催化焚烧处理挥发性有机物技术进展

国外催化焚烧处理废气中VOC技术经数十年的发展,已从只能处理单一原料发展到可处理不同行业的各种VOC,这些挥发性有机物主要包括以下五类化合物〔,一5」。

(1)烃类:焚烧最终产物为CO:和HZO。(2)含氧有机物(醛、醇、酮及酷等):焚烧最终产物为C02和HZO。(3)含氮有机物(胺、酞胺及腊等):焚烧最终产物为cOZ、HZO、N:或No:。(4)含卤族有机物(卤代烃及酞氯等):焚烧最终产物为COZ、H20和卤化氢等。(5)含硫有机物(硫醇、硫醚、硫脉、硫酚及二硫化碳等):焚烧最终产物为C02、

HZO及50二。根据所处理的气流中的VOC种类不同,所采用的催化剂和工艺流程亦有一定的差异,催化焚烧法所采用的催化剂主要有四种:

()贵金属催化剂:主要是P和Pd两种贵金属及铂合金。

(2)非贵金属催化剂:主要是铜、铬、锰和镍等金属。

3()金属氧化物催化剂。

()活性蜂窝状催化剂。

随着催化焚烧工艺在环保方面的广泛应用和人们经济效益意识的增强,除开发出高效率的热交换设备应用于催化焚烧工艺外,人们还开发出适用于含较低浓度VOC的废

气流处理的改进型以及吸附与催化焚烧联合工艺。下面就国外正在或即将应用的几种VOC焚烧工艺的特点及应用实例作一介绍,

2.1用催化焚烧工艺

通用型催化焚烧工艺多用于VOC浓度较高的废气流的处理,其工艺流程如图1所示s1[。含VOC的气流同装置排出气换热后,经预热(热回收效率最高达80%)或加入补

充燃料后进人催化床层,VOC经焚烧转化为COZ和HZO。对于含硫、氮或卤素等元素较多的VOC气流的处理则需建造二次净化装置(如洗涤器)以防止焚烧产物对环境的污染。

催化反应器可采用固定床或流化床,而影响催化焚烧效率的因素主要有操作温度、空速(或停留时间)、污染介质的组成及浓度、催化剂的活性组分、废气中所含抑制催化剂活性或使其中毒的物质浓度。在实际应用方面,位于美国马萨诸塞州的一家苯胺印刷厂于1986年安装了一套流化床催化焚烧装置,用于处理烘室所产生的VOC。10个烘室中共含55kg/h的VOC,其中一部分是卤代烃。该装置的工艺操作参数为:实际气体流量18700Nm“h/,设计处理量255o0Nm,/h,VOC含量为爆炸低限的3~6%,VOC热值54一117kJ/Nm,,催化床层进口温度370℃,催化床层出口温度415~445℃,催化床层压降2.skPa,补充燃料所需热值0.477GJ/h。其VOC脱除率高于99%,脱除效率在73%设计处理量时最佳,降低废气流量有利于提高脱除率。该装置每年运行26。天,催化反应器的费用(未包括换热器部分)为133430美元,燃料费用为14071美元/年,催化剂费用为5377美元/年川。

.22改进型催化焚烧工艺。

改进型催化焚烧工艺适用于处理气流量不大且vOC浓度较低的废气体,其主要特点是采用气流直接与蓄热介质接触的换热方式替代传统的换热器,该系统的热回收效率

大于90%,从而减少了运行中的燃料费用,但废气处理量不能太高。在实际应用方面,瑞典的VanLeer公司于1992年安装了一套MoDO化工有限公司开发的改进型催化焚烧系统,以处理烘室中排出的二甲苯和异丁醇等油漆溶剂(处理量为8500Nm3/h),该系统VOC脱除率大于97%(示意流程见图2)。含VOC的排放气进入系统的第一反应器时温度为60℃,废气由陶瓷环层加热至320℃后通过催化剂层(此时VOC氧化为CO:和水),气体温度升至350℃,再经第二反应器与催化剂和陶瓷环层换热,再排出系统(其温度为90℃)。当第二反应器陶瓷环温度达到320℃时,电动阀转动,气体由第二反应器进,第一反应器出。该系统在废气VOC浓度大于300x10--`时,可维持热量平衡,若vOC浓度小于300x1--0`时,则需补充热能以维持系统正常操作。系统开车时,需采用预热器加热使系统温度升至320℃。

2.3吸附与催化焚烧联合工艺

最近,对于有机物浓度较低的高流量气流(浓度低于100X10一`,流量超过34。。ONm,/h),国外开发出活性炭吸附与催化焚烧联合工艺。其特点是先通过吸附器将有机物的浓度浓缩,脱附后再进行焚烧,从而大大减少了需催化焚烧的气流量(约为进吸附器气流量的1/15),这不仅减少了装置运行需投入的燃料量,同时增加了单位时间内气流中有机物自身的燃烧热。吸附一催化焚烧联合工艺与同样条件下使用的单催化焚烧系统相比,焚烧装置的规模要小得多,需投入的燃料量也大为减少,从而降低了投资及操作费用。联合工艺的流程示意见图3。含VOC的废气流通过其中一个吸附器,VOC被吸附在吸附剂上,吸附后的尾气排空,当吸附剂饱和后,废气流切换进另一个吸附器;同时引入新r鲜空气,预热后对所吸附的VOC进脱附,脱附气送至催化反应器焚烧,两个吸附器循环使用闹。