催化燃燒技術(shù)

技術(shù)介紹

催化燃燒法是一種類似熱氧化的方式來處理有機氣相污染物的，利用鉑、鈀等貴金屬催化劑及過渡金屬氧化物催化劑來代替火焰，發(fā)生一系列的分解、聚合及自由基反應(yīng)，通過氧化和熱裂解、熱分解，使苯、二甲苯等有機廢氣在低于著火點溫度下焚燒，分解為 CO 2 與 H 2 O而消除污染。催化燃燒系統(tǒng)示意見如下。

適用范圍：催化燃燒法可應(yīng)用于高濃度和低濃度的有機廢氣的處理。廢氣流量宜在 1000-100000m 3 /h，有機物含量宜在 2000mg/m 3 -8000mg/ m 3 ，如噴涂、化工等行業(yè)中高濃度有機廢氣或不含催化劑中毒物質(zhì)的廢氣的處理。由于絕大部分有機物具有可燃燒性，因此催化燃燒法已成為凈化含碳氫化合物廢氣的有效手段之一。催化燃燒法適用于凈化油漆、化工廠廢氣以及惡臭氣體。

優(yōu)點：應(yīng)用廣泛、設(shè)備簡單、投資少、操作方便、凈化、無二次污染物。

缺點：催化劑容易中毒，因此對進氣成分要求極為嚴格，不得含有重金屬、塵粒等易引起催化劑中毒的物質(zhì)，進入催化燃燒爐的氣體首先要經(jīng)過預(yù)處理，除去粉塵、液滴及有害成分；催化劑成本高；對低于起燃溫度的氣體必須進行預(yù)熱；不能用于處理含有機氯和有機硫的；不能處理沸點高，相對分子質(zhì)量大的有機物。

催化燃燒處理噴漆廢氣處理工藝流程

在車間產(chǎn)生的噴漆廢氣，經(jīng)收集后進入設(shè)備前段的干式過濾器過濾顆粒物等雜質(zhì)，進入活性吸附床，充分吸收有機廢氣分子后，達標(biāo)的氣體經(jīng)主風(fēng)機煙囪排放?；钚蕴课酱彩褂靡欢螘r候后，所有活性炭已吸附飽和，啟動脫附風(fēng)機從催化爐引入高溫氣體進入活性炭吸附床，把吸附在活性炭上的廢氣分子反吹進催化燃燒爐進行催化燃燒，充分燃燒后，催化爐和脫附風(fēng)機停止工作，整套設(shè)備繼續(xù)進入吸附流程，反復(fù)循環(huán)，整個過程由plc程序全自動控制，不需要人工干預(yù)。

待處理的有機混合廢氣經(jīng)引風(fēng)機作用，先經(jīng)過預(yù)處理過濾裝置去除廢氣中的粉塵及雜質(zhì)部分，經(jīng)過初步過濾后“相對純凈的有機廢氣”進入吸附裝置進行吸附凈化處理，有機物質(zhì)被活性炭*的作用力截留在其內(nèi)部，潔凈氣體通過煙囪排放到大氣中，經(jīng)過一段時間吸附后，活性炭達到飽和狀態(tài)，按照PLC自動控制程序?qū)柡偷幕钚蕴看才c脫附后待用的活性炭床進行交替切換。CO/CTO自動升溫將熱空氣通過風(fēng)機送入活性炭床使碳層升溫將有機物從活性炭中“蒸”出，脫附出來的廢氣屬于高濃度、小風(fēng)量、高溫度的有機廢氣，接入催化燃燒爐，利用催化爐熱氧化分解高濃度廢氣為水和二氧化碳。脫附完成后催化爐和脫附風(fēng)機停止工作，整套設(shè)備繼續(xù)進入吸附流程，反復(fù)循環(huán)，整個過程由plc程序全自動控制，不需要人工干預(yù)。

VOC-CO/CTO 型有機氣體催化凈化裝置，是利用催化劑使有害氣體中的可燃組分在較低的溫度下氧化分解的凈化方法。對于 CnHm 和有機溶濟蒸汽氧化分解生成CO/CTO₂和H₂O并釋放出大量熱量。其反應(yīng)方程式為：

該裝置主體結(jié)構(gòu)由凈化裝置主機、引風(fēng)機、控制系統(tǒng)三大部分組成。其中凈化裝置包括：阻火除塵器、熱交換器、預(yù)熱器、催化燃燒室。

圖1  VOC-CO/CTO原理圖

活性炭脫附出來的高濃度、小風(fēng)量、高溫度的有機廢氣經(jīng)阻火除塵器過濾后，進入特制的板式熱交換器，和催化反應(yīng)后的高溫氣體進行能量間接交換，此時廢氣源的溫度得到次提升；具有一定溫度的氣體進入預(yù)熱器，進行第二次的溫度提升；之后進入級催化反應(yīng)，此時有機廢氣在低溫下部份分解，并釋放出能量，對廢氣源進行直接加熱，將氣體溫度提高到催化反應(yīng)的溫度；經(jīng)溫度檢測系統(tǒng)檢測，溫度符合催化反應(yīng)的溫度要求，進入催化燃燒室，有機氣體提到分解，同時釋放出大量的熱量；凈化后的氣體通過熱交換器將熱能轉(zhuǎn)換給出冷氣流，降溫后氣體由引風(fēng)機排空。

有機物利用自身氧化燃燒釋放出的熱量維持自燃，如果脫附廢氣濃度足夠高，CO/CTO 正常使用需要很少的電功率甚至不需要電功率加熱，做到真正的節(jié)能、環(huán)保，同時，整套裝置安全、可靠、無任何二次污染。

催化燃燒系統(tǒng)組成

防爆式電催化氧化（Electric Catalytic Oxidizer 簡稱 ECO/ECTO）設(shè)備能有效的降低熱量損耗及能耗資源，同時大大降低凈化后氣體排出溫度。ECO/ECTO 設(shè)計，布局合理，具有以下特點：  

①操作方便：工作時全自動控制。

②能耗低：達到一定濃度時，無功率（或低功率）運行。

③安全可靠：泄壓、自保，阻火除塵、超溫報警及*的自控。

④阻力小效率高：采用當(dāng)今*的貴金屬鈀、鉑浸漬的蜂窩陶瓷催化劑，比表面積大。

⑤占地面積小：僅為同行業(yè)同類產(chǎn)品的 70%。

⑤使用壽命長：催化劑一般8500h更換，并且載體可再生。

防爆式ECO/ECTO 主機由阻火除塵器、熱交換器、預(yù)熱器、催化反應(yīng)室、主排風(fēng)機、控制系統(tǒng)、電加熱組件以及催化劑組成，是設(shè)備的核心部件。

阻火除塵器：將設(shè)備和廢氣源之間的危險阻隔開來，保證處理設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備之間的安全，同時除去廢氣源中的粉塵。結(jié)構(gòu)為波紋網(wǎng)型及過來棉，參照國家標(biāo)準制造，更換快捷，清理方便。是本設(shè)備中安全設(shè)施之一。

熱交換器：將有機氣體分解后的熱能和廢氣源冷氣流進行冷熱交換，置換熱能，提高廢氣源的溫度。當(dāng)廢氣濃度達到一定值時，通過熱交換器的作用，可以保證設(shè)備在無運行功率（或低功率）的狀態(tài)下正常運轉(zhuǎn)，是催化凈化裝置中對廢氣源進行次溫度提升裝置，也是設(shè)備中節(jié)能設(shè)施之一；通過熱交換器內(nèi)部對氣流的合理控制，使交換器的效率保證在 50%以上。結(jié)構(gòu)采用 Q235 冷軋鋼鋼板制，合理的布置，使冷熱氣流全面接觸，能量進行全面置換；全部制作按照國家《鋼制壓力容器制作標(biāo)準》進行制作和驗收。

預(yù)熱室：廢氣源在進入催化燃燒室之前，經(jīng)溫度檢測儀檢測，溫度達不到催化反應(yīng)的條件，由布置在預(yù)熱室內(nèi)的電加熱系統(tǒng)進行溫度的第二次提升；Q235 電加熱組件為紅外線加熱管，由固定絕緣板固定，維護更換十分方便。

催化反應(yīng)室：達到溫度條件的有機廢氣進入級催化反應(yīng)室；催化反應(yīng)室采用抽屜式，內(nèi)裝蜂窩狀催化劑，中間分插電加熱組件，利用紅外線輻射原理，使蜂窩狀催化劑溫度達到反應(yīng)溫度，使部份有機物進行分解，釋放出能量，直接使廢氣溫度提升，是本設(shè)備設(shè)計的第三溫度提升處，也叫催化升溫；溫度提升后的有機氣體進入催化固定床，內(nèi)置蜂窩狀催化劑，滿足反應(yīng)條件的有機氣體在此分解，廢氣變成潔凈氣體。本設(shè)施為催化凈化裝置的心臟。

主排風(fēng)機：選用國內(nèi)優(yōu)質(zhì)通用風(fēng)機，耐高溫低轉(zhuǎn)速，保證工作效果同時保證風(fēng)機噪聲不超過 85dB，沒有二次污染，是整個裝置氣流運轉(zhuǎn)的動力源。配置減振臺座及減振器。

控制系統(tǒng)：監(jiān)控所有動力點起動、停止、故障，反映整個運轉(zhuǎn)過程中氣體的升溫、氣體分解狀況，對設(shè)備整個過程進行安全動力保護，可以根據(jù)廢氣源性質(zhì)及生產(chǎn)線狀態(tài)進行設(shè)定。主要控制組件選用進口產(chǎn)品，保證設(shè)備的良好運行、安全性及使用壽命。

電加熱組件：電加熱組件為紅外線電熱管，利用電加熱的輻射原理。電加熱管由φ16高溫薄管內(nèi)襯高溫氧化鎂及電加熱絲組成，具有效率高、散熱快、壽命長等特點，嚴格按照國家標(biāo)準制作和驗收。其性能參數(shù)為：

表6  電加熱組件參數(shù)

催化劑：催化劑是在化學(xué)反應(yīng)中能改變反應(yīng)溫度而本身的組成和重量在反應(yīng)后保持不變的物質(zhì)。本裝置中選用的催化劑型號為TFJF/工業(yè)廢氣VOC凈化催化劑，是處理各種不同類型有機廢氣的高效廣譜型催化劑。

TFJF/工業(yè)廢氣VOC 凈化催化劑，催化劑蜂窩陶瓷做載體，內(nèi)浸漬貴金屬鉑和鈀，具有高活性、耐高溫及使用壽命長等特點。

表7  催化劑活性指標(biāo)測試

性能參數(shù)為：方形孔，孔數(shù)25個/cm²，堆積密度為0.76±0.02 kg/L，強度為100kgf/cm²，比表積為25m²/g?；钚灾笜?biāo)測試見下表：

表8  催化劑主要技術(shù)性能