等部件產(chǎn)生腐蝕且轉(zhuǎn)子對(duì)材料要求較高，綜合成本并不低。

用非無(wú)油壓縮機(jī)制取“無(wú)油”壓縮空氣，即采用常規(guī)的有潤(rùn)滑油壓縮機(jī)獲取壓縮空氣，再通過(guò)后端除油設(shè)備處理，進(jìn)而獲得無(wú)油壓縮空氣。后端處理技術(shù)中，最具有典型代表性2種是吸附除油和催化氧化除油。

吸附除油主要利用吸附性的材料，如活性炭等，對(duì)油污染物進(jìn)行吸附除油，該方法簡(jiǎn)單高效。選擇高品質(zhì)的吸附材料，容易獲得無(wú)油壓縮空氣。但其問(wèn)題是吸附材料的吸附容量較為有限，一旦吸附飽和，即需更換，且不易判斷，后端被油類(lèi)雜質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)較大。綜合使用成本并不低。

催化氧化方式除油，其技術(shù)原理是油類(lèi)（C6+碳?xì)漕?lèi)混合物）污染物在一定的溫度及催化劑的作用下轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。本文將對(duì)催化氧化除油特點(diǎn)進(jìn)行分析，為獲取無(wú)油壓縮空氣提供思路。

2 催化氧化除油技術(shù)的特點(diǎn)

（1）技術(shù)成熟可靠，催化氧化技術(shù)已有很長(zhǎng)的歷史，從著名英國(guó)化學(xué)家Davy發(fā)現(xiàn)鉑能促進(jìn)甲烷與醇蒸汽在空氣中的氧化[3]，到他1840年所做關(guān)于混合氣體無(wú)焰燃燒作用的研究的試驗(yàn)，再到20世紀(jì)50至60年代，隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，以及各國(guó)對(duì)環(huán)保與節(jié)能日益嚴(yán)格的要求，該技術(shù)迅速發(fā)展并工業(yè)化，至今已有近50年發(fā)展歷史，由于其操作條件溫和，對(duì)設(shè)備的要求不高，在工業(yè)生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)中得到廣泛應(yīng)用，久經(jīng)實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)的應(yīng)用驗(yàn)證，技術(shù)可靠性強(qiáng)。壓縮空氣中的油污染物，從化學(xué)成分上來(lái)看是C6+類(lèi)的有機(jī)化合物，選用合適的催化劑，通過(guò)催化氧化技術(shù)能夠?qū)ζ溥M(jìn)行高效轉(zhuǎn)化脫除。

（2）能徹底解決壓縮空氣油污染問(wèn)題，催化氧化技術(shù)可有效去除液態(tài)油、油霧、油氣凝膠，也能去除最難處理的油蒸氣。既能去除壓縮機(jī)潤(rùn)滑油混入壓縮空氣內(nèi)的油，也能去除進(jìn)入壓縮機(jī)的空氣中的油。因此，以催化氧化技術(shù)為基礎(chǔ)的壓縮空氣凈化設(shè)備既可應(yīng)用于有潤(rùn)滑壓縮機(jī)后端，也能應(yīng)用在無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)的后端，徹底解決壓縮空氣中油類(lèi)污染物的問(wèn)題[4]。

（3）設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)成本低，催化氧化技術(shù)的關(guān)鍵核心之一是催化劑，其作用是使油類(lèi)污染物能夠在較低溫度下轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水。催化劑本身并不發(fā)生改變，不存在反應(yīng)消耗問(wèn)題，因此，理論上可以一直使用，即使考慮到使用條件及環(huán)境因素的影響，也有較長(zhǎng)使用壽命，對(duì)于用戶(hù)而言，后期維護(hù)保養(yǎng)成本低。

（4）整套系統(tǒng)的通用性強(qiáng)，基于催化氧化的后端壓縮空氣凈化設(shè)備可搭配螺桿式油潤(rùn)滑壓縮機(jī)、無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)、活塞式壓縮機(jī)、渦旋機(jī)、旋片式壓縮機(jī)等多種類(lèi)型壓縮機(jī)，而且適用壓力范圍廣，高壓、中壓、低壓均可配置，可以填補(bǔ)部分壓力下沒(méi)有相關(guān)無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)設(shè)備可選的空白。

（5）整套系統(tǒng)采購(gòu)成本低，與上文提到的無(wú)油螺桿壓縮機(jī)和水潤(rùn)滑螺桿壓縮機(jī)不同，催化氧化除油技術(shù)在國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)且具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，其產(chǎn)品品質(zhì)與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比毫不遜色，甚至在某些方面已經(jīng)領(lǐng)先，且價(jià)格更為合理。對(duì)于大多數(shù)壓縮空氣用戶(hù)而言，直接在已有的壓縮機(jī)后端配置催化氧化除油系統(tǒng)，即可滿(mǎn)足其使用無(wú)油壓縮空氣的需求。

3 催化氧化除油技術(shù)的短板

催化氧化除油設(shè)備的短板主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）催化劑需要在一定的溫度下使用，才能高效發(fā)揮作用，因此，這類(lèi)設(shè)備冷開(kāi)機(jī)時(shí)，需要預(yù)熱時(shí)間，預(yù)熱時(shí)間不夠，催化劑床層溫度達(dá)不到要求，處理效果會(huì)大打折扣。

（2）催化氧化除油設(shè)備通過(guò)內(nèi)置換熱器和設(shè)置保溫層，可以將系統(tǒng)內(nèi)的熱量高效利用，但由于壓縮空氣本身會(huì)帶走熱量，以及少量的熱散失，因此，需要消耗額外的電能轉(zhuǎn)化成熱能，來(lái)補(bǔ)充這部分熱量損耗，以維持催化劑床層溫度，確保催化氧化除油過(guò)程的高效進(jìn)行。

（3）當(dāng)壓縮機(jī)油氣分離系統(tǒng)出現(xiàn)故障，大量跑油的情況下，短時(shí)間大量的油進(jìn)入催化劑床層，高速分解過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致系統(tǒng)超溫。為確保系統(tǒng)安全，設(shè)備配套的自診斷系統(tǒng)判斷油含量過(guò)高或者系統(tǒng)超溫時(shí)，會(huì)自動(dòng)切斷進(jìn)氣閥門(mén)，此時(shí)雖然保護(hù)了裝置與壓縮空氣系統(tǒng)，但會(huì)造成供氣中斷，影響到后續(xù)工序的生產(chǎn)用氣。

（4）催化氧化過(guò)程將壓縮空氣中的油轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳，處理后壓縮空氣中的水和二氧化碳含量上升，可能會(huì)影響到后端的用氣設(shè)備。

4 催化氧化法除油短板的風(fēng)險(xiǎn)防控

對(duì)于催化氧化除油技術(shù)的短板，通過(guò)流程的優(yōu)化及合理的技術(shù)組合是比較容易解決的，使其運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)完全可控。由于每個(gè)廠(chǎng)家對(duì)于此類(lèi)設(shè)備的設(shè)計(jì)理念和風(fēng)險(xiǎn)控制上存在一定差異，這里以其中一款產(chǎn)品為例，介紹應(yīng)時(shí)方案。

（1）設(shè)備首次開(kāi)機(jī)需要進(jìn)行預(yù)熱，達(dá)到一定溫度后才會(huì)開(kāi)啟閥門(mén)讓壓縮空氣通過(guò)，避免未經(jīng)除油的氣體直接進(jìn)入后方管路。對(duì)于2天以?xún)?nèi)的停機(jī)（以10 Nm3/min處理量設(shè)備為例，停機(jī)耗電量為每12 h約3 kW），建議用戶(hù)可選擇不關(guān)機(jī)，或者設(shè)置預(yù)約開(kāi)機(jī)時(shí)間來(lái)讓設(shè)備在投用前自動(dòng)啟動(dòng)。同時(shí)為用戶(hù)預(yù)留了物聯(lián)網(wǎng)選配模塊，可通過(guò)遠(yuǎn)程操作，提前開(kāi)機(jī)。

（2）設(shè)備選用高效率的板式換熱器，對(duì)反應(yīng)后的熱量進(jìn)行回收，處理每立方米壓縮空氣所需要的電耗低至5 W。配合目前市面上的油潤(rùn)滑節(jié)能壓縮機(jī)來(lái)使用，相對(duì)于干式無(wú)油壓縮機(jī)可有效的降低總能耗。

（3）系統(tǒng)耐壓耐溫設(shè)計(jì)上留有足夠的富余量，確保設(shè)備超溫時(shí)的安全。控制系統(tǒng)上，采用全自動(dòng)的PLC控制器，對(duì)設(shè)備運(yùn)行溫度進(jìn)行多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，出現(xiàn)異常進(jìn)行自我保護(hù)并快速切斷氣源以保護(hù)系統(tǒng)，同時(shí)確保含油壓縮空氣不會(huì)污染后方管路。系統(tǒng)配備獨(dú)立冗余的安全控制系統(tǒng)確保其PLC控制失效的情況下，系統(tǒng)仍然安全可靠。

（4）對(duì)于有連續(xù)性用氣需求的用戶(hù)，可提供不斷氣的供氣方案。當(dāng)設(shè)備故障或保護(hù)停機(jī)時(shí)，自動(dòng)啟用旁路的活性炭吸附過(guò)濾除油系統(tǒng)，以確保供氣的連續(xù)性，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，用戶(hù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況安排生產(chǎn)設(shè)備的停機(jī)，或維修保養(yǎng)壓縮機(jī)、凈化設(shè)備等，將異常情況對(duì)生產(chǎn)的影響降至最低。

（5）催化氧化類(lèi)除油設(shè)備可以保護(hù)吸附式干燥機(jī)中的吸附劑不受油的污染，一般選擇安裝在其前端。對(duì)安裝在冷干機(jī)后端的情況可做如下分析。壓縮空氣在經(jīng)冷干機(jī)處理后，不僅能脫除水分，而且可以脫除部分油類(lèi)污染物。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，油潤(rùn)滑螺桿式壓縮機(jī)后端冷干機(jī)出口壓縮空氣中總油含量在1.2 mg/Nm3（壓力露點(diǎn)5 ℃，壓力：8 bar（G），若將此部分油（以C18平均分子量的飽和烴計(jì)）全部經(jīng)催化氧化為水和二氧化碳，計(jì)算得到壓縮空氣增加的露點(diǎn)值不到0.1 ℃，在此情況下，催化氧化所生成的水對(duì)于壓縮空氣露點(diǎn)影響基本可以忽略不計(jì)；生成的二氧化碳在壓縮空氣中濃度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大氣中本身所含的二氧化碳。

5 結(jié)論

由于催化氧化類(lèi)除油設(shè)備屬于壓縮空氣后處理設(shè)備的范疇，在目前沒(méi)有更好地徹底除油的方法出現(xiàn)之前，可以說(shuō)是在可靠安全的情況下比較少的選擇之一，但它并不能獨(dú)立使用，需配套各種類(lèi)型的空壓機(jī)，而催化氧化除油設(shè)備更多是去處理壓縮機(jī)正常工作或者異常時(shí)帶入壓縮空氣中的油類(lèi)雜質(zhì)，因此壓縮機(jī)的可靠穩(wěn)定性在整個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)中仍占有非常大的比重。單就凈化設(shè)備本身來(lái)說(shuō)，在壓縮空氣品質(zhì)、設(shè)備投入成本、維護(hù)成本、綜合能耗、用氣可靠性等方面，采用催化氧化除油技術(shù)獲取無(wú)油壓縮空氣是一種較好的解決方案。