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催化燃烧装置注意事项与废气处理方法

2020-07-04 18:08:09

文章摘要:

随着我国工业化的迅速推进,各种环境问题日益突出,催化燃烧其中挥发性有机物(VolatileOrganicCompounds,简称VOCs)的污染得到广泛关注...

一、VOCs处理技术现状及发展

随着我国工业化的迅速推进,各种环境问题日益突出,催化燃烧其中挥发性有机物(VolatileOrganicCompounds,简称VOCs)的污染得到广泛关注。根据世界卫生组织等机构的定义,VOCs是指沸点在50℃~250℃的化合物,室温下饱和蒸汽压超过133.32Pa,在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物。

VOCs排放来源广泛,且对人体和环境的危害,它们通过呼吸道和皮肤进入人体后,有些会产生“三致”效应。VOCs污染已经引起人们的广泛关注。因此,VOCs治理对于保护环境、国民健康和经济可持续发展,都具有重要意义。

目前,VOCs治理技术主要有两类:一类是预防性措施,以换设备、改进工艺等为主。二类是控制性措施,以末端治理为主。现阶段末端控制技术是VOCs污染控制的重要手段,包括回收技术和销毁技术。回收技术主要采用物理方法,包括吸收技术、吸附技术、冷凝技术、膜分离技术等。销毁技术主要采用化学和生物的方法,包括热力焚烧技术、催化燃烧技术、生物技术等、低温等离子体技术、光催化技术。吸附技术、热力焚烧技术和催化燃烧技术是目前应用较广泛的传统治理技术。低温等离子体技术、光催化技术和膜分离技术是近年发展的新技术,低温等离子体技术是指在外加电场作用下,通过高压脉冲放电在常温下产生大量的高能电子、离子和自由基等活性粒子,进而与VOCs分子作用而电离、离解或激发VOCs分子发生一系列的复杂的等离子体物理和化学反应,使VOCs降解为CO2和H2O。目前,低温等离子体技术按放电形式可分为电子束照射法、介质阻挡放电法和电晕放电法等技术。各种放电形式获得的高能电子的能量分布和能量密度差别很大。但由于低温等离子体技术具有经济和技术上的优点,因此该技术也成为VOCs治理技术的研究热点之一。目前,研究者利用低温等离子体技术降解乙烯、庚烷、三苯等有机废气,均具有良好的脱除率但低温等离子体技术还存在不足之处:(1)臭氧问题,腐蚀设备,污染环境;(2)X射线辐射作用;(3)无选择性,高能电子会降解N2和CO2,浪费资源;(4)设备要求高,投入成本高,运行功耗高且不稳定。因此,等温等离子体治理VOCs基本还处于实验室阶段,工业运用相对很少。

二、吸附浓缩一液体吸收技术

吸附浓缩一液体吸收技术是采用活性炭为吸附剂,催化燃烧结合吸附净化、脱附并浓缩VOCs和液体吸收原理,即将大风量、低浓度有机废气通过活性炭吸附以达到净化空气目的,当活性炭吸附饱和后再用热空气脱附使活性炭得到,脱附出浓缩的有机物采用沸点较高、蒸汽压较低有机溶剂作为吸收剂,利用VOCs在吸收剂中溶解度或化学反应特性差异,使VOCs从气相转移到液相,然后对吸收液进行解吸处理,回收其中VOCs,同时使溶剂得。该技术优点是投资少、运行费用低、工艺流程简单、吸收剂价格便宜、适用于废气流量较大、浓度较高、温度较低和压力较高情况下VOCs处理;缺点是存在二次污染、对设备要求较高、需定期换吸收剂。

三、催化燃烧技术

催化燃烧技术指使用催化剂使VOCs在低温条件下燃烧,生成CO2、H2O、热量的一种净化技术。其特点是耗能少、起燃温度低,而且对浓度较低的VOCs也能进行处理。与一般热力燃烧相比,无需较多辅助热量,是一种新型环保的VOCs处理技术。

催化燃烧技术中,催化剂性能越高,对VOCs的净化就越彻底,反之则净化不够完全。催化剂的种类主要有金属氧化催化剂、贵金属催化剂等,贵金属催化剂由于成本高、易中毒和资源匾乏等缺点,应用的较少。目前,主要以金属氧化物催化剂为主,其高温稳定、低温高活性和抗中毒能力强等特点,使得它被广泛的应用在工业生产当中。我国科学家通过多次试验得到NiO/γ-Al2O3、CdO/γ-Al2O3、CuO/γ-Al2O3等多种催化剂,同时也验证了其起燃温度低、催化活性高的特点。而后科学家们用不同的催化剂对氯苯进行燃烧试验,发现在同等负载时,载体的不同对催化剂活性的影响巨大。Liu等相关人员采用浸渍法制备MnOx/TiO2、MnOx/Al2O3以及MnOx/SiO2催化剂,并对氯苯进行催化燃烧试验中发现催化剂活性较高的是MnOx/TiO2,在经过TPR与XRD测试分析表明出现此类现象的原因在于活性组分MnOx在该催化剂上具有较高的分散度。Yang等对SBA-15与MCM-41分子筛分别作为CuO载体催化苯燃烧的性能实验中,发现在载体SBA-15上CuO的分散度大于载体MCM-41,因而在载体SBA-15催化苯燃烧的活性高。

我国在VOCs的催化燃烧技术方面研究,但由于催化剂的制备、VOCs种类分析、工艺等多方位因素的影响,催化燃烧技术的过程都较为复杂,若将其应用在燃煤电厂中,种类繁多的VOCs和Cl、S、P、H2O等也都会降低催化剂活性。因此,要结合燃煤电厂的生产实际及工艺条件进行理论与实践的结合,有针对性的改变催化燃烧技术,保护生态环境。