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VOCs催化燃烧技术原理与工艺流程

2019-11-02 07:22:27

挥发性有机物是石油化工、制药、印刷、喷漆、制鞋等行业排放废气中的主要污染物。该类有机物大多具有毒性并伴有恶臭,部分还可以致癌,且多数VOCs对臭氧层有破坏作用。传统的有机废气净化方法有吸附法、冷凝法和直接燃烧法等,但它们有易产生二次污染、能耗大、易受有机废气浓度和温度限制的缺点。而新兴的催化燃烧技术已由实验阶段走向工程实践。
  一、催化燃烧的基本原理
  催化燃烧是典型的气涸相催化反应,其实质是活性氧参与深度氧化作用。在催化燃烧过程中,催化剂的作用是降低反应的活化能,同时使反应物分子富集于催化剂表面,以提高反应速率。
  借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下发生无焰燃烧,并氧化分解为CO2和H2O,同时放出大量热。
  二、催化燃烧的特点
  1、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、能耗低的显著特点。在某些情况下,催化燃烧达到起燃温度后便无需外界供热。
  2、适用范围广
  催化燃烧设备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低浓度、多成分、无回收价值的废气,采用吸附摧化燃烧法的处理效果更好。
  3、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93%以上,最终产物为无害的CO2和H2O(杂原子有机化合物还有其他燃烧产物),且由于燃烧温度低,能大量减少NOx的生成,因此不会造成二次污染。
  三、催化燃烧工艺流程
  根据废气的预热方式及富集方式,催化燃烧装置的工艺流程可分为3种。
  (1)预热式。预热式是催化燃烧的最基本流程形式。有机废气温度在100℃以下、浓度也较低时,热量不能自给,因此在进入反应器前需要在预热室加热升温。通常采用煤气或电加热将废气升温至催化反应所需的起燃温度;燃烧净化后的气体在热交换器内与未处理的废气进行热交换,以回收部分热量。
  (2)自身热平衡式。有机废气温度高且有机物含量较高,通常只需要在催化燃烧反应器中设置电加热器供起燃时使用,通过热交换器回收部分净化气体所产生的热量,正常操作下能够维持热平衡,不需补充热量。
  (3)吸附-催化燃烧。当有机废气的流量大、浓度低、温度低,采用催化燃烧需消耗大量燃料时,可先采用吸附手段将有机废气吸附于吸附剂上进行浓缩,然后通过热空气吹扫,使有机废气脱附成为高浓度有机废气(可浓缩10倍以上)后再进行催化燃烧。不需要补充热源就可维持正常运行。
  有机废气催化燃烧工艺的选择主要取决于:①燃烧过程的放热量,即废气中可燃物的种类和浓度;②起燃温度,即有机组分的性质及催化剂活性;③热回收率等。当回收热量超过预热所需热量时,可实现自身热平衡,无需外界补充热源这是最经济的。