|
工业有机废气热氧化技术 研究进展 王波，马睿，薛国程，张龙 （上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093） 摘要：研究开发节能、高效的有机废气处理技术对环境保护有重要意义。本文简要介绍了有机废气常见的处理技术，重点论述了蓄热式热氧化技术（RTO）和蓄热式催化氧化技术（RCO）用于处理工业有机废气的工作原理、适用条件。详细分析了关于蓄热式热氧化系统设计的关键技术问题，包括蓄热体的传热与流动阻力、催化剂的分类及各自的优缺点、催化剂的制备方法、换向系统的设计与选用、启动技术。蓄热式热氧化技术和蓄热式催化氧化技术在国内外都已有很多成功的实际运用案例，将来也将有更广阔的应用前景。由于企业有机废气的成分比较多元化、不稳定及企业间歇生产的特点，使得有机废气浓度和废气量都有间歇性变化，导致RTO系统运行不稳定，因此如何适应入口浓度的波动是需要进一步研究的问题。 随着世界工业的发展，工业排放的废气所造成的大气污染越来越严重。工业废气中污染物包括粉尘、SO2、NOx和挥发性有机物（volatile organic compounds，VOCs）等。目前，不同国家关于挥发性有机物的定义不完全相同。在我国，挥发性有机物是指在20℃条件下蒸气压大于或等于0.01kPa，或者特定适用条件下具有相应挥发性的全部有机化合物的统称。工业有机废气的来源有：油品、燃气、有机溶剂在存储、转运、配送过程中溶剂的蒸发；油墨、涂料中有机物的蒸发；消毒剂、农药、染料等加工过程中有机物的泄露和蒸发；此外，还有垃圾焚烧炉中的不完全燃烧等。大多数挥发性有机化合物对人体有生理毒性和刺激性，也是PM2.5的关键前驱物之一。如果这些废气未经处理就直接排放，会严重污染环境，影响人们的健康。 早在1990年，联合国就颁布了环境保护条例，规定所有来自于工业生产的有机废气排放量必须大幅度减少。美国和日本等国家为限制VOCs的排放量也先后制定了与大气清洁相关的法律。我国也颁布了一系列和VOCs排放控制相关的标准，其中，《大气污染排放标准》（GB16297—2012）规定了33种大气污染物的排放限值。为了推动VOCs减排，近年来有很多学者致力于研究高效、节能的有机废气处理方法。 用于挥发性有机物废气的方法有吸附法、吸收法、冷凝法、生物处理法、等离子体破坏 法、电晕法和热氧化法等。其中，热氧化法处理挥发性有机物废气具有分解率高和能耗低的优点，近年来发展很快。热氧化法包括直接燃烧法、蓄热式氧化法、蓄热式催化氧化法和转轮浓缩-蓄热式热氧化法。本文着重介绍蓄热式热氧化技术和蓄热式催化氧化技术。 1 典型有机废气热氧化系统的工作原理 1.1 直接燃烧技术 1.2 蓄热式热氧化技术  图1 两室RTO系统图 1.3 蓄热式催化氧化技术 1.4 沸石转轮浓缩-蓄热式热氧化集成技术  图2 RC-RTO系统工艺流程示意图 2 工业有机废气热氧化系统设计的关键问题 2.1 蓄热体的选用 2.1.1 蓄热体的形状 2.1.2 蜂窝状蓄热体的材质 2.1.3 蜂窝状蓄热体传热性能及流动阻力 2.2 蓄热式催化氧化技术处理工业有机废气 所用催化剂 2.2.1 催化剂的种类 2.2.2 载体的选择 2.2.3 活性组分的选择 2.2.4 催化剂的制备方法 表1 催化剂活性组分的分类和优缺点  2.2.5 催化剂的寿命 2.3 浓缩转轮的设计  图3 浓缩转轮工艺流程 2.4 控制技术 2.4.1 换向技术  图4 三室RTO系统结构和流程  图5 多室旋转换向RTO系统结构和流程 2.4.2 蓄热式氧化装置启动技术 2.4.3 浓度调节和安全保护技术 3 蓄热式热氧化技术与蓄热式催化氧化技术的工程应用情况 3.1 蓄热式热氧化技术的应用实例 3.2 蓄热式催化氧化技术的工程应用实例 4 结语 （1）蓄热体的堵塞和使用寿命问题。蓄热体为蓄热技术中的关键部件，在运行中它的破损形式总体可归纳为：高温侧蓄热体变形、堵塞、通孔破裂和剥落、孔壁熔蚀、蓄热体崩塌、错位等。因此不仅要在材料及结构上改进，还应在致力于研究开发新的制作工艺，从根本上解决堵塞问题。 （2）由于企业有机废气的成分比较多元化、不稳定，以及企业间歇生产的特点，使得有机废气浓度和废气量都有间歇性变化，因此导致RTO系统运行不稳定，因此如何使系统能够更好地适应浓度的波动以及如何选取合适的蓄热体尺寸、换向周期等来使系统在启动时能耗降到最低，还需要学者们进一步的深入研究。 总之，蓄热式氧化技术处理效率高、热回收率高，降低了系统能耗，可达到污染排放标准的要求，将是有机废气处理领域的一个重要发展方向。 DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0382 文章来源：《化工进展》2017年第36卷第11期：4232-4242 |
|
|
