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催化燃燒法工業有機廢氣治理工程技術規范

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       揮發性有機污染物(Volatile Organic Compounds, VOCs)大多數有毒、有害,具有一定的致癌性;參與光化學反應,形成光化學煙霧;部分可破壞臭氧層。我國一些城市空氣中VOCs的濃度是美國城市空氣濃度5~15倍,工業排放有機廢氣已經成為城市主要污染源之一。

  涉及VOCs排放的工業行業包括石油化工、精細化工、噴涂、包裝印刷、醫藥與農藥制造、半導體及電子產品制造、人造板與木制家具制造、皮革、漆包線、制鞋、涂料、油墨、粘合劑生產、金屬鑄造等,行業眾多,各行業中所產生的VOCs種類繁多,組成復雜,常見的組分有碳氫化合物、苯系物、醇類、酮類、酚類、醛類、酯類、胺類、腈(氰)類等。目前,在我國VOCs污染源主要分布在全國各地城市與城市群,分布面廣,其中90%以上尚未治理,對大氣環境影響嚴重,應依據相關污染治理法規的要求進行治理。

  隨著我國經濟發展、人們對生存環境認識水平的不斷提高和國家政策的導向作用,環境治理工程越來越得到廣泛重視。目前我國正在逐步完善氣態污染物的排放標準,但治理工程設備和設施的規范還沒有跟上。制訂氣態污染物治理的工程技術規范,對環境工程建設的規范化影響深遠。對技術相對成熟、應用面廣的工程技術進行規范,能大大提高環境工程建設的技術和管理水平,指導主管部門對環境工程全過程實施科學管理。

  催化法是一種傳統的有機廢氣治理技術,國外早在上世紀四十年代就已經應用于有機廢氣的治理,國內從上世紀七十年代也開始應用,是目前我國有機廢氣治理的主要技術之一。在目前我國有機廢氣治理設備中,催化燃燒凈化設備約占總數的30%左右。因此本規范制定以后可以規范我國有機廢氣治理中接近30%的工程技術和設備,在工藝設計、設備制造、工程建設、檢驗檢查、運行維護與管理等各個方面全面提高我國VOCs治理水平,必將極大地推進我國固定源有機廢氣的治理減排工作。

  催化燃燒工藝裝置在日本、美國和西歐國家被廣泛地應用于VOCs的治理,工藝設備非常成熟,相關的技術標準和使用規范已經非常完善,一些大公司都有自己的企業標準,對工藝設計、催化劑的性能要求、反應器制造和工程控制措施等都有詳細的規定。

  目前的VOCs的治理技術中,催化燃燒技術發展較早,技術上也相對成熟,對于大多數有機污染物而言是一種行之有效的治理方法,因此在VOCs的治理中得到了廣泛應用。早期的催化燃燒技術主要用于高濃度或者高溫排放的有機污染物的治理,由于對空氣的加熱升溫需要耗費大量的熱能(電加熱或者燃料加熱),在大風量、低濃度的VOCs治理中運行成本過高,因此近年來發展了針對低濃度有機廢氣凈化的蓄熱式催化燃燒技術(Regenerative Catalytic Oxidizer,簡寫為RCO)。

  蓄熱式催化燃燒技術是在催化燃燒技術的基礎上增加了一套熱能儲存與再利用裝置。通常利用蜂窩狀的陶瓷體作為蓄熱體,將催化反應過程所產生的熱能通過蓄熱體儲存并用以加熱待處理廢氣,充分利用有機物燃燒所產生的熱能,從而達到節能的目的。和常規催化燃燒技術相比,蓄熱式催化燃燒技術可以大大降低設備運行功率,主要應用于較低濃度的有機廢氣的凈化(一般在500~3000mg/m3之間)。國內外的研究與實踐已經證明,對于有機廢氣的治理,蓄熱式催化燃燒技術是比較經濟有效、應用前景廣闊的凈化技術之一。中科院生態環境研究中心在上世紀九十年代初研制過蓄熱式催化燃燒裝置,并進行了試用,但由于設計和設備加工技術不過關,特別是在高溫操作下切換閥門易損害,該技術未能推廣應用。同時期美國恩格爾哈德公司就木材生產工藝中所排放的有機廢氣設計了一種蓄熱式催化燃燒裝置,但未見在其他行業推廣使用。上世紀末日本三菱公司設計了利用移動閥切換的蓄熱裝置,采用具有高蓄熱能力的陶瓷蜂窩體,很好地解決了這個問題,并進行了實際應用,成為目前發達國家有機廢氣治理的主體技術之一。例如3M公司用RCO技術處理含丁酮等溶劑的廢氣,通用汽車公司用RCO技術處理含苯乙烯的廢氣,飛利浦電子公司用RCO技術處理含丙酮、甲苯、丁酮等的廢氣。

  近年來國內一些單位引進并已相繼開發了蓄熱式催化燃燒裝置,目前正在大面積地推廣使用。所使用的關鍵材料蓄熱體的綜合性能基本達到了國外的水平,并有部分產品出口。最新發展的高溫蓄熱體是采用陶瓷、礫石或其它高密度惰性材料,熱容量高,換熱速度快。日本、美國等已經開發出蓄熱面積達1200m2/m3的蜂窩陶瓷,并成功應用于蓄熱式換熱器中。

  高性能的氧化催化劑是催化燃燒技術的關鍵。一般來說,催化劑活性成分、載體類型、負載方法等國內外基本相同。催化劑活性成份主要包括貴金屬(Pd、Pt為主)、過渡金屬(Cu、Mn、Cd、Ni、Co、Cr等)和稀土金屬(Ce、La等)氧化物,以及復合氧化物(鈣鈦礦、尖晶石以及Cu-Mn-O等)。載體主要有氧化物(Al2O3、TiO2、SiO2、CeO2、ZrO2、Fe2O3等)、沸石、蜂窩陶瓷、金屬載體等。負載方法有浸漬法、電沉積法,溶膠凝膠法、反相微乳法和沉淀法等。在催化劑活性組分含量、催化劑的活性數據和催化劑的壽命等方面,由于用途不同,所處理污染物的性質差別很大,因此并沒有明確的界定。總體上,我國在氧化催化劑的制造方面已經接近或達到了國外先進水平。

  催化法在氣態污染物治理中占有重要的地位,是目前大氣污染治理的主要方法之一。由于氣態污染物的性質不同,催化法廢氣治理工藝分為催化氧化(催化燃燒)工藝和催化還原工藝兩大類。

  催化氧化(催化燃燒)工藝主要用于各種固定源VOCs的凈化,是目前國內外VOCs治理的主要技術之一,應用范圍最廣。據統計,目前我國所使用的VOCs治理工藝設備中,催化燃燒設備約占1/3左右。 依歐斯環境股份有限公司自行研制具有自主知識產權的EOS-CTO06/EOS-CTO106/EOS-CTO26/EOS-CTO226等4個系列的催化燃燒裝置,可以滿客戶不同工況和不同安裝位置等特殊環境的要求。

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