催化燃燒法在噴漆廢氣處理中的應(yīng)用

 

隨著國(guó)家現(xiàn)代化的快速發(fā)展趨勢(shì)，近年來(lái)人們?cè)絹?lái)越關(guān)注環(huán)境空氣質(zhì)量，以揮發(fā)性有機(jī)化學(xué)空氣污染物為主的空氣污染日益嚴(yán)重。由于溶劑型涂料和水溶性樹(shù)脂涂料稀釋劑的應(yīng)用，噴漆公司已成為揮發(fā)性廢氣的主要污染源。工業(yè)廢氣由于易揮發(fā)、成分復(fù)雜、揮發(fā)物不同而無(wú)法去除。催化燃燒法是工業(yè)廢氣處理的方法之一。解決了直接燃燒溫度標(biāo)準(zhǔn)下低濃度的VOCs蒸氣，具有清潔高效、無(wú)二次污染、低能耗的特點(diǎn)。是解決商業(yè)服務(wù)中VOC處理設(shè)備應(yīng)用的最有效解決方案之一。

 

使用噴漆技術(shù)的化工廠、汽車(chē)、機(jī)械設(shè)備、電子設(shè)備、船舶等制造業(yè)也在不斷發(fā)展壯大。噴漆全過(guò)程排放的工業(yè)廢氣對(duì)周?chē)h(huán)境甚至人的身心健康都是有害的。有機(jī)廢氣主要是三苯基，部分還考慮了酯類(lèi)、醚類(lèi)、大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)等成分。這種揮發(fā)性有機(jī)化合物輕度至頭痛和惡心，重度至抽搐和暈厥，損害人體免疫系統(tǒng)。為了合理應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題，國(guó)家和部分省份實(shí)施了一系列相關(guān)法律法規(guī)和大氣生態(tài)環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，限制和整治有機(jī)廢氣造成的危害。

 

一、概述

 

催化燃燒是一種典型的氣固催化反應(yīng)，它在催化劑的作用下降低了反應(yīng)的活化能，使其能夠在250 ~ 350℃的較低起燃溫度下進(jìn)行無(wú)焰燃燒。催化劑表面的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生空氣氧化，此外，產(chǎn)生CO2和H2O，并釋放大量熱量。由于其氧化還原反應(yīng)溫度低，空氣中的N2被大大抑制產(chǎn)生高溫氮氧化物。而且由于催化劑可以選擇性催化反應(yīng)，有可能限制燃料中含氮化合物的空氣氧化全過(guò)程，使其大部分產(chǎn)生分子氮。

 

二、催化反應(yīng)噴出的有機(jī)廢氣的組成及危害

 

在整個(gè)噴漆過(guò)程中，高壓氣體噴漆的噴漆大部分停留在產(chǎn)品工件上，其他沒(méi)有到達(dá)噴漆表層的噴漆顆粒和熔化噴漆顆粒的水滴漂浮在空氣中，整個(gè)噴漆過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)化合物造成噴漆有機(jī)廢氣的環(huán)境污染。由于不同的噴漆使用的溶劑不同，所以整個(gè)噴漆過(guò)程中有機(jī)廢氣的成分也不同。以汽車(chē)噴漆為例，不同加工工藝生產(chǎn)的不同噴漆和建筑涂料中VOCs的組成和比例也有很大差異。某大型汽車(chē)涂料公司發(fā)現(xiàn)，VOCs的主要成分為甲酸仲丁酯、甲基異丁基酮、甲苯、乙酸丁酯、乙苯和二甲苯，甲苯和乙酸丁酯的比例接近50%。許多與工業(yè)園區(qū)相關(guān)的建筑涂料公司發(fā)現(xiàn)，苯、甲苯、二甲苯和正乙烷是揮發(fā)性有機(jī)化合物的主要成分。經(jīng)過(guò)科學(xué)研究噴淋污水中揮發(fā)性有機(jī)物的特性，主要揮發(fā)性有機(jī)物為乙酸丁酯、乙苯、甲苯、二甲苯、丁二烯和乙酸丁酯。噴灑有機(jī)廢氣不容忽視?？諝庵嗅尫诺钠犰F被呼吸系統(tǒng)吸入后會(huì)引起急慢性中毒，對(duì)身體的神經(jīng)系統(tǒng)和造血系統(tǒng)造成傷害。吸入苯、二甲苯、醋酸丁酯等高濃度有機(jī)廢氣，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)抑制人的記憶能力、注意力和感覺(jué)運(yùn)動(dòng)能力，長(zhǎng)期接觸會(huì)對(duì)肝臟產(chǎn)生毒副作用，甚至對(duì)神經(jīng)中樞造成損傷。

 

三、噴漆廢氣處理及解決方案

 

去除漆霧后的噴漆廢氣主要含有揮發(fā)性有機(jī)化合物，其解決技術(shù)包括傳統(tǒng)清洗技術(shù)、新型清洗技術(shù)和復(fù)合清洗技術(shù)。燃燒法氧化噴漆有機(jī)廢氣中的有機(jī)燃燒空氣，將其轉(zhuǎn)化為CO2和H2O無(wú)害化學(xué)品，達(dá)到噴漆廢氣處理的目的。燃燒法可分為直接點(diǎn)火法、加熱燃燒法、催化燃燒法和蓄熱燃燒法。

 

1.直接燃燒法。高濃度易燃工業(yè)廢氣應(yīng)選擇直接燃燒法。直接燃燒法必須有足夠的高溫，并保證點(diǎn)火室內(nèi)空間有足夠的二氧化碳。如果二氧化碳量不足，點(diǎn)火不完全。如果co2的量太大，可燃濃度值將不會(huì)在火界內(nèi)引起燃燒。為避免蒸汽爆炸，有機(jī)廢氣通常在加熱爐或敞口燃燒器中點(diǎn)燃，燃燒溫度超過(guò)1100℃；但是，當(dāng)燃燒不完全時(shí)，一些空氣污染物和灰塵會(huì)排放到空氣中。此外，燃燒的能量無(wú)法回收，導(dǎo)致燃料動(dòng)能受損。

 

2.催化燃燒法。催化燃燒法被認(rèn)為是揮發(fā)性有機(jī)化合物處理設(shè)備中的一種高效有機(jī)廢氣處理技術(shù)。在催化劑的作用下，揮發(fā)性有機(jī)物在低溫(一般為200 ~ 400℃)下可被空氣氧化成零污染的CO2和H2O。催化燃燒法無(wú)二次污染，實(shí)際操作簡(jiǎn)單，安全系數(shù)高，起燃溫度低；然而，VOCs凈化的實(shí)際效果是由催化劑的特性決定的。因此，選擇性能優(yōu)良的催化劑，科學(xué)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，是高效的催化燃燒新方法。催化燃燒法可以解決廢氣濃度高、排氣量小的問(wèn)題。但噴漆有機(jī)廢氣的排風(fēng)量大，VOCs濃度一般小于300mg/m3，不適合噴漆廢氣的處理。

 

3.再生燃燒法。當(dāng)有機(jī)廢氣濃度不高時(shí)，基本的直接燃燒和催化燃燒都不能?；穑仨毤尤氪罅康哪芰?，因此應(yīng)選擇蓄熱式燃燒。目前蓄熱燃燒裝置有兩種:蓄熱加熱燃燒管式反應(yīng)器(RTO)和蓄熱催化燃燒管式反應(yīng)器(RCO)。對(duì)于RTO設(shè)備，一般由蓄熱式換熱器、熱機(jī)燃燒室和轉(zhuǎn)換閘閥組成。常見(jiàn)的基本模式有兩室、三室、多室RTO。在閘閥切換過(guò)程中，兩室RTO會(huì)產(chǎn)生管道內(nèi)殘留廢氣與凈化后的有機(jī)廢氣一起排放的問(wèn)題，導(dǎo)致一半以上的清洗周期時(shí)間達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，清洗效率低于80%；三室RTO基本上改善了兩室RTO中的凈化室，解決了有機(jī)廢氣不經(jīng)處理就排放的問(wèn)題，但閘閥太多很難完成同步轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致未經(jīng)處理的有機(jī)廢氣混入清潔蒸汽，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)；多室RTO也是如此。RCO設(shè)備一般由蓄熱催化反應(yīng)爐和旋轉(zhuǎn)液壓換向閥組成，其中幾個(gè)蓄熱催化反應(yīng)室是分開(kāi)的。廢氣根據(jù)旋轉(zhuǎn)液壓換向閥的進(jìn)氣口進(jìn)入蓄熱催化反應(yīng)室加熱，蒸汽溫度達(dá)到200-500℃后，經(jīng)過(guò)另一個(gè)蓄熱催化反應(yīng)室，在催化劑的作用下被凈化放熱。凈化后的高溫蒸汽吸收動(dòng)能，通過(guò)蓄熱器降溫。最后根據(jù)旋轉(zhuǎn)液壓換向閥的出氣口排出。蓄熱燃燒技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于清潔、高效、無(wú)二次污染。此外，它完成動(dòng)能回收，節(jié)省燃料，具有良好的應(yīng)用前景。