东莞市国弘环保工程有限公司 523472
摘要：随着我国《环境保护法》《大气污染防治法》等法律法规的陆续实施，对企业产生的废气处理要求越来越高，部分地区对喷涂废气的治理要求也越来越严格。喷涂废气的处理主要是废气的收集和废气的治理。废气的收集方法主要通过在作业车间合理布置集气结构，实现喷涂废气的有效收集，达到降低后续治理设备投资及运行成本的目的。本文结合活性炭吸附+催化燃烧法在过去十五年的应用，阐述其在工程实践中技术要点，并对其未来的应用展开思考。
关键词：活性炭吸脱附；催化燃烧；喷涂废弃治理
一、活性炭吸脱附技术要点分析
1.预处理
根据《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》HJ2026—2013中规定：进入吸附装置的颗粒物含量宜低于1mg/m3。总体上看，虽然预处理装置的原理和结构都非常简单，但要达到理想的效果，且经济实用却并不简单，除了要掌握进口废气中杂质的浓度外，还要了解杂质的粒径、粘度、温度、湿度等特性，过滤耗材必须有针对性的选择，耗材清理、更换的控制方式、时间必须科学合理，除尘器式、滚筒式、网板式、水洗式都可作为备选的方式，但是其适用工况、维护方式、运行费用却差异巨大。
过滤式预处理过程所使用的耗材应根据其阻塞程度进行更换，一般以压差值示数为参考。压差计的示数不仅与耗材的阻塞程度有关，还与压差计的安装位置、安装方式、整个系统的阻力分布、过滤器内的气流速度都有关系，例如：在一个塑料件的喷涂废气治理工艺中，当变频风机的频率从20赫兹瞬时增加到40赫兹时，过滤器上的压差计示数会立即从300Pa增加到700Pa，其实这个过程耗材的阻塞情况没有变，但是随着过滤器内的风速的增加，压差计示值会出现明显的跳跃。所以上述的“1000Pa”仅仅是一个参考值，耗材清理和更换还需要结合现场的实际需求确定。
2.吸附
废气经过预处理装置后，即进入活性炭吸附装置。进入活性炭吸附装置的废气温度应控制在40℃以下，否则影响吸附效果；有机物含量应控制在爆炸下限的25%以下，防止发生爆炸；蜂窝炭炭床过滤风速宜控制在1.2m/s以下，颗粒炭和纤维炭则应分别控制在0.6m/s以下和0.15m/s以下，保证停留时间。
活性炭对有机物的吸附具有广谱性，但是这并不意味着这一工艺对所有的有机物都适用，首先，对于不同的有机物而言，活性炭的动态吸附量不同，也就是说活性炭对部分有机物能吸附，但是吸附能力不大。其次，活性炭吸附部分种类的有机物会放出大量的热，这些热足以让活性炭自燃而发生事故。还有些物质在活性炭表面积聚后会发生聚合反应，而聚合物则无法脱附而永久残留在活性炭表面，使得活性炭丧失再生的能力。因此选择该工艺需要详细研究污染物成分和物理化学特性，做到谨慎斟酌，合理决策，其实所有工艺的选择都是如此。
3.脱附工艺
进入炭床脱附的热空气温度应控制在80度左右，最高不超过120度，否则存在着严重的火灾隐患。同时务必要保证炭床内无其他易燃杂质。温度的控制也是整个再生流程最重要的环节，温度太低无法实现有效脱附，温度较高又难以保证安全，更关键的是即使以120℃的温度脱附，很多的有机物受限于自身的物理特性，依然无法有效脱附，使得活性炭无法实现再生，整套装置无法实现预期效果。甚至固定吸附床成为富集装置，使得出口的废气浓度高于进口浓度，出现浓度倒挂，效率为负的情况。这也正是这一工艺正在让市场对其失去信心的根本原因。
二、催化燃烧技术
催化燃烧是典型的气体与固体相催化的反应，它在催化剂的作用下可以降低化学反应的活性，确保其可以在250～300℃的起燃温度下进行无火焰的燃烧，并与固体催化剂的表面与有机物质发生氧化，产生大量的水和二氧化碳，同时释放热量。由于催化燃烧的氧化反应温度较低，因此可以有效的抑制空气中的氮气产生高温的氮氧化合物。并且，由于氧化剂具备选择性氧化的作用，含氮化合物的氧化过程可能会造成限制，导致大多数的含氮氧化物形成分子氮。
1.项目实例简介
某一装备制造企业专门生产大型的机械设备，配备专门的喷涂车间，车间内有完善的废气收集系统以及漆雾干式过滤系统。漆雾的过滤技术是玻璃纤维棉过滤以及活性炭吸附，完成过滤的废气在活性炭经过吸附后才可排放。
基于地方环保监管的力度增大，该企业需要进一步改造废气的处理系统，但是在企业建立之初就将活性炭吸附的系统几乎完全覆盖到生产车间的每个角落，没有多余的空地增添新的设备，因此，最终决定使用活性炭离线脱附的技术集合催化燃烧的方式进行废气的处理。
2.催化燃烧技术的设计
催化燃烧技术在设计上主要分为两个方面，即去除效率以及运行功耗。去除效率会明显受到有机物的浓度、反应发生过程中的温度以及催化剂的性能的影响，而运行功耗则与有机物的浓度、需要处理的废气量以及换热效率有关。通过增大换热面积可以有效提升余热的利用效率，不断实现自热平衡，降低系统的功能消耗。但在实际运行的过程中，项目会受到多方客观因素的限制，所以保证去除率作为实验的首要目标。废气先经过鼓风机的作用，接着依次通过三通阀、阻火阀、换热器以及电加热器，最后来到催化燃烧的地点，换热器运行将燃烧的尾气进行排空。阻火阀在出现明火回流的现象时会立即启动关闭，同时将具备压力传感器的三通阀随机切向旁通直排。废气从进气口进入以后会随着板式换热器以从上到下的方式流动，接着会分为两个部分进入燃烧室两侧均匀地设有电加热棒的电加热腔。经过电加热棒加热，在一定温度下废气会聚集在燃烧室的上方，开始从上至下地通过催化剂的空管完成催化燃烧反应，反应所产生的气体会从燃烧室的下方排出。接着由板式换热器不断给新进入的废气传送余热，从排气口处排放。以上就是催化燃烧反应整体的设计流程，这种催化燃烧的设备处理风量的最大数值为７００ｍ３／ｈ，风机可以承受的最大风量为１０００ｍ３／ｈ，离心风机的最大风压为２５００Ｐａ，经过变频器调整以后，其催化剂的填装含量为０．０２８８ｍ３。
3.催化燃烧技术的研发
该项目的催化剂研制小组采购了商业双贵金属（Ｐｔ、Ｐｄ）蜂窝催化剂，并结合相关技术进一步自主开发出了单贵金属（Ｐｔ）蜂窝催化剂。自主研制的催化剂将蜂窝陶瓷作为载体，并且在载体的表面涂上γ－氧化铝以及稀土氧化物当作第二层载体，剩余的其他工艺与现有的浸渍涂覆法工艺相同。
4.催化燃烧技术应用性能评价
通过手持式的ＰＩＤ浓度检测仪来对催化剂的燃烧性能进行评估，但是要考虑出入口温度差异以及ＰＩＤ检测的单位为ｐｐｍ等影响因素，在进行具体计算时，需要将净化效率的具体单位需要换算为ｍｇ／ｍ３：
ｍｇ／ｍ３＝Ｍ／２２．４×ｐｐｍ×［２７３／（２７３＋Ｔ）］×（Ｂａ／１０１３２５）（１）
式中Ｍ表示气体分子量；Ｔ表示气体温；Ｂａ表示大气压。喷涂废气中的ＶＯＣＳ成分很多，所以通常情况下，直接将Ｍ看作８０，Ｂａ看作１０１３２５，再将上述关系式简化：
ｍｇ／ｍ３＝８０／２２．４×ｐｐｍ×［２７３／（２７３＋Ｔ）］（２）
接下来利用相关公式，设定废气浓度分别为５０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、２６０ｐｐｍ以及４００ｐｐｍ对商业用催化剂的性能进行检测，同时将废气浓度分布设定为５１ｐｐｍ、１１０ｐｐｍ、２６０ｐｐｍ、４００ｐｐｍ对自主研发催化剂的性能加以检测。
通过实验结果可知，如果浓度保持不变，净化效率与反应发生时的温度成正比，即温度越高反应效率越高；如果温度保持不变，净化效率与废气的浓度成反比，即浓度越高效率越低。借助数据进行对比，要想ＶＯＣＳ净化的效率大于９０％，商业催化剂的反应温度需要保持在２５０℃左右，而自主研发的催化剂反应温度仅仅需要达到２００℃以上就可以，这有力说明了在低温活性的性能对比方面，自主研制的催化剂要优于商业用的催化剂。经过测试以后，商业用催化剂的外观出现了破损，但自主研发的催化剂外观依然完好，也说明了自主研发的催化剂性能更加优越。但是二者的表面都由于部分区域温度不够碳性物质产生堆积出现了发黑的现象，长期运行会导致孔道堵塞。因此要进一步减少换热面积，在降低催化燃烧设备体积的基础上，最大限度地提升尾气余热的利用效率。
结语
综上所述，催化燃烧核装置以及催化剂的应用对喷涂废气的净化起到了明显的作用。虽然废气处理温度较高，但是可以加以二次利用，用于活性炭的脱附以及装备漆面的干燥处理上。在未来的推广及使用中，这种催化燃烧装置可以不断完善换热器的结构，从而为低浓度下的催化燃烧自热平衡创造有利的条件。
参考文献：
[1]乔贞，邓国平，钱超宏，等.离子炉处理危险废物的工艺研究[J].广东化工，2019，46（13）：151-153.
[2]陈剑峰.等离子体炉在危险废物资源化利用中的技术探索[J].化学工程与装备，2018（06）：280-282.
[3]《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》HJ2026—2013.