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催化燃烧法工业有机废气治理工程技术规范

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       挥发性有机污染物(Volatile Organic Compounds, VOCs)大多数有毒、有害,具有一定的致癌性;参与光化学反应,形成光化学烟雾;部分可破坏臭氧层。我国一些城市空气中VOCs的浓度是美国城市空气浓度5~15倍,工业排放有机废气已经成为城市主要污染源之一。

  涉及VOCs排放的工业行业包括石油化工、精细化工、喷涂、包装印刷、医药与农药制造、半导体及电子产品制造、人造板与木制家具制造、皮革、漆包线、制鞋、涂料、油墨、粘合剂生产、金属铸造等,行业众多,各行业中所产生的VOCs种类繁多,组成复杂,常见的组分有碳氢化合物、苯系物、醇类、酮类、酚类、醛类、酯类、胺类、腈(氰)类等。目前,在我国VOCs污染源主要分布在全国各地城市与城市群,分布面广,其中90%以上尚未治理,对大气环境影响严重,应依据相关污染治理法规的要求进行治理。

  随着我国经济发展、人们对生存环境认识水平的不断提高和国家政策的导向作用,环境治理工程越来越得到广泛重视。目前我国正在逐步完善气态污染物的排放标准,但治理工程设备和设施的规范还没有跟上。制订气态污染物治理的工程技术规范,对环境工程建设的规范化影响深远。对技术相对成熟、应用面广的工程技术进行规范,能大大提高环境工程建设的技术和管理水平,指导主管部门对环境工程全过程实施科学管理。

  催化法是一种传统的有机废气治理技术,国外早在上世纪四十年代就已经应用于有机废气的治理,国内从上世纪七十年代也开始应用,是目前我国有机废气治理的主要技术之一。在目前我国有机废气治理设备中,催化燃烧净化设备约占总数的30%左右。因此本规范制定以后可以规范我国有机废气治理中接近30%的工程技术和设备,在工艺设计、设备制造、工程建设、检验检查、运行维护与管理等各个方面全面提高我国VOCs治理水平,必将极大地推进我国固定源有机废气的治理减排工作。

  催化燃烧工艺装置在日本、美国和西欧国家被广泛地应用于VOCs的治理,工艺设备非常成熟,相关的技术标准和使用规范已经非常完善,一些大公司都有自己的企业标准,对工艺设计、催化剂的性能要求、反应器制造和工程控制措施等都有详细的规定。

  目前的VOCs的治理技术中,催化燃烧技术发展较早,技术上也相对成熟,对于大多数有机污染物而言是一种行之有效的治理方法,因此在VOCs的治理中得到了广泛应用。早期的催化燃烧技术主要用于高浓度或者高温排放的有机污染物的治理,由于对空气的加热升温需要耗费大量的热能(电加热或者燃料加热),在大风量、低浓度的VOCs治理中运行成本过高,因此近年来发展了针对低浓度有机废气净化的蓄热式催化燃烧技术(Regenerative Catalytic Oxidizer,简写为RCO)。

  蓄热式催化燃烧技术是在催化燃烧技术的基础上增加了一套热能储存与再利用装置。通常利用蜂窝状的陶瓷体作为蓄热体,将催化反应过程所产生的热能通过蓄热体储存并用以加热待处理废气,充分利用有机物燃烧所产生的热能,从而达到节能的目的。和常规催化燃烧技术相比,蓄热式催化燃烧技术可以大大降低设备运行功率,主要应用于较低浓度的有机废气的净化(一般在500~3000mg/m3之间)。国内外的研究与实践已经证明,对于有机废气的治理,蓄热式催化燃烧技术是比较经济有效、应用前景广阔的净化技术之一。中科院生态环境研究中心在上世纪九十年代初研制过蓄热式催化燃烧装置,并进行了试用,但由于设计和设备加工技术不过关,特别是在高温操作下切换阀门易损害,该技术未能推广应用。同时期美国恩格尔哈德公司就木材生产工艺中所排放的有机废气设计了一种蓄热式催化燃烧装置,但未见在其他行业推广使用。上世纪末日本三菱公司设计了利用移动阀切换的蓄热装置,采用具有高蓄热能力的陶瓷蜂窝体,很好地解决了这个问题,并进行了实际应用,成为目前发达国家有机废气治理的主体技术之一。例如3M公司用RCO技术处理含丁酮等溶剂的废气,通用汽车公司用RCO技术处理含苯乙烯的废气,飞利浦电子公司用RCO技术处理含丙酮、甲苯、丁酮等的废气。

  近年来国内一些单位引进并已相继开发了蓄热式催化燃烧装置,目前正在大面积地推广使用。所使用的关键材料蓄热体的综合性能基本达到了国外的水平,并有部分产品出口。最新发展的高温蓄热体是采用陶瓷、砾石或其它高密度惰性材料,热容量高,换热速度快。日本、美国等已经开发出蓄热面积达1200m2/m3的蜂窝陶瓷,并成功应用于蓄热式换热器中。

  高性能的氧化催化剂是催化燃烧技术的关键。一般来说,催化剂活性成分、载体类型、负载方法等国内外基本相同。催化剂活性成份主要包括贵金属(Pd、Pt为主)、过渡金属(Cu、Mn、Cd、Ni、Co、Cr等)和稀土金属(Ce、La等)氧化物,以及复合氧化物(钙钛矿、尖晶石以及Cu-Mn-O等)。载体主要有氧化物(Al2O3、TiO2、SiO2、CeO2、ZrO2、Fe2O3等)、沸石、蜂窝陶瓷、金属载体等。负载方法有浸渍法、电沉积法,溶胶凝胶法、反相微乳法和沉淀法等。在催化剂活性组分含量、催化剂的活性数据和催化剂的寿命等方面,由于用途不同,所处理污染物的性质差别很大,因此并没有明确的界定。总体上,我国在氧化催化剂的制造方面已经接近或达到了国外先进水平。

  催化法在气态污染物治理中占有重要的地位,是目前大气污染治理的主要方法之一。由于气态污染物的性质不同,催化法废气治理工艺分为催化氧化(催化燃烧)工艺和催化还原工艺两大类。

  催化氧化(催化燃烧)工艺主要用于各种固定源VOCs的净化,是目前国内外VOCs治理的主要技术之一,应用范围最广。据统计,目前我国所使用的VOCs治理工艺设备中,催化燃烧设备约占1/3左右。 依欧斯环境股份有限公司自行研制具有自主知识产权的EOS-CTO06/EOS-CTO106/EOS-CTO26/EOS-CTO226等4个系列的催化燃烧装置,可以满客户不同工况和不同安装位置等特殊环境的要求。