催化燃烧法在喷漆废气处理中的应用

催化燃烧法在喷漆废气处理中的应用

 

随着国家现代化的快速发展趋势，近年来人们越来越关注环境空气质量，以挥发性有机化学空气污染物为主的空气污染日益严重。由于溶剂型涂料和水溶性树脂涂料稀释剂的应用，喷漆公司已成为挥发性废气的主要污染源。工业废气由于易挥发、成分复杂、挥发物不同而无法去除。催化燃烧法是工业废气处理的方法之一。解决了直接燃烧温度标准下低浓度的VOCs蒸气，具有清洁高效、无二次污染、低能耗的特点。是解决商业服务中VOC处理设备应用的最有效解决方案之一。

 

使用喷漆技术的化工厂、汽车、机械设备、电子设备、船舶等制造业也在不断发展壮大。喷漆全过程排放的工业废气对周围环境甚至人的身心健康都是有害的。有机废气主要是三苯基，部分还考虑了酯类、醚类、大环内酯类等成分。这种挥发性有机化合物轻度至头痛和恶心，重度至抽搐和晕厥，损害人体免疫系统。为了合理应对这一问题，国家和部分省份实施了一系列相关法律法规和大气生态环境保护标准，限制和整治有机废气造成的危害。

 

一、概述

 

催化燃烧是一种典型的气固催化反应，它在催化剂的作用下降低了反应的活化能，使其能够在250 ~ 350℃的较低起燃温度下进行无焰燃烧。催化剂表面的有机化学物质产生空气氧化，此外，产生CO2和H2O，并释放大量热量。由于其氧化还原反应温度低，空气中的N2被大大抑制产生高温氮氧化物。而且由于催化剂可以选择性催化反应，有可能限制燃料中含氮化合物的空气氧化全过程，使其大部分产生分子氮。

 

二、催化反应喷出的有机废气的组成及危害

 

在整个喷漆过程中，高压气体喷漆的喷漆大部分停留在产品工件上，其他没有到达喷漆表层的喷漆颗粒和熔化喷漆颗粒的水滴漂浮在空气中，整个喷漆过程中产生的挥发性有机化合物造成喷漆有机废气的环境污染。由于不同的喷漆使用的溶剂不同，所以整个喷漆过程中有机废气的成分也不同。以汽车喷漆为例，不同加工工艺生产的不同喷漆和建筑涂料中VOCs的组成和比例也有很大差异。某大型汽车涂料公司发现，VOCs的主要成分为甲酸仲丁酯、甲基异丁基酮、甲苯、乙酸丁酯、乙苯和二甲苯，甲苯和乙酸丁酯的比例接近50%。许多与工业园区相关的建筑涂料公司发现，苯、甲苯、二甲苯和正乙烷是挥发性有机化合物的主要成分。经过科学研究喷淋污水中挥发性有机物的特性，主要挥发性有机物为乙酸丁酯、乙苯、甲苯、二甲苯、丁二烯和乙酸丁酯。喷洒有机废气不容忽视。空气中释放的漆雾被呼吸系统吸入后会引起急慢性中毒，对身体的神经系统和造血系统造成伤害。吸入苯、二甲苯、醋酸丁酯等高浓度有机废气，会在短时间内抑制人的记忆能力、注意力和感觉运动能力，长期接触会对肝脏产生毒副作用，甚至对神经中枢造成损伤。

 

三、喷漆废气处理及解决方案

 

去除漆雾后的喷漆废气主要含有挥发性有机化合物，其解决技术包括传统清洗技术、新型清洗技术和复合清洗技术。燃烧法氧化喷漆有机废气中的有机燃烧空气，将其转化为CO2和H2O无害化学品，达到喷漆废气处理的目的。燃烧法可分为直接点火法、加热燃烧法、催化燃烧法和蓄热燃烧法。

 

1.直接燃烧法。高浓度易燃工业废气应选择直接燃烧法。直接燃烧法必须有足够的高温，并保证点火室内空间有足够的二氧化碳。如果二氧化碳量不足，点火不完全。如果co2的量太大，可燃浓度值将不会在火界内引起燃烧。为避免蒸汽爆炸，有机废气通常在加热炉或敞口燃烧器中点燃，燃烧温度超过1100℃；但是，当燃烧不完全时，一些空气污染物和灰尘会排放到空气中。此外，燃烧的能量无法回收，导致燃料动能受损。

 

2.催化燃烧法。催化燃烧法被认为是挥发性有机化合物处理设备中的一种高效有机废气处理技术。在催化剂的作用下，挥发性有机物在低温(一般为200 ~ 400℃)下可被空气氧化成零污染的CO2和H2O。催化燃烧法无二次污染，实际操作简单，安全系数高，起燃温度低；然而，VOCs净化的实际效果是由催化剂的特性决定的。因此，选择性能优良的催化剂，科学开发设计，是高效的催化燃烧新方法。催化燃烧法可以解决废气浓度高、排气量小的问题。但喷漆有机废气的排风量大，VOCs浓度一般小于300mg/m3，不适合喷漆废气的处理。

 

3.再生燃烧法。当有机废气浓度不高时，基本的直接燃烧和催化燃烧都不能保火，必须加入大量的能量，因此应选择蓄热式燃烧。目前蓄热燃烧装置有两种:蓄热加热燃烧管式反应器(RTO)和蓄热催化燃烧管式反应器(RCO)。对于RTO设备，一般由蓄热式换热器、热机燃烧室和转换闸阀组成。常见的基本模式有两室、三室、多室RTO。在闸阀切换过程中，两室RTO会产生管道内残留废气与净化后的有机废气一起排放的问题，导致一半以上的清洗周期时间达不到标准，清洗效率低于80%；三室RTO基本上改善了两室RTO中的净化室，解决了有机废气不经处理就排放的问题，但闸阀太多很难完成同步转化，导致未经处理的有机废气混入清洁蒸汽，达不到标准；多室RTO也是如此。RCO设备一般由蓄热催化反应炉和旋转液压换向阀组成，其中几个蓄热催化反应室是分开的。废气根据旋转液压换向阀的进气口进入蓄热催化反应室加热，蒸汽温度达到200-500℃后，经过另一个蓄热催化反应室，在催化剂的作用下被净化放热。净化后的高温蒸汽吸收动能，通过蓄热器降温。最后根据旋转液压换向阀的出气口排出。蓄热燃烧技术的优势在于清洁、高效、无二次污染。此外，它完成动能回收，节省燃料，具有良好的应用前景。