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VOCs 废气处理用催化燃烧装置应用分析与研究

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VOCs 废气处理用催化燃烧装置应用分析与研究

公布日期:2020-02-17 作者:实亿国际app 点击:

全国各地对于 VOCs废气的排放有着严格的节制,陆续公布了最新的VOCs 排放标准。常规处理 VOCs 废气接纳前端接纳技术或后端氧化合成2种方式,前者接纳物理方法,在一定温度与压力下,通过冷凝、汲取剂、吸附剂或具有选择性的膜对VOCs进行分离;而氧化合成技术则是通过生化法,行使光、热、催化剂或微生物对VOCs进行氧化合成,并生成CO2与H2O。氧化合成VOCs的方法一般有间接燃烧法、蓄热式燃烧法、催化燃烧法等。个中,催化燃烧法的原理是通过使加热至一定温度的 VOCs废气与装置内的贵金属催化剂进行接触并发生催化氧化反应,将有机物氧化生成无害的 CO2与H2O,达到除去VOCs目的的一种设备与工艺。

催化燃烧装置厂家

1 催化燃烧装置介绍

催化燃烧装置是一种通过氧化催化剂对加热至一定温度的废气催化氧化,使其生成无害的 CO2 与 H2O 的工艺设备。与传统蓄热燃烧、直燃式热氧化炉相比,具有热耗低、处理效率高(≥95%)的特点。常用的催化燃烧装置根据氧化催化剂的最佳工作温度(250~400 ℃),可实现低温氧化废气中的 VOCs,并大大俭省处理废气的运行成本。

1.1 催化燃烧装置原理

催化燃烧装置的结构及处理流程如图 1 所示。含 VOCs 废气进入装置入口,经由滤器过滤后进入换热器室进行热交换,再进入燃烧器室对废气进行预加热(燃烧用氧气为废气中所含有的空气,也可通过旁路风阀补充空气),待加热至 350 ℃后由送风机将预热气体抽至催化剂室进行催化氧化。由于部分废气中含有硫、硅、磷等元素,会使贵金属催化剂中毒,因此预加热后的废气在进入催化剂室前需进行预处理。当处理后的废气进入催化剂室并与氧化催化剂接触时,催化剂将废气中的 VOCs 氧化合成成CO2 和 H2O。处理后的无害气体将被送入一次换热器,与从入口来的废气进行热交换,达到节俭热源的目的。风机接纳耐高温型号,放置于设备本体下游部分,目的在于使上游路径形成负压,防止气体泄漏。装置排气口预设取样孔,用于对处理后的废气进行成分检测。

1.2 催化燃烧装置安全性预防

由于催化燃烧装置在燃烧室中接纳明火对废气进行预热,因此需考虑废气的相关安全措施:(1)废气中 VOCs 含量需节制在 LEL(爆炸下限)的 25%以下,以防止爆炸或火灾。(2)回火节制:为防止回火,在计划管道尺寸时应使废气的最低流速始终大于回火速度,或在前期管道主路设置减压阀,使进气压力始终高于下游气体压力。(3)其他安全措施:接纳回火防止器、稀释空气等方法。(4)设置轻故障或重故障报警及安全联锁节制系统,当有回火环境发生时,蜂鸣器将发出警报指示。

1.3 催化燃烧装置的优缺点

催化燃烧废气处理技术是 20 世纪 40 年代末出现的。从 1949 年美国研制降生界上第一套催化燃烧装置到现在,该技术已广泛地应用于油漆、橡胶、塑料、树脂、皮革、食品和铸造等领域,也用于汽车尾气净化等方面。中国在 1973 年开始将催化燃烧法用于治理漆包线烘干炉排出的有机废气,随后又在绝缘材料、印刷工业等方面进行了研究,使催化燃烧法获得了广泛的应用。经由量年来的发展与改良,催化燃烧装置具有其特有的优势:(1) 可处理绝大多数VOCs 废气;(2)可将有机化合物氧化合成成无毒无害的 CO2 气体与 H2O;(3)合成效率高达 95%以上,无需作后续处理;(4)可在低温(200~400 ℃)下对 VOCs 进行合成,燃料耗损量低(节能);(5)催化剂使用寿命长,可根据入口气体的风量与 VOCs含量推断催化剂的使用时间,且催化剂可进行再生行使;(6)设备内为负压结构(风机设置在设备内部下游),可有效防止臭气渗漏;(7)具有高度安全性,能在低温下进行反应,无粉尘爆炸的危险;(8)处理效率在 99%以上(彻底除臭)。

催化燃烧装置的缺点:(1)对于较大风量且低VOCs 质量浓度废气而言,处理费用相对过高,可协同沸石滚轮浓缩设备进行废气浓缩后再作催化氧化处理;(2)用于处理 VOCs 的氧化用催化剂当遇见硫、磷、硅等物质时会发生催化剂中毒现象,因此需要设置预处理步骤。

1.4 催化燃烧装置运行参数

催化氧化妆置的大小由最大处理风量来决定,一般最大处理风量可达到 30 000 m3/h(标准状态下,下同),根据处理废气中 VOCs 的质量浓度与成分对催化剂种类与用量进行选择。由于催化剂氧化处理的最合适温度在 350 ℃阁下,因此需通过燃烧室对废气进行预加热。为防止温度过高或过低导致工况温度异常,可将热电偶信号输送至可编程逻辑节制器(PLC)节制盘面板以便于监测与读数,并设置温度警报以防高温下催化剂烧焦或低温下催化剂处理活性过低的现象发生。燃烧器用加热燃料通常接纳液化天然气(LNG)或液化石油气(LPG),如果部分厂区因消防原因无上述燃料供应,也可接纳电加热的方式进行废气加热。根据燃料不同热值与所处理废气的风量大小、入口温度等参数进行热量衡算,确认燃气的用量。由于所处理的废气中含有 VOCs 成分,其本身在燃烧过程中也能供给一定的热量,经验上认为当 VOCs 质量浓度达到 2 000 mg/m3 阁下时所产生的热量可以满足燃气外加的热能需求。该部分热量必须考虑在热量衡算中,以免温度过高导致催化剂被烧毁的现象发生。综上所述,废气流量、燃气流量、入口出口温度及燃烧室温度均为必要监控的运行参数。

1.5 催化剂选择与使用

催化燃烧装置接纳的氧化催化剂多为铂(Pt)贵金属型材料,其最佳使用温度在 350 ℃阁下,形状大多为粉末状或蜂窝状。一般催化剂的使用期限在 5年阁下,这需要根据待处理气体的浓度与成分而定。可对达到使用年限的催化剂进行再生处理,再生后的催化剂可循环使用。此外,在选择氧化催化剂前需要对处理废气的风量、组分与浓度进行相关确认。组分决定氧化催化剂的种类,风量与浓度决定催化剂的用量。通常每种催化剂均有相应的空速比(SV),可根据相关数据推算出触媒的大致用量,计算公式见式(1)。

个中:v 为催化剂空速,h-1;Q 为处理废气量,m3/h;Vc为催化剂用量,m3。

例如:某蜂窝状催化剂的 SV 值为 35 000 h-1(查表),风量为 4 200 m3/h,则可算出催化剂用量约为 0.12 m3。

1.6 处理效率

催化燃烧处理装置的效率在最适合温度(350℃阁下)下可达到 95%以上,入口废气的浓度不同处理效率有所不同,浓度越高处理效率越高[3]。影响处理效率的因素包括:(1)催化剂中毒(含有硫、磷、硅等的化合物);(2)温度过低,催化剂活性不足。

当处理废气中含有简略使催化剂中毒的物质时,可在催化剂室前设置前处理设备,即增加前处理催化剂。工程中常接纳蜂窝状的陶瓷类前处理剂来去除硫等物质。同样,废气的构成不同,前处理剂的选择也不同。此外,当温度过低时,氧化催化剂对废气中 VOCs 的氧化效率会大幅减弱,因此需要在装置中设置热电偶及传感器,使即时温度能及时显示在 PLC 盘柜显示屏中,并设置低温轻故障警报,当温度过低时自动点燃燃烧加热器进行升温。

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