彭芬

（1.航天凱天環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，湖南長沙410100；2.工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境技術(shù)湖南省重點實驗室，湖南長沙410100）

吸附-催化燃燒技術(shù)研究

彭芬1，2

（1.航天凱天環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，湖南長沙410100；2.工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境技術(shù)湖南省重點實驗室，湖南長沙410100）

吸附技術(shù)是利用吸附劑對廢氣成分的吸附作用達到凈化的目的，廣泛應(yīng)用于大風(fēng)量、中低濃度有機廢氣的治理，具有操作簡便、效率高等優(yōu)點。催化燃燒技術(shù)是將有機廢氣在催化劑的作用下進行低溫?zé)o焰燃燒，轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒無害物質(zhì)達標(biāo)排放。將吸附濃縮技術(shù)與催化燃燒技術(shù)進行有效地結(jié)合，大大降低了治理費用，并提高了效率。通過對吸附-催化燃燒工藝的詳細(xì)介紹和分析，包括吸附劑的選擇、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、工業(yè)應(yīng)用情況等，以期達到凈化效率、設(shè)備成本及安全性等綜合性能的最優(yōu)化。

吸附；催化燃燒；研究

隨著近幾年霧霾的嚴(yán)重化，讓大家更加關(guān)注大氣污染的治理。常見的廢氣治理方式有銷毀法和回收法，銷毀法是指利用吸附法、燃燒法、生物法及高能離子等技術(shù)將有機廢氣等降解成無毒無害的物質(zhì)達標(biāo)排放，而針對具有較高回收利用價值的廢氣成分，往往可以采用合適的方法實現(xiàn)資源化回收利用。

吸附濃縮技術(shù)廣泛應(yīng)用于中低濃度VOCs的治理，具有凈化效率高、操作簡單等優(yōu)點。催化燃燒技術(shù)可應(yīng)用于多種場合，只有當(dāng)廢氣中含有易使催化劑中毒的成分時不能適用。將吸附技術(shù)與催化燃燒技術(shù)進行組合，形成“吸附-催化燃燒技術(shù)”，以實現(xiàn)廢氣凈化的高效和低成本。

1 工藝介紹

吸附-催化燃燒系統(tǒng)是將吸附與催化燃燒進行有效的結(jié)合，以達到高效低成本地進行廢氣凈化。為實現(xiàn)凈化系統(tǒng)的連續(xù)運行，吸附床往往采用“多用一備”的運行方式，主要可分為吸附和催化燃燒兩部分。

吸附法是利用各種吸附物（如活性炭、活性炭纖維、分子篩等）對污染物進行吸附凈化的方法。分子篩與活性炭由于表面具有較大的比表面積和大量的空隙與空洞，對于煙氣中的氣體分子極易吸附，且易于再生，是應(yīng)用最多的固體吸附劑。催化燃燒法是指有機廢氣在催化劑的作用下進行無焰燃燒，生成無毒無害的物質(zhì)達標(biāo)排放。

1.1 工藝流程

針對中低濃度廢氣，利用吸附-催化燃燒工藝進行回收凈化的過程如下：有機廢氣經(jīng)去除粉塵等預(yù)處理后，進入裝有高效吸附劑的吸附器，空氣得到凈化。隨著吸附的進行，吸附劑逐漸達到飽和，在與高溫?zé)峥諝獾慕佑|過程中，有機廢氣被脫附下來形成高度濃縮的廢氣，同時吸附床得到再生。再生后的吸附床又可進行吸附作業(yè)。經(jīng)脫附形成的濃縮廢氣進入催化燃燒器，生成二氧化碳和水達標(biāo)排放。工藝路線及流程詳見圖1和圖2。

圖1 吸附-催化燃燒工藝路線

1.2 工藝特點

1.2.1 去除效率高

本吸附-催化燃燒廢氣凈化工藝采用高效吸附劑，凈化效率高達95%以上。

圖2 吸附-催化燃燒工藝流程

1.2.2 環(huán)保節(jié)能

本吸附-催化燃燒廢氣凈化工藝將有機廢氣轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸己退湃氪髿庵胁粫斐啥挝廴?，具有良好的環(huán)境效益。吸附劑吸附達飽和后可用催化燃燒后的熱廢氣進行脫附再生，可循環(huán)使用，同時，脫附后的氣體再送往催化燃燒室進行凈化再生不需外加能量，運行費用低，節(jié)能效果顯著。

1.2.3 適用范圍廣

本工藝可適用于幾乎所有的含烴類有機廢氣及惡臭氣體的治理，可用于眾多的有機化工、涂裝、印刷、家用電器、絕緣材料等行業(yè)排放的各種有機廢氣。

1.2.4 可連續(xù)作業(yè)

本吸附-催化燃燒廢氣凈化工藝中的吸附床采用“多用一備”的方式，可實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)。

2 關(guān)鍵設(shè)備

由工藝路線的分析可見，吸附器和催化燃燒器的設(shè)計及選擇是本工藝的關(guān)鍵所在。

2.1 吸附器

目前，吸附工藝常見的吸附器有固定式和移動式，其中固定式吸附器操作簡單，應(yīng)用廣泛。根據(jù)工程項目現(xiàn)場反饋的信息表明，吸附器存在易起火等安全隱患，而吸附劑存在效率不高、使用情況不明等不足之處，由此可見，吸附器的關(guān)鍵在于吸附器內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及高效吸附劑的選擇。

2.1.1 吸附器的優(yōu)化設(shè)計

為了避免吸附劑起火等安全隱患的發(fā)生，選擇耐高溫的吸附劑是一方面，吸附器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計也是很關(guān)鍵的方面。在多層吸附劑之間增設(shè)鋼絲網(wǎng)隔板，很好地解決了這個問題。

2.1.2 吸附劑的選用

吸附劑的吸附原理主要有物理吸附和化學(xué)吸附，物理吸附是指利用多孔性吸附劑將有機污染物范德華力吸附于表面，進而將廢氣凈化，化學(xué)吸附是指利用化學(xué)吸附劑與廢氣污染物發(fā)生反應(yīng)，進而將污染物去除，而化學(xué)吸附劑的制作成本相對較高，應(yīng)用較少，相比而言，物理吸附的應(yīng)用較為廣泛。由吸附劑的工作原理不難得知，具備豐富的微孔和發(fā)達的比表面積的吸附劑吸附效率相對較高，常見的吸附劑有活性炭和分子篩等[1-2]。

活性炭孔隙豐富、比表面積大，是一種應(yīng)用廣泛的吸附劑。在實際應(yīng)用中，活性炭存在易燃等安全隱患、吸附性能受溫濕度影響大等缺點[3]。分子篩是水合硅鋁酸鹽的晶體，結(jié)構(gòu)較為均一，具有一定的選擇吸附性，耐溫性和耐濕性均優(yōu)于活性炭，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于吸附凈化領(lǐng)域[4]，但價格稍高。總的來說，活性炭和分子篩各有優(yōu)缺點，實際應(yīng)用時應(yīng)具體問題具體分析。

2.2 催化燃燒器

經(jīng)脫附后得到的濃縮廢氣進入催化燃燒器，進一步生成無毒無害物質(zhì)達標(biāo)排放。如圖3所示，催化燃燒器主要由加熱器、換熱器以及催化燃燒室三部分組成。濃縮廢氣經(jīng)初步換熱升溫后，若還未達到催化燃燒的起燃溫度時，利用加熱器進行進一步加熱后，進入催化燃燒室進行無焰燃燒，生成的高溫凈化氣體與進氣熱交換后排出，此過程可以進行高效熱量回用，逐步實現(xiàn)自熱燃燒。

圖3 催化燃燒器工作流程圖

2.3 預(yù)處理器

為了有效去除廢氣中的顆粒物粉塵等，以免對后端廢氣凈化吸附器中的吸附劑造成堵塞，影響吸附劑的使用壽命，必須在吸附-催化燃燒凈化系統(tǒng)前端設(shè)計預(yù)處理器。預(yù)處理器應(yīng)根據(jù)有機廢氣的特性設(shè)計，如粒徑和溫濕度等。

常見的預(yù)處理方式有干式和濕式等。干式一般采用過濾式，是指利用重力或離心力等進行預(yù)處理；濕式一般采用洗滌式，是指利用水或化學(xué)藥劑等洗滌劑進行降溫除塵等，經(jīng)濕式預(yù)處理后的有機廢氣濕度較大，要求后續(xù)吸附劑具有較高耐濕性，應(yīng)用較少。

3 工業(yè)應(yīng)用

目前，吸附-催化燃燒技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于廢氣凈化領(lǐng)域。歐海峰研究了吸附-催化燃燒法在噴漆廢氣中的應(yīng)用情況，結(jié)果表明凈化效果好且成本低[5]。楊遠(yuǎn)盛對吸附濃縮-催化燃燒法處理廢氣的實例進行了介紹，并經(jīng)測試表明凈化后尾氣達地方標(biāo)準(zhǔn)[6]。

結(jié)果表明，利用該工藝回收有機廢氣，具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。大量的研究表明，吸附-冷凝回收技術(shù)具有較大開發(fā)應(yīng)用潛力。

4 結(jié)論

吸附-催化燃燒凈化系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于有機廢氣凈化，具有極大的經(jīng)濟、社會以及環(huán)境效益，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景和市場競爭力。

[1]趙毅，李守信.有害氣體控制工程[D].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[2]葉振華.化工吸附分離過程[D].北京：中國石化出版社，1992.

[3]Serrano D P，Calleja G，Botas J A，et al.Characterization of adsorptive and hydrophobic properties of silicalite1，ZSM-5，TS-1 and Beta zeolites by TPD techniques[J].Separation and Purification Technology，2007，54(1):1-9.

[4]徐如人.分子篩與多孔材料化學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[5]歐海峰.吸附-催化燃燒法處理噴漆廢氣實例[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2006，29(4)：93-95.

[6]楊遠(yuǎn)盛.吸附濃縮-催化燃燒法處理VOCs廢氣實例[J].工業(yè)設(shè)計，2013，141-142.

Research of the integrated technology of adsorption and catalytic combustion

PENG Fen1，2
（1.Aerospace Kaitian Environmental Technology Co.,Ltd,Changsha 410100,China; 2.Hunan Key Laboratory of Industrial Production Environmental Technology Cooperation,Changsha 410100,China）

As a thickening-purification technology,adsorption uses the adsorbent to purify the exhaust gas and is widely used in treatment of large flow and low concentration organic waste gas with the advantages of easy operation and high purification efficiency.Catalytic combustion technology is the organic waste gas in catalyst under low temperature flameless combustion,into non-toxic harmless material discharging standard.Condensed the adsorption and catalytic combustion technology effectively combined,greatly reduces the overhead expenses and improved the efficiency.Through the detailed introduction and analysis of adsorption-catalytic combustion technology,such as the choice of the proper adsorbent,optimization of structure,and industrial application,higher recovery efficiency,lower costs of the investment and operation,and safe operation can be achieved.

adsorption;catalytic combustion;research

X701

A

1674-0912（2017）04-0038-03

2017－03－17）

彭芬（1989－），女，湖南株洲人，環(huán)境科學(xué)與工程碩士，工程師，專業(yè)方向：廢氣治理。