探究活性炭+催化燃燒在 VOCs 中的常見問題及對策、運(yùn)營費(fèi)用等

隨著環(huán)保政策的趨嚴(yán)，涉 VOCs 排放的限制愈來愈嚴(yán)苛。文章首先介紹 VOCs 污染的危害性，探討了介紹幾種常規(guī)的 VOCs處理技術(shù)，歸納其使用特征，并詳細(xì)剖析活性炭+催化燃燒組合工藝的原理及在涉VOCs廢氣處理中的運(yùn)用優(yōu)勢。
1、VOCs污染來源及其危害
環(huán)境中VOCs擁有來源廣，種類多的特征，國內(nèi)已經(jīng)監(jiān)測出 的VOCs已經(jīng)有300多種，主要首要來自人類生產(chǎn)生活中，分布在建筑裝飾，有機(jī)化工，石油石化，包裝印刷，表面涂裝等行業(yè)。VOCs是四大大氣污染物之一，屬于形成PM2.5和光化學(xué)煙霧的 重要因素，能夠損害人體神經(jīng)系統(tǒng)，血液成分和心血管系統(tǒng)，對人體健康和社會影響極大。
2、常用的VOCs治理方法
VOCs污染如此嚴(yán)重，相應(yīng)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)出臺，助推廢氣治 理行業(yè)快速發(fā)展。各種含 VOCs 排放的廢氣處理技術(shù)得到運(yùn)用，下面就介紹當(dāng)前主要的治理技術(shù)：
（1）UV高效光解凈化法
凈化技術(shù)原理：利用高能UV紫外線的光能裂解和氧化有 機(jī)物質(zhì)的分子鏈，改變物質(zhì)結(jié)構(gòu)的原理。
適應(yīng)工況及凈化效率：小風(fēng)量，低濃度，不含粉塵的常溫廢氣，正常情況凈化效率為50%左右。
投資費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用：中高等投資，系統(tǒng)用電量大，運(yùn)行維護(hù)成本較高。
（2）等離子凈化法
凈化技術(shù)原理：利用高壓電極發(fā)射的等離子及電子，裂解和氧化有機(jī)物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)。
適應(yīng)工況及凈化效率：小風(fēng)量，低濃度及濕度，不含粉塵的干燥常溫廢氣，正常情況凈化效率為40%左右。
投資費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用：中高等投資，系統(tǒng)用電量大，運(yùn)行維護(hù)成本較高。
（3）活性炭吸附法
凈化技術(shù)原理：利用活性炭內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，比表面積大，對各種有機(jī)物具有高效吸附能力原理。
適應(yīng)工況及凈化效率：各種風(fēng)量，低濃度及濕度，不含粉塵的干燥常溫廢氣，初期凈化效率可到90%，以后逐步衰減。
投資費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用：一次性投資相對較小，活性炭吸附飽和后要作危廢處理，后期處理費(fèi)用高。
（4）直接燃燒法
凈化技術(shù)原理：利用有機(jī)物在高溫條件下的可燃性將其通過化學(xué)氧化反應(yīng)進(jìn)行凈化的方法。
適應(yīng)工況及凈化效率：各種風(fēng)量，高濃度，不含粉塵的干燥廢氣，凈化效率可到99%以上。不適合處理含硅樹脂，硫，氯等 物質(zhì)的有機(jī)廢氣。
投資費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用：一次性投資較大，運(yùn)行費(fèi)用需要視廢氣濃度確定，一般可以接受。
（5）催化燃燒法
凈化技術(shù)原理：利用催化劑的催化作用來降低有機(jī)物的化學(xué)氧化反應(yīng)的溫度條件，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能、安全的目的。
適應(yīng)工況及凈化效率：各種風(fēng)量，高濃度的干燥廢氣，凈化效率可到90%以上。不適合處理含硅樹脂，硫，氯等物質(zhì)的有機(jī)廢氣，一般進(jìn)催化爐前需加中效干式過濾器。
投資費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用：中等投資，運(yùn)行費(fèi)用較高，催化劑的使用壽命約為8000小時，到期需更換。
3、活性炭吸附脫附+催化燃燒組成及運(yùn)行剖析
1、活性炭箱的選型
碳箱里面活性炭的選擇非常重要，因?yàn)橐磸?fù)經(jīng)過吸脫附，所以其質(zhì)量要比吸附即拋型活性炭要好，其使用時間可達(dá) 8000小時。應(yīng)選用以優(yōu)質(zhì)無煙煤作為原料、經(jīng)過高溫石墨化預(yù)制，外形蜂窩狀為宜。蜂窩活性炭具有空氣動力性能好，床層阻力小，吸脫附速度快，適合處理大風(fēng)量，低濃度有機(jī)廢氣。其規(guī)格參數(shù)表如下。

碳床宜選用3mm厚鋼板焊接，內(nèi)外需做防銹處理，且外敷保溫棉，保溫厚度宜根據(jù)實(shí)際情況確定?？沾矚馑僭酱?，碳床飽和時間越短，吸附氣速宜取1.2~1.8m/s?；钚蕴恳话阍诶锩娣笤O(shè) 4~5 層，層與層之間留有 100~150mm 空隙方便檢修及維護(hù)。

2、催化爐的選型
催化劑種類很多，目前VOCs處理一般選用較多的是蜂窩式貴金屬催化劑，其載體一般為堇青石蜂窩陶瓷。下圖為某公司生產(chǎn)的催化劑性能表僅供參考。

催化劑的裝填量一般根據(jù)廢氣量和空速比決定，當(dāng)然也與催化床層數(shù)有關(guān)系，一般設(shè)置4~5層為宜?？紤]到經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性，催化劑空速比選擇在10000h-1~15000h-1 之間?？账俦仍?高，成本就越高，反之亦然。催化劑的活性溫度在350℃左右， 對有機(jī)廢氣處理效率可達(dá) 97%，溫度越高活性越好，但超過 600℃會造成貴金屬涂層的損壞。
催化床層預(yù)熱一般采用電加熱。如果采用燃燒器，需要與催化劑保持一定距離，以免對催化劑造成損害。現(xiàn)在催化爐較為普遍的做法是將催化床與換熱器做在一起，比較緊湊，方便運(yùn)輸。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：

3、活性炭吸附脫附+催化燃燒工作原理
該組合運(yùn)行流程為：低濃度VOCs有機(jī)廢氣進(jìn)若干個活性炭箱，被活性炭充分吸附，凈化后有機(jī)廢氣直接從煙囪排出。吸附飽和的活性炭箱停止進(jìn)入廢氣，來自催化燃燒爐的高溫潔凈氣體進(jìn)入碳箱進(jìn)行脫附，脫附出來的高濃度有機(jī)廢氣，進(jìn)入催化燃燒爐凈化（由于是高濃度有機(jī)廢氣，所以運(yùn)行費(fèi)用很低），處理后的高濃有機(jī)廢氣被分解為潔凈氣體，通過煙囪排走。脫附完成的碳箱處于待命狀態(tài)，待其他碳箱吸附飽和開始脫附時候，其立即開始吸附工作，如此重復(fù)。
其工藝流程如圖1 所示。圖 1 中以 10,0000Nm3 /h 風(fēng)量，濃度約在 200mg/Nm3 的廢氣處理項(xiàng)目為例。碳箱、催化爐以及整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖所示，僅供參考。這2個工藝組合起來，非常適合在大風(fēng)量，濃度在200mg/ Nm3 左右的工況下使用，既彌補(bǔ)了單純靠活性炭吸附造成活性炭浪費(fèi)，不能重復(fù)利用的缺點(diǎn)，又彌補(bǔ)了單純靠催化燃燒爐，運(yùn)行費(fèi)用高昂的問題，同時相比較起來其一次性投資成本也降低不少。

4、活性炭吸附脫附+催化燃燒運(yùn)行的安全問題及相應(yīng)措施
該種組合工藝，由于處理高效，運(yùn)行穩(wěn)定，投資成本低，在 涂裝、噴漆、化工等行業(yè)，得到大量應(yīng)用。
在實(shí)際運(yùn)用也暴露出 了一些問題，主要有：
（1）活性炭易發(fā)生堵塞；
（2）催化燃燒爐溫度過高，進(jìn)活性炭箱脫附的潔凈氣體溫 度不好控制，易發(fā)生火災(zāi)；
（3）脫附濃度不好控制，容易造成催化爐溫度偏高；
針對以上出現(xiàn)的問題，作者根據(jù)長期積累的經(jīng)驗(yàn)，可以采 取以下措施：
（1）在進(jìn)活性炭箱前放置干式過濾器（G4+F8精度），可以過濾一些顆粒及漆霧，防止堵塞活性炭。
（2）在進(jìn)活性炭箱的脫附管路設(shè)置熱電偶測溫，且開設(shè)新 風(fēng)口，配備新風(fēng)風(fēng)機(jī)，測溫元件與風(fēng)機(jī)連鎖，自動運(yùn)行
（3）在脫附管路回路，增設(shè)新風(fēng)口稀釋高濃度廢氣。增加 新風(fēng)閥及濃度檢測儀，濃度檢測儀與新風(fēng)閥通過PLC連鎖自動 控制。同時由于催化爐為負(fù)壓運(yùn)行，因此催化爐主風(fēng)機(jī)在選型 時就應(yīng)該加大風(fēng)量。
如果發(fā)生安全事故，作者認(rèn)為還可以增加以下設(shè)置，避免事故擴(kuò)大：
（1）將活性炭箱接入消防噴淋水，如果活性炭燃燒起來，通 過噴淋可以迅速滅火，有條件還可以采用充氮保護(hù)，需要購買 制氮機(jī)（如上述流程圖所示），可以視情況定；
（2）催化爐增設(shè)防爆口，防爆膜可以用薄的不銹鋼代替。即便催化爐溫度過高，壓力過大，也可以通過防爆口立刻排出， 對催化爐本事沒有影響，可以快速修復(fù)。
4、結(jié)語
VOCs廢氣工況復(fù)雜，有時候依靠單個處理工藝難以收到良好處理效果，如果將其中幾個工藝組合起來使用，卻可以收到治污效果。不僅投資及運(yùn)行費(fèi)用降低，治理效果也是明顯，但是其安全運(yùn)行仍然需要環(huán)保工作者持續(xù)關(guān)注和探究。活性炭吸附脫附+催化燃燒只是其中一種組合工藝，這也為其他組合工藝的應(yīng)用提供了思路，有待于下一步探究。
來源：環(huán)保