催化燃燒法VOCs 治理應(yīng)用中的安全問題及防范措施

本文針對催化燃燒法處理VOCs的過程中存在的活性炭吸附—脫附—催化燃燒法中活性碳起火的現(xiàn)象、催化氧化爐爆炸問題、整個催化燃燒治理裝置起火爆炸問題等安全隱患，提出相應(yīng)解決方案。

VOCs（揮發(fā)性有機(jī)化合物） 是指在常壓下沸點在50~260 ℃、常溫下飽和蒸汽壓大于 133.32 Pa 的有機(jī)化合物， 或者在常溫常壓下任何能揮發(fā)的有機(jī)液體和固體[1]。VOCs 類目復(fù)雜，主要包含烯烴、烷烴、醇類、芳香烴、芳烴類、醛類、鹵代烴等，主要產(chǎn)生于制藥、制鞋、石油煉化和噴漆等行業(yè)[2]。某些VOCs對臭氧層有破壞作用，如含氫氯氟烴 (HCFCls)和氯氟烴 (CFCs)；VOCs 也是形成霧霾的重要前物，是有毒有害氣體的重要來源，環(huán)保部已將其列為細(xì)顆粒物之外最大的空氣污染元兇[3]。隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，VOCs 引起的健康與環(huán)境問題引來越來越多的關(guān)注，VOCs 的處理也已迫在眉睫。

催化燃燒法在VOCs治理中的重要地位

VOCs 治理有較多措施， 其治理方法包括源頭減量、中間控制和末端處理等[4]。目前，我國以末端治理為主。末端治理技術(shù)一般分為破壞性處理和回收性處理。破壞性處理主要包括催化燃燒法和焚燒處理法?；厥招蕴幚戆ㄎ辗?、冷凝法、吸附法和膜分離法等[5]?；厥招蕴幚硪蚱浼夹g(shù)手段還不成熟，成本較高，目前沒有大規(guī)模應(yīng)用。焚燒法是直接將 VOCs 通入焚燒爐中，在爐內(nèi)充分燃燒，產(chǎn)生二氧化碳和水[6]。該方法成本較低，運(yùn)用范圍較廣，技術(shù)線路也比較成熟。

催化燃燒法是在廢氣燃燒的時候加入某種催化劑，降低 VOCs 的燃點, 使 VOCs 能夠充分燃燒, 最終生成二氧化碳和水，實現(xiàn)直排。當(dāng)前常用催化劑種類有 Cu、Fe、Ti 等非貴金屬與 Pd、Au、Pt 等貴金屬兩大類。焚燒處理法和催化燃燒法在 VOCs 治理中占據(jù)核心地位，因其分解氧化徹底、治理效率高而得到廣泛應(yīng)用，其中催化燃燒法因無明火、節(jié)能、氧化溫度低而得到廣泛應(yīng)用。

催化燃燒是一種涉及氣—固兩相的化學(xué)反應(yīng)，其本質(zhì)機(jī)理為在有活性氧參與的條件下發(fā)生的深度氧化反應(yīng)[7]。在反應(yīng)過程中，加入催化劑可以顯著降低反應(yīng)所需的活化能，VOCs 富集在催化劑表面，在較低燃燒溫度下發(fā)生無焰燃燒，最終分解為二氧化碳和水，同時釋放出大量的熱。其化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

CnHm+ (n+m/4) O2→ n CO2+m/2 H2O + 能量

在催化劑的作用下，VOCs 可以在較低溫度下充分燃燒，生成二氧化碳和水，去除率高達(dá) 90%。催化燃燒法具有能耗低、運(yùn)行可靠穩(wěn)定、無二次污染等突出優(yōu)點，在歐美國家已得到廣泛推廣應(yīng)用。在我國，催化燃燒法也是處理 VOCs 的主要手段，其應(yīng)用比例約為 55%。目前，催化燃燒法已經(jīng)成為處理 VOCs 的主流。