【FIDS·名家讲坛】催化燃烧法VOCs治理与木业工程技术探讨
时间:2018-09-06 21:38来源:山东省家具协会 点击:
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8月8日，在临沂举行的第三届家具产业供给侧创新与发展峰会已圆满结束，会议上，技术领军企业就战略规划、油漆涂装、环保治理、智能生产及新技术应用等方面进行深入探讨，为继续扩大会议成果，分享精彩观点，现陆续将各位嘉宾现场演讲实录与大家分享。
本期分享天津天迈节能设备有限公司王宜志演讲《催化燃烧法VOCs治理与木业工程技术探讨》。
一、喷漆VOCs废气的危害性
VOCs废气对环境和人类有很大的危害，中国疾病预防控制中心和华南理工大学的专家，对VOCs做了明确的深度的研究和分析：
人类危害
①刺激性&毒性：VOCs超过一定浓度时，会刺激人的眼睛和呼吸道，使皮肤过敏、咽痛与乏力；VOCs很容易通过血液-大脑的障碍，损害中枢神经；VOCs伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统；
②致癌性、致畸作用和生殖系统毒性；
③某些VOCs易燃，如苯、甲苯、丙酮、二甲基胺及硫代烃等，这些物质的排放浓度较高时如果遇到静电火花或其他火源，容易引起火灾。
环境危害
①在阳光和热的作用下参与氧化氮反应形成臭氧，导致空气质量变差并且是夏季光化学烟雾、城市灰霾的主要成分；
②VOCs是形成细粒子（PM2.5）和臭氧的重要前体物质，大气中VOCs在PM2.5中的比重占20%-40%左右，部分PM2.5由VOCs转化而来；
③VOCs大多为温室效应气体，导致全球范围内的升温。
VOCs治理的必要性
① VOCs污染对我国环境系统的影响日趋严重；
②各行业对于VOCs治理需求越来越紧迫；
③安全清洁的新技术与新设备成为大势所趋；
④企业工人整洁安全的生产环境十分必要；
⑤我国的VOCs控制情况堪忧；
⑥我国“十三五”规划对VOCs处理工作提出新要求。
催化燃烧原理
催化燃烧是用催化剂使废气中可燃物质在较低温度下氧化分解的净化方法。所以，催化燃烧又称为催化化学转化。由于催化剂加速了氧化分解的历程，大多数碳氢化合物在300-450°C的温度时，通过催化剂就可以氧化完全。与热力燃烧法相比，催化燃烧所需的辅助燃料少，能量消耗低，设备设施的体积小。
催化燃烧装置主要由热交换器、燃烧室、催化反应器、热回收系统和净化烟气的排放烟囱等部分组成。其净化原理是：未净化气体在进入燃烧室以前，先经过热交换器被预热后送至燃烧室，在燃烧室内达到所要求的反应温度，氧化反应在催化反应器中进行，净化后烟气经热交换器释放出部分热量，再由烟囱排入大气。
催化燃烧优点
①净化率高，无二次污染。处理效率高，无二次污染，用催化燃烧法处理有机废气的净化率一般都在95%以上，最终产物为无害的CO2和H20，因为无二次污染问题，此外，由于温度低，能大量减少NOx的生成。
②起燃温度低，节省能源。有机废气催化燃烧与直接燃烧相比，具有起燃温度低，能耗小的显著特点。
③适用范围广，可有效处理复杂成分的喷漆废气。催化燃烧几乎可以处理所有的烃类有机废气及恶臭气体。对于有机化工、涂料、绝缘材料等行业排放的中高浓度、成分杂、又没有回收价值的废气，采用吸附-催化燃烧法的处理效果最好，对于油漆废气这类成分复杂的废气，用催化燃烧法进行处理更为彻底。
二、催化燃烧简介和木业工程VOCs废气处理流程
在喷漆车间产生的喷漆废气首先通过喷漆房内设施（水帘，无泵，喷台等）一次过滤后剩余废气通过喷漆废气集气口进入油漆废气催化燃烧设备进行多重过滤，吸附，脱附，反应等流程后，生成无害气体排入大气，该过程可实时监测数据，净化效率可达95％。
前期收集（预处理）
（预处理-湿式）无泵环保水幕：排风直接提水，将排风和提水系统结合，排风负压直接提升水箱中的水形成循环水幕，无需水泵。净化效率卓越，由于含有漆雾的空气，经过水幕、以及气水通道内与水雾的强烈混和搅拌，形成多级净化过程，提高了净化效率；
（预处理-湿式）水帘：水帘式喷漆房由水槽、不锈钢水帘板、水循环系统、抽风过滤系统等组成，正常完成工件喷涂的同时能有效防止废漆污染环境；
（预处理-干式）喷漆柜：采用纤维质过滤器与纸质过滤器的巧妙组合,使过滤效果达到90%以上，安装，拆卸简单,便于用户更换维护。纸质过滤器由两层有孔，可折合的纸板粘合在一起组成的，并构成了一些V型的过滤室；纸质过滤器可更换，不黏附涂料，使用寿命长。
过滤，吸附，催化燃烧
第一步：初级过滤，膜式过滤
为避免二次污染及保护活性碳，需采用净化效率高、无二次污染的干式过滤材料净化废气中的漆雾。干式过滤材料适用漆雾净化特点的材料，用多层阻燃玻璃纤维复合而成，密度随着厚度逐渐增大，后用一层不同材质起支撑作用，过滤时多层纤维对漆雾粒子起拦截、碰撞、扩散、吸收等作用将漆雾粒子容纳在材料内。
第二步：活性炭吸附床
活性炭吸附床采用新型活性炭，该活性炭比表面积和孔隙率大，吸附能力强，具有较好的机械强度、化学稳定性和热稳定性，净化效率高达95%。有机废气通过吸附床，与活性炭接触，废气中的有机污染物被吸附在活性炭表面，从而从气流中脱离出来，达到净化效果。从活性炭吸附床排出的气流已达排放标准，空气可直接排放。
第三步：核心处理，催化燃烧
打开催化燃烧床电加热器加热气流送入活性炭吸附床，脱附出来的有机溶剂再经加热室中加热，逐步上升到250-300°C的反应温度，再进入催化燃烧室，在催化剂的作用下，有机废气氧化分解并释放大量热，热气流过上层的热交换器将热量释放给刚进入催化床的脱附气流，使其达到催化反应温度，这时可以关闭电加热装置，实现热平衡，节约了能源。
三、设备特点
第一是催化剂对VOC分子的吸附，提高了反应物的浓度，第二是催化氧化阶段降低反应的活化能，提高了反应速率。借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度下，发生无氧燃烧，分解成CO2和H2O放出大量的热，与直接燃烧相比，具有起燃温度低，能耗小的特点，某些情况下达到起燃温度后无需外界供热，反应温度在250-400°C。
在生产过程中，排放的有机尾气通过引风机进入设备的旋转阀，通过选转阀将进口气体和出口气体完全分开。气体首先通过陶瓷材料填充层（底层）预热后发生热量的储备和热交换，其温度几乎达到催化层（中层）进行催化氧化所设定的温度，这时其中部分污染物氧化分解；废气继续通过加热区（上层，可采用电加热方式或天然气加热方式）升温，并维持在设定温度；其再进入催化层完成催化氧化反应，即反应生成CO2和H2O，并释放大量的热量，以达到预期的处理效果。经催化氧化后的气体进入其它的陶瓷填充层，回收热能后通过旋转阀排放到大气中，净化后排气温度仅略高于废气处理前的温度。系统连续运转、自动切换。通过旋转阀工作，所有的陶瓷填充层均完成加热、冷却、净化的循环步骤，热量得以回收。
