催化燃烧法在喷涂废气治理中的应用

姜成成 邱春光

摘要：本文以某装备制造企业喷涂车间的废气以催化燃烧法处理展开研究，同时对商业用催化剂以及企业自主研发的催化剂进行相关的测试，探究在有限的占地面积中，如何通过科学的设计来保证有机废气的高效降解。

关键词：催化燃烧法;喷涂废气;催化剂;应用

中图分类号：X701.7 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）03-0-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.03.064

Application of catalytic combustion method in the treatment of spraying waste gas

Jiang Chengcheng，Qiu Chunguang

（Linyi Environmental Protection Science Research Institute Co.，Ltd.，Linyi Shandong 276000，China）

Abstract：In this paper，the waste gas from a spray workshop of an equipment manufacturing enterprise is treated by catalytic combustion method.At the same time， the commercial catalyst and the catalyst independently developed by the enterprise are tested to explore how to ensure the efficient degradation of organic waste gas through scientific design in a limited area.

Key words：Catalytic combustion method;Spraying waste gas;Catalyst;Application

1 催化燃烧技术的原理

催化燃燒是典型的气体与固体相催化的反应，它在催化剂的作用下可以降低化学反应的活性，确保其可以在250～300℃的起燃温度下进行无火焰的燃烧，并与固体催化剂的表面与有机物质发生氧化，产生大量的水和二氧化碳，同时释放热量[1]。由于催化燃烧的氧化反应温度较低，因此可以有效的抑制空气中的氮气产生高温的氮氧化合物。并且，由于氧化剂具备选择性氧化的作用，含氮化合物的氧化过程可能会造成限制，导致大多数的含氮氧化物形成分子氮。

2 项目实例简介

某一装备制造企业专门生产大型的机械设备，配备专门的喷涂车间，车间内有完善的废气收集系统以及漆雾干式过滤系统。漆雾的过滤技术是玻璃纤维棉过滤以及活性炭吸附，完成过滤的废气在活性炭经过吸附后才可排放。基于地方环保监管的力度增大，该企业需要进一步改造废气的处理系统，但是在企业建立之初就将活性炭吸附的系统几乎完全覆盖到生产车间的每个角落，没有多余的空地增添新的设备，因此，最终决定使用活性炭离线脱附的技术集合催化燃烧的方式进行废气的处理。

3 催化燃烧的设备设计

完成催化燃烧主要有两个方面的技术：去除效率以及运行功耗。去除效率与有机物的浓度、反应发生的温度极易催化剂的性能之间有密切的关系;运行功率则会受到需处理的废气量、有机物的浓度以及换热效率的牵制。将换热面积增大则可以提高余热的利用效率，继而让自热平衡更容易实现，以此来降低系统的功能消耗。但基于客观条件的限制，项目以确保去除率为主。

废气经过鼓风机的作用，通过三通阀、阻火阀、换热器以及电加热器，进入到催化燃烧的地点，燃烧的尾气通过换热器进行排空。如果发生了明火回流的情况，阻火阀将立即启动关闭，具备压力传感器的三通阀将立即切向旁通直排。

废气从进气口进入，经过板式换热器从上而下流动，同时分为两个部分进入分布于燃烧室两侧的电加热腔，电加热腔内均匀的设有电加热棒。废弃油电加热棒加热到一定的温度在燃烧室的上方汇集，同时由上而下的经过催化剂的空管进行催化燃烧反应，反应产生的气体从燃烧室的下方进行排放，再由板式换热器传送余热给新进入的废气，再通过排气口排放[2]。

这种催化燃烧的设备其最大的处理风量是700m3/h，风机可承载的最大风量为1000m3/h，离心风机的最大风压为2500Pa，经过变频器调整的风量，其催化剂的填装含量为0.0288m3。

4 催化剂的研制

该项目的催化剂研制小组采用了商业双贵金属蜂窝催化剂，并结合产学研研制出了单贵金属的蜂窝催化剂。自主研制的催化剂以蜂窝陶瓷作为承载，在其表面涂上氧化铝和稀土氧化剂作为第二层载体。剩余的其他工艺与原有的浸渍涂覆法相同。

5 催化剂燃烧性能

对于催化剂燃烧性能的评估，通过借助手持式的PID浓度检测仪，但基于出入口不一样的温度，以及PID检测的单位为ppm，计算净化效率的具体单位需要换算为mg/m3：

式中：

M-气体分子量;T-气体温度;Ba-大气压。

喷涂废气所产生的VOCS多由多种成分共同组成，为了便捷计算，M取值通常为80，Ba取值通常为101325，则上述公式可简化为：

分别将废弃的浓度设定在50ppm、100ppm、260ppm、400ppm，进行商业用催化剂的性能检测，分别将废气的浓度设定在51ppm、110ppm、260ppm、400ppm，对自主研发的催化剂进行性能的检测。

结合实验数据，浓度不变的情况下，反应的温度越高，其净化的效率越高;如果温度不变，废气的浓度越高，其净化的效率越低。借助数据的对比我们可以发现，自主研发的催化剂当温度大于200℃时，其VOCS净化的效率将会超过90%，而当商业催化剂的净化效率达到90%其温度需要保证在250℃左右，这就可以说明，自主研制的催化剂相较于商业用的催化剂，其低温活性的性能更加优秀[3]。

观察经过测试后的催化剂外观，商业用催化剂出现了不同程度的破损，而自主研发的催化剂外观则保持完好，说明自主研发的催化剂其使用的寿命更加的长久。但无论是商业用催化剂还是自主研发的催化剂，其表面均出现了发黑的现象，这是由于通过的气流与催化剂的加热方式有关，流场的混乱让部分区域的温度不够，进而导致碳性物质堆积，如果长期运行就会导致孔道的堵塞。

但是由于气体温度较高，高温的气体与新进入的废气混合之后被引进已经饱和的活性炭进行脱附再生其剩余的气体可以经由烘干室，以此来进行装备的干燥[4]。将换热面积减小不但可以极大的降低催化燃烧设备的体积，还可以减少对活性炭电热脱附设备的使用率，发挥尾气余热最大的利用效率。

由此我们可以得知：（1）废气的进入浓度对催化反应的性能造成一定的影响，只有将浓度数值控制在合理的范围内，其催化燃烧的性能才会趋于稳定，得到较理想的催化燃烧效果。（2）催化的温度直接影响催化的效果，废气的去除效率随着催化温度的升高而产生变化，催化的温度过高或过低對催化效率都是不利的。（3）空气的流速过大，会致使一部分催化燃烧器中的有机废气难以与催化剂充分的接触就直接被带离反应器，进而导致催化反应的不充分，影响催化的效果。

6 结语

以项目开发为基础的催化燃烧核装置和催化剂，对喷涂废气的净化有明显的效果，尤其是当VOCS的浓度不超过400ppm时，其废气出口的浓度即可控制在2.1ppm以内，这个含量远远低于国家的相关标准。虽然以项目开发为基础的催化燃烧装置与催化剂在处理废气方面其温度较高，但是可以将其用于活性炭的脱附以及装备漆面的干燥处理，将余热有效的二次利用，是符合在特定条件下治理废气的要求的。这种催化燃烧装置在未来的推广及使用中，能够更好的改进换热器的结构，借助增加换热的面积来降低排气的温度，以此来为在低浓度下的催化燃烧自热平衡创造有利的条件。

参考文献

[1]李红娜.挥发性有机废气治理方法研究[J].资源节约与环保，2019（11）：63.

[2]邹庆平，陈秀鹃，沈树宝，陈英文.多环芳烃有机废气的催化燃烧处理技术进展[J/OL].现代化工：1-5[2020-01-08].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2172.TQ.20191204.1128.010.html.

[3]许国莉.煤化工大气污染处理技术进展及发展趋势探讨[J].石化技术，2019，26（08）：176+178.

[4]CuO掺杂活性炭对AN/Mg/NC复合材料热分解及燃烧的催化作用[J].The Journal of Physical Chemistry C，2019.

收稿日期：2020-01-09

作者简介：姜成成（1990-），男，汉族，本科，助理级，研究方向为污染物治理。