催化燃烧法处理喷漆有机废气的应用研究
摘要：本文依托某喷漆企业有机废气治理工程，以非甲烷总烃为例，运行单因素试验法，探讨了进气浓度、催化温度和空速对催化性能的影响，为催化燃烧法处理有机废气的工艺设计和应用奠定基础。
关键词：催化燃烧；有机废气；研究
中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）06-0255-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.153
Abstract：In this paper， based on the organic waste gas treatment project of a paint spraying enterprise and taking the non-methane total hydrocarbon as an example， the effects of inlet air concentration， catalytic temperature and space velocity on the catalytic performance were investigated by running a single factor test method. It lays a foundation for the process design and application of catalytic combustion for the treatment of organic waste gas.
Keywords： Catalytic combustion；Volatile organic compounds；Research
随着国家工业化的快速发展，近年来人们对大气环境质量越来越关注，以挥发性有机污染物为代表的大气环境污染日趋严重[1]，喷漆企业因使用溶剂型涂料和溶剂型稀释剂而成为挥发性有机废气的主要排放源。由于有机废气存在易挥发、成分复杂、挥发性不同等特点，难以去除。催化燃烧法是热破坏法处理VOCs的其中一种方法，其在远低于直接燃烧温度条件下处理低浓度的VOCs气体，具有净化效率高、无二次污染、能耗低的特点，是商业上处理VOCs应用最有效的处理方法之一[2][3]。
1 催化燃烧工艺原理
催化燃烧是典型的气—固相催化反应，它在催化剂的作用下降低反应的活化能，使其在较低的起燃温度250～350℃下进行无焰燃烧，在固体催化剂表面有机物质发生氧化，同时产生CO2和H2O，并放出大量的热量[3][4]，因其氧化反应温度低，所以大大地抑制了空气中的N2形成高温NOx。而且由于催化剂有选择性催化作用，有可能限制燃料中含氮化合物的氧化过程，使其多数形成分子氮 [5]。
2 催化燃烧工艺设计
本研究选取贵金属钯为催化剂、陶瓷填料为载体，配置催化燃烧装置一套。主要研究在设计处理风量为2500m3/h、催化燃烧设计燃烧温度为250℃、不同催化剂用量对VOCs去除效率的影响。
设计工艺流程如下图所示：
有机废气通过风机进入催化燃烧设备的旋转四通阀，，进而通过陶瓷材料填充层（底层）预热达到催化氧化所设定的温度后，这时其中部分污染物氧化分解；废气继续通过加热区升温，并维持在设定温度；其再进入催化层完成催化氧化反应，即反应生成CO2和H2O，并释放大量的热量，以达到预期的处理效果。
3 催化性能影响因素分析
3.1 不同进气浓度对催化性能的影响
以非甲烷总烃作为研究对象，其进气浓度在150mg/L-300 mg/L范围内，设定进气风量为2500m3/h、空速为10000h-1、催化温度在250℃，用单因素试验法，考察非甲烷总烃进气浓度对催化性能的影响，试验结果如图2所示。
由上图可知，非甲烷总烃的进气浓度对催化性能有一定影响，当非甲烷总烃的进气浓度低于200mg/L时，其去除率不大于90%；当进气浓度上升到200mg/L以上其催化性能趋向稳定，去除率超过96%。原因可能是当进气浓度较低时，过低的浓度在没有添加助燃剂的情况下，燃烧不充分，只有当进气浓度达到一定值，在设定的试验条件下，催化燃烧反应充分，继续加大进度浓度，催化性能变化幅度不大。
3.2 催化温度对催化性能的影响
设定进气风量为2500m3/h、空速为10000h-1、进气浓度为210mg/L，使用单因素试验法，考察不同催化温度对催化性能的影响。具体试验结果见图3。
由上图可见，非甲烷总烃的去除率随着催化温度的升高而增大，当催化温度低于220℃时，非甲烷总烃去除率低于90%；当温度上升到240℃-350℃之间，其催化性能达到最佳，非甲烷总烃去除率保持在98%左右；但350℃以后催化性能逐渐变弱。因此，在本设定的试验条件下，最佳催化性能温度参数为240℃-350℃。
3.3 空速对催化性能的影响
空速在催化燃烧工艺设计是的一个重要参数，本节研究在进气风量为2500m3/h、催化温度为250℃、进气浓度为210mg/L的条件下，使用单因素试验法，设定空速为10000h-1-50000h-1之间，考察空速对催化性能的影响。
上图表明，空速在10000h-1-25000h-1内，对非甲烷总烃的去除率降幅不大；但当空速超过25000h-1时，对催化性能的影响开始变大；空速为50000h-1时非甲烷总烃去除率仅剩41.43%。原因主要是空速大，一部分催化燃烧器中的有机废气尚未与催化剂充分接触即被带离反应器，催化反应不充分，从而影响催化性能，造成低去除率的结果。
4 结论
（1）非甲烷總烃的进气浓度对催化性能有一定影响，当进气浓度达到一定值时，其催化性能趋向稳定，具有较好的催化效果。（2）催化温度对催化效果影响较大，非甲烷总烃的去除率随着催化温度的升高而变化，催化温度过低和过高都不利于提高催化性能，最佳催化性能在一定温度区间范围内体现。（3）空速过大大，会导致一部分催化燃烧器中的有机废气尚未与催化剂充分接触即被带离反应器，催化反应不充分，从而影响催化性能。
参考文献
[1]董龙标，冯伟铭，夏良媛等.挥发性有机废气治理技术发展研究[J].环境科学与管理.2016，41（5）：125-127.
[2]萧琦，姜泽毅，张欣欣.多室蓄热式有机废气焚烧炉工程应用研究[J].环境工程.2011，29（2）：70-72.
[3]汪涵，郭桂悦，周玉莹等.挥发性有机废气治理技术的现状与进展[J].化工进展.2009，28（10）：1834-1836.
[4]何毅，王华等.有机废气催化燃烧技术[J].江苏环境科技.2004，17（1）：35-38.
[5]曹秋伟，陈彦霞，张艳玲等.燃烧法处理有机废气的探讨[J].科技视界.2012，27：356-357.
收稿日期：2018-05-12
作者简介：李纯爱（1983-），女，本科，中级工程师，研究方向为有机废气处理。
关键词：催化燃烧；有机废气；研究
中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）06-0255-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.153
Abstract：In this paper， based on the organic waste gas treatment project of a paint spraying enterprise and taking the non-methane total hydrocarbon as an example， the effects of inlet air concentration， catalytic temperature and space velocity on the catalytic performance were investigated by running a single factor test method. It lays a foundation for the process design and application of catalytic combustion for the treatment of organic waste gas.
Keywords： Catalytic combustion；Volatile organic compounds；Research
随着国家工业化的快速发展，近年来人们对大气环境质量越来越关注，以挥发性有机污染物为代表的大气环境污染日趋严重[1]，喷漆企业因使用溶剂型涂料和溶剂型稀释剂而成为挥发性有机废气的主要排放源。由于有机废气存在易挥发、成分复杂、挥发性不同等特点，难以去除。催化燃烧法是热破坏法处理VOCs的其中一种方法，其在远低于直接燃烧温度条件下处理低浓度的VOCs气体，具有净化效率高、无二次污染、能耗低的特点，是商业上处理VOCs应用最有效的处理方法之一[2][3]。
1 催化燃烧工艺原理
催化燃烧是典型的气—固相催化反应，它在催化剂的作用下降低反应的活化能，使其在较低的起燃温度250～350℃下进行无焰燃烧，在固体催化剂表面有机物质发生氧化，同时产生CO2和H2O，并放出大量的热量[3][4]，因其氧化反应温度低，所以大大地抑制了空气中的N2形成高温NOx。而且由于催化剂有选择性催化作用，有可能限制燃料中含氮化合物的氧化过程，使其多数形成分子氮 [5]。
2 催化燃烧工艺设计
本研究选取贵金属钯为催化剂、陶瓷填料为载体，配置催化燃烧装置一套。主要研究在设计处理风量为2500m3/h、催化燃烧设计燃烧温度为250℃、不同催化剂用量对VOCs去除效率的影响。
设计工艺流程如下图所示：
有机废气通过风机进入催化燃烧设备的旋转四通阀，，进而通过陶瓷材料填充层（底层）预热达到催化氧化所设定的温度后，这时其中部分污染物氧化分解；废气继续通过加热区升温，并维持在设定温度；其再进入催化层完成催化氧化反应，即反应生成CO2和H2O，并释放大量的热量，以达到预期的处理效果。
3 催化性能影响因素分析
3.1 不同进气浓度对催化性能的影响
以非甲烷总烃作为研究对象，其进气浓度在150mg/L-300 mg/L范围内，设定进气风量为2500m3/h、空速为10000h-1、催化温度在250℃，用单因素试验法，考察非甲烷总烃进气浓度对催化性能的影响，试验结果如图2所示。
由上图可知，非甲烷总烃的进气浓度对催化性能有一定影响，当非甲烷总烃的进气浓度低于200mg/L时，其去除率不大于90%；当进气浓度上升到200mg/L以上其催化性能趋向稳定，去除率超过96%。原因可能是当进气浓度较低时，过低的浓度在没有添加助燃剂的情况下，燃烧不充分，只有当进气浓度达到一定值，在设定的试验条件下，催化燃烧反应充分，继续加大进度浓度，催化性能变化幅度不大。
3.2 催化温度对催化性能的影响
设定进气风量为2500m3/h、空速为10000h-1、进气浓度为210mg/L，使用单因素试验法，考察不同催化温度对催化性能的影响。具体试验结果见图3。
由上图可见，非甲烷总烃的去除率随着催化温度的升高而增大，当催化温度低于220℃时，非甲烷总烃去除率低于90%；当温度上升到240℃-350℃之间，其催化性能达到最佳，非甲烷总烃去除率保持在98%左右；但350℃以后催化性能逐渐变弱。因此，在本设定的试验条件下，最佳催化性能温度参数为240℃-350℃。
3.3 空速对催化性能的影响
空速在催化燃烧工艺设计是的一个重要参数，本节研究在进气风量为2500m3/h、催化温度为250℃、进气浓度为210mg/L的条件下，使用单因素试验法，设定空速为10000h-1-50000h-1之间，考察空速对催化性能的影响。
上图表明，空速在10000h-1-25000h-1内，对非甲烷总烃的去除率降幅不大；但当空速超过25000h-1时，对催化性能的影响开始变大；空速为50000h-1时非甲烷总烃去除率仅剩41.43%。原因主要是空速大，一部分催化燃烧器中的有机废气尚未与催化剂充分接触即被带离反应器，催化反应不充分，从而影响催化性能，造成低去除率的结果。
4 结论
（1）非甲烷總烃的进气浓度对催化性能有一定影响，当进气浓度达到一定值时，其催化性能趋向稳定，具有较好的催化效果。（2）催化温度对催化效果影响较大，非甲烷总烃的去除率随着催化温度的升高而变化，催化温度过低和过高都不利于提高催化性能，最佳催化性能在一定温度区间范围内体现。（3）空速过大大，会导致一部分催化燃烧器中的有机废气尚未与催化剂充分接触即被带离反应器，催化反应不充分，从而影响催化性能。
参考文献
[1]董龙标，冯伟铭，夏良媛等.挥发性有机废气治理技术发展研究[J].环境科学与管理.2016，41（5）：125-127.
[2]萧琦，姜泽毅，张欣欣.多室蓄热式有机废气焚烧炉工程应用研究[J].环境工程.2011，29（2）：70-72.
[3]汪涵，郭桂悦，周玉莹等.挥发性有机废气治理技术的现状与进展[J].化工进展.2009，28（10）：1834-1836.
[4]何毅，王华等.有机废气催化燃烧技术[J].江苏环境科技.2004，17（1）：35-38.
[5]曹秋伟，陈彦霞，张艳玲等.燃烧法处理有机废气的探讨[J].科技视界.2012，27：356-357.
收稿日期：2018-05-12
作者简介：李纯爱（1983-），女，本科，中级工程师，研究方向为有机废气处理。
