张云峰

摘 要：作为当前全球化的一个重大问题，环境问题是人们关注的焦点。环境恶化将会对人类生存、社会发展带来严重威胁。伴随我国经济水平的不断提升，工业生产排放出了大量挥发性有机物（VOCs）废气，因其排放量大、成分复杂等因素，将加重大气污染程度。为此，本文在深入了解VOCs废气来源和危害的前提下，阐述了VOCs催化燃烧机理，在此基础上对化工企业含VOCs废气中催化燃烧法的技术要点进行了分析，并结合案例得出催化燃烧技术在VOCs废气处理中应用效果良好，以期能为有关方面需要提供借鉴和参考。

关键词：催化燃烧法;VOCs废气;危害

现阶段，治理VOCs废气途径方面，多集中于两方面：一方面加强源头治理，采用新技术、新工艺来取代原有的传统技术、工艺，但受多种因素制约，目前很难达到目标;另一方面加强末端治理，多采用催化燃烧法、吸附法、生物法等处理VOCs废气。催化燃烧法是一种高效、清洁的有机废气处理工艺，其特点为处理效果好、能耗低、便于工业化应用。

1 VOCs废气的来源和危害

自然源和人为源是VOCs的主要来源，相比之下，自然源产生VOCs的量更大，但在污染程度方面，人为源的危害更甚。石油化工、电子组件、食品加工、纺织、尼龙化工等均是人为源中VOCs产生的主要源头。

VOCs是否会危害人体健康或污染环境，决定因素在于VOCs自身化学性质与排放源。在有毒的非卤代化合物内，苯、甲苯、丙烯等引起了广泛重视。如甲苯被认为是一种高污染物。若人们长期处于低浓度挥发性有机化合物环境下，将会导致心绪混乱、身体虚弱、恶心、记忆力下降等。若浓度较高，则会意识模糊，甚至死亡。此类挥发性有机物因其具有在生物体内累积、剧毒、抗退化等特性，已被看做是有毒化合物。一直以来，人类可通过呼吸、饮水、游泳等方式与有机化合物长期接触，若无法很好地治理VOCs废气，将会对环境和人类健康造成严重威胁。

2 VOCs催化燃烧机理

催化燃烧法是指在催化剂的作用下，可深度催化废气内的有机物进行氧化，最终可全部转化为无机氧化物，如二氧化碳、水等，此过程属于一个不可逆的过程。催化剂的合理使用，可大幅降低氧化反应的活化能，在有机化合物废气处理中，与热力学燃烧法相比，催化燃烧法的反应温度更低，一般在温度250～400℃之间，利用催化剂大多数有机化合物尽可快速被全部氧化，具有极高的反应速率，基本不会出现二次污染，去除VOCs率高，可视为一种高效、节能的废气处理方法。

3 催化燃烧技术要点

3.1 催化燃烧装置安全性预防

采用催化燃烧法处理化工VOCs废气时，在燃烧室内催化燃烧装置可通过明火预热废气。结合多年工作经验，笔者认为可采取以下措施，第一，必须在LEL（爆炸下限）25%以内控制VOCs废气含量，避免出现爆炸等事故。第二，为防止回火，在管道尺寸设计时，保证回火速度始终低于废气最低流速，也可将减压阀设于前期管道主路上，保证进气压力始终在下游气体压力之上。第三，合理选择回火防止器、稀释空气等。第四，安设轻、重故障报警或安全联锁控制系统，若有回火问题出现，可通过蜂鸣器发出指示警报。

3.2 催化燃烧装置运行参数

最大处理风量直接决定催化氧化装置的大小，通常情况下，可在30000m3/h标准状态下设置最大处理风量，应按照VOCs废气处理质量浓度与成分，合理选择催化剂的类型与用量。按照以往经验来看，350℃为催化剂氧化处理中最适宜的温度，因此，针对废气可选择燃烧室进行预加热处理。为避免因温度高低变化过大而出现工况温度异常问题，可向编程逻辑控制器（PLC）传送热电偶信号，为准确监测及读数提供方便，此外，可需设置温度警报装置，防止因温度过高烧焦催化剂或温度过低情况下催化剂处理活性不足。一般可采用液化天然气（LNG）、液化石油气（LPG）及电加热等方式加热废气。在确定燃气用量时，需充分考虑燃料热值、废气处理风量、入口温度等各项参数，做好热量衡算。结合大量研究证明，当VOCs质量浓度达到2000mg/m3以上时，其产生的热量可达到燃气外加的热能要求。在热量衡算中必须考虑此部分热量，防止温度过高会烧毁催化剂。

3.3 催化剂的选择与使用

一般多采用铂（Pt）贵金属型材料作为催化燃烧装置的氧化催化剂，其基本上以粉末状、蜂窝状呈现。根据使用说明5年为催化剂的使用期限，当然，还需对待处理气体的浓度、成分来确定最终使用期限。若催化剂已达到使用年限可再生处理，这就说明其具有可循环使用性。除此之外，在氧化催化剂选择时，还要先确定废气处理的风量、组份、浓度等，原因在于催化剂类型选择由组份所决定，而风量、浓度则直接决定催化剂的用量，为此，必须将所得结果作为参考依据。

4 案例分析

某化工企業在生产过程中会向大气排放大量VOCs废气，据实地调查结果显示，该企业废气排放采用两种形式，即集中式排放与无组织排放。其中集中式排放废气流量小，但具有较高污染物浓度，因此治理起来较为困难。而无组织废气的废气污染物浓度很低，但却具有较大捕集风量。经分析可见，该企业废气的主要成分为丙二醇、丙烯醛等挥发性有机物。

4.1 工艺流程

根据当前企业废气产污情况，并与以往经验结合，笔者认为可分5个阶段完成催化燃烧处理含VOCs废气的工艺流程，具体如下：

1）通过阻火除尘器过滤废气，后进入热交换装置，经催化反应，高温气体便可进行能量间接交换，在该环节将再次提升废气温度。2）气体温度升到一定值后，将进入预热室，将会第二次提升气体温度。3）气体开始第一级催化反应，该环节在低温条件下部分有机废气将被分解，并有能量释放出来，此时，可直接加热废气，保证废气温度满足催化反应温度需求。4）通过温度检测系统检测废气温度满足要求后，便可进入催化反应室，彻底分解有机气体，并有大量废气热量释放。5）气体净化之后，可利用热交换器把热能向冷气流转换，待温度降低到指定值便可通过引风机排空。

4.2 主要技术参数

按照当前企业废气收集系统情况，可将1000m3/h设为催化燃烧装置的废气处理能力，预热温度设计范围为250～300℃，42kW为加热功率，400～500℃为氧化分解温度，5.5kW为风机功率，47.5KW为设备总功率。

4.3 应用效果

通过对装置进出口尾气的检测可知，催化氧化技术的应用，可将废气内挥发性有机物有效去除，结果为：（1）处理前进口尾气检测结果为丙烯醛排放浓度平均值为17mg/m3，处理后丙烯醛排放浓度平均值为0.83mg/m3，去除率达到94.9%;（2）处理前进口尾气非甲烷总烃排放平均值为37.1mg/m3，处理后非甲烷总烃排放浓度平均值为2.36mg/m3，去除率为93.2%;均符合《化学工业挥发性有机物排放标准》要求。

5 结束语

综上所述，在化工企业生产过程中，不可避免地会产生大量挥发性有机物废气VOCs，这些废气若未经处理直接排空，将会产生严重的恶臭污染，且会对人体健康与生态平衡造成严重危害。催化燃烧技术在废气处理中去除VOCs率高，是一种高效、节能的废气处理方法，因此在化工企业含VOCs废气处理中得到了广泛的应用。

参考文献

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