國(guó)外催化焚燒處理廢氣中VOC技術(shù)經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展,已從只能處理單一原料發(fā)展到可處理不同行業(yè)的各種VOC,這些揮發(fā)性有機(jī)物主要包括以下五類化合物〔,一5」。

(1)烴類:焚燒最終產(chǎn)物為CO:和HZO。(2)含氧有機(jī)物(醛、醇、酮及酷等):焚燒最終產(chǎn)物為C02和HZO。(3)含氮有機(jī)物(胺、酞胺及臘等):焚燒最終產(chǎn)物為cOZ、HZO、N:或No:。(4)含鹵族有機(jī)物(鹵代烴及酞氯等):焚燒最終產(chǎn)物為COZ、H20和鹵化氫等。(5)含硫有機(jī)物(硫醇、硫醚、硫脈、硫酚及二硫化碳等):焚燒最終產(chǎn)物為C02、

HZO及50二。根據(jù)所處理的氣流中的VOC種類不同,所采用的催化劑和工藝流程亦有一定的差異,催化焚燒法所采用的催化劑主要有四種:

()貴金屬催化劑:主要是P和Pd兩種貴金屬及鉑合金。

(2)非貴金屬催化劑:主要是銅、鉻、錳和鎳等金屬。

3()金屬氧化物催化劑。

()活性蜂窩狀催化劑。

隨著催化焚燒工藝在環(huán)保方面的廣泛應(yīng)用和人們經(jīng)濟(jì)效益意識(shí)的增強(qiáng),除開(kāi)發(fā)出高效率的熱交換設(shè)備應(yīng)用于催化焚燒工藝外,人們還開(kāi)發(fā)出適用于含較低濃度VOC的廢

氣流處理的改進(jìn)型以及吸附與催化焚燒聯(lián)合工藝。下面就國(guó)外正在或即將應(yīng)用的幾種VOC焚燒工藝的特點(diǎn)及應(yīng)用實(shí)例作一介紹,

2.1用催化焚燒工藝

通用型催化焚燒工藝多用于VOC濃度較高的廢氣流的處理,其工藝流程如圖1所示s1[。含VOC的氣流同裝置排出氣換熱后,經(jīng)預(yù)熱(熱回收效率最高達(dá)80%)或加入補(bǔ)

充燃料后進(jìn)人催化床層,VOC經(jīng)焚燒轉(zhuǎn)化為COZ和HZO。對(duì)于含硫、氮或鹵素等元素較多的VOC氣流的處理則需建造二次凈化裝置(如洗滌器)以防止焚燒產(chǎn)物對(duì)環(huán)境的污染。

催化反應(yīng)器可采用固定床或流化床,而影響催化焚燒效率的因素主要有操作溫度、空速(或停留時(shí)間)、污染介質(zhì)的組成及濃度、催化劑的活性組分、廢氣中所含抑制催化劑活性或使其中毒的物質(zhì)濃度。在實(shí)際應(yīng)用方面,位于美國(guó)馬薩諸塞州的一家苯胺印刷廠于1986年安裝了一套流化床催化焚燒裝置,用于處理烘室所產(chǎn)生的VOC。10個(gè)烘室中共含55kg/h的VOC,其中一部分是鹵代烴。該裝置的工藝操作參數(shù)為:實(shí)際氣體流量18700Nm“h/,設(shè)計(jì)處理量255o0Nm,/h,VOC含量為爆炸低限的3~6%,VOC熱值54一117kJ/Nm,,催化床層進(jìn)口溫度370℃,催化床層出口溫度415~445℃,催化床層壓降2.skPa,補(bǔ)充燃料所需熱值0.477GJ/h。其VOC脫除率高于99%,脫除效率在73%設(shè)計(jì)處理量時(shí)最佳,降低廢氣流量有利于提高脫除率。該裝置每年運(yùn)行26。天,催化反應(yīng)器的費(fèi)用(未包括換熱器部分)為133430美元,燃料費(fèi)用為14071美元/年,催化劑費(fèi)用為5377美元/年川。

.22改進(jìn)型催化焚燒工藝。

改進(jìn)型催化焚燒工藝適用于處理氣流量不大且vOC濃度較低的廢氣體,其主要特點(diǎn)是采用氣流直接與蓄熱介質(zhì)接觸的換熱方式替代傳統(tǒng)的換熱器,該系統(tǒng)的熱回收效率

大于90%,從而減少了運(yùn)行中的燃料費(fèi)用,但廢氣處理量不能太高。在實(shí)際應(yīng)用方面,瑞典的VanLeer公司于1992年安裝了一套MoDO化工有限公司開(kāi)發(fā)的改進(jìn)型催化焚燒系統(tǒng),以處理烘室中排出的二甲苯和異丁醇等油漆溶劑(處理量為8500Nm3/h),該系統(tǒng)VOC脫除率大于97%(示意流程見(jiàn)圖2)。含VOC的排放氣進(jìn)入系統(tǒng)的第一反應(yīng)器時(shí)溫度為60℃,廢氣由陶瓷環(huán)層加熱至320℃后通過(guò)催化劑層(此時(shí)VOC氧化為CO:和水),氣體溫度升至350℃,再經(jīng)第二反應(yīng)器與催化劑和陶瓷環(huán)層換熱,再排出系統(tǒng)(其溫度為90℃)。當(dāng)?shù)诙磻?yīng)器陶瓷環(huán)溫度達(dá)到320℃時(shí),電動(dòng)閥轉(zhuǎn)動(dòng),氣體由第二反應(yīng)器進(jìn),第一反應(yīng)器出。該系統(tǒng)在廢氣VOC濃度大于300x10--`時(shí),可維持熱量平衡,若vOC濃度小于300x1--0`時(shí),則需補(bǔ)充熱能以維持系統(tǒng)正常操作。系統(tǒng)開(kāi)車時(shí),需采用預(yù)熱器加熱使系統(tǒng)溫度升至320℃。

2.3吸附與催化焚燒聯(lián)合工藝

最近,對(duì)于有機(jī)物濃度較低的高流量氣流(濃度低于100X10一`,流量超過(guò)34。。ONm,/h),國(guó)外開(kāi)發(fā)出活性炭吸附與催化焚燒聯(lián)合工藝。其特點(diǎn)是先通過(guò)吸附器將有機(jī)物的濃度濃縮,脫附后再進(jìn)行焚燒,從而大大減少了需催化焚燒的氣流量(約為進(jìn)吸附器氣流量的1/15),這不僅減少了裝置運(yùn)行需投入的燃料量,同時(shí)增加了單位時(shí)間內(nèi)氣流中有機(jī)物自身的燃燒熱。吸附一催化焚燒聯(lián)合工藝與同樣條件下使用的單催化焚燒系統(tǒng)相比,焚燒裝置的規(guī)模要小得多,需投入的燃料量也大為減少,從而降低了投資及操作費(fèi)用。聯(lián)合工藝的流程示意見(jiàn)圖3。含VOC的廢氣流通過(guò)其中一個(gè)吸附器,VOC被吸附在吸附劑上,吸附后的尾氣排空,當(dāng)吸附劑飽和后,廢氣流切換進(jìn)另一個(gè)吸附器;同時(shí)引入新r鮮空氣,預(yù)熱后對(duì)所吸附的VOC進(jìn)脫附,脫附氣送至催化反應(yīng)器焚燒,兩個(gè)吸附器循環(huán)使用鬧。