RCO有机催化燃烧法蓄热燃烧法

  随着国家工业化的快速发展，近年来人们对大气环境质量越来越关注，以挥发性有机污染物为代表的大气环境污染日趋严重，喷漆企业因使用溶剂型涂料和溶剂型稀释剂而成为挥发性有机废气的主要排放源。由于有机废气存在易挥发、成分复杂、挥发性不同等特点，难以去除。催化燃烧法是有机废气治理的其中一种方法，其在远低于直接燃烧温度条件下处理低浓度的VOCs气体，具有净化效率高、无二次污染、能耗低的特点，是商业上处理VOCs应用有效的处理方法之一。
  随着经济快速发展，应用喷漆工艺的化工、汽车、机械、电子产品、船舶等行业也随之不断壮大。喷涂过程中排放的有机废气对周围环境甚至人类健康带来危害，喷漆废气主要以三苯为主，有些还兼具酯类、醚类、酮类等组分。这些挥发性有机物轻则使人恶心，重则昏迷，伤害人体免疫系统。为有效解决这些问题，国家及部分省市已颁布一系列法律法规和大气环境保护标准限制和治理废气产生的危害。
  一、慨述
  催化燃烧是典型的气—固相催化反应，它在催化剂的作用下降低反应的活化能，使其在较低的起燃温度250～350℃下进行无焰燃烧，在固体催化剂表面有机物质发生氧化，同时产生CO2和H2O，并放出大量的热量，因其氧化反应温度低，所以大大地抑制了空气中的N2形成高温NOx。而且由于催化剂有选择性催化作用，有可能限制燃料中含氮化合物的氧化过程，使其多数形成分子氮。
  二、催化喷漆废气的成分及危害
  在喷漆涂装过程中高压空气喷射的油漆绝大部分停留在工件上，其他未到达喷涂表面的喷雾微粒与溶解喷漆微粒的水珠悬浮在空气中，以及喷涂过程中产生的挥发性有机化合物形成喷漆废气污染环境。由于不同油漆涂料所用溶剂不同，因而在喷涂过程中产生的废气组分也不同。以汽车喷涂为例检测标准，不同油漆以及采用不同工艺生产的涂料其VOCs成分及比例也大不相同。[1]某规模较大汽车涂料企业中发现VOCs主要成分为乙酸仲丁酯、甲基异丁酮、甲苯、乙酸丁酯、乙苯和二甲苯，且二甲苯和乙酸丁酯所占比例接近50%。某工业园有关涂料的众多企业时检测出苯、甲苯、二甲苯和正乙烷为VOCs主要成分。研究涂装排放VOCs特征谱后得出其主要VOCs依次为乙酸乙酯、乙苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯和乙酸丁酯等。喷漆废气对人类危害不容忽视，散发在空气中的漆雾经呼吸道吸入后会引发急慢性中毒，损害人体的神经和造血系统。吸入高浓度的苯、甲苯、乙酸乙酯等废气短时间内会抑制人的记忆力、注意力和感觉运动速度，长时间接触会对肝脏造成毒性反应，甚至对造成破坏
  催化燃烧法。催化燃烧法被视为处理VOCs的一种技术，在催化剂作用下VOCs可在较低温度下（通常为200～400℃）氧化生成无污染的CO2和H2O。催化燃烧法无二次污染，工艺操作简单，安全性高，起燃温度低；但催化剂性能优劣决定VOCs净化效果，因此，高性能催化剂选择和研究开发是新型催化燃烧法，处理高浓度、小风量有机废气可采用催化燃烧法，但喷漆废气风量大、VOCs浓度一般低于300mg/m3，不太适合处理喷漆废气。
  蓄热燃烧法。当有机废气浓度不高时，常规的热力燃烧和催化燃烧不足以维持自燃，需要额外补充大量热能，因此宜采用蓄热燃烧。目前应用的蓄热燃烧器分两种：蓄热式热力燃烧反应器（RTO）和蓄热式催化燃烧反应器（RCO）。对于RTO装置，一般由蓄热式换热器、热力燃烧室和切换阀门组成，常见的基本形式有二室、三室和多室RTO。二室RTO在进行阀门切换过程中会发生管道残留有机废气同净化后的废气一同排放问题，导致在净化周期内有一半以上时间内无法实现达标排放，净化效率低于80%；三室RTO在二室RTO的基础上增加了冲洗室，解决了废气未处理就排出问题，但阀门过多很难实现同步切换，使未处理废气同净化气体混合，无法实现达标排放；对于多室RTO亦是如此。RCO装置一般由蓄热催化炉和旋转换向阀组成，蓄热催化炉内分隔成多个蓄热催化室，有机废气通过旋转换向阀的进气口进入蓄热催化室中加热，待气体温度达到200～500℃后通过另一个蓄热催化室，在催化剂作用下得到净化并释放热量，净化后的高温气体被蓄热体吸收能量并降低温度，后通过旋转换向阀的排气口排出，蓄热燃烧技术优势在于净化效率高、无二次污染，同时实现能量回收，节约燃料，具有良好应用前景。
  选择合适工艺治理喷漆废气污染很有必要，干式净化漆雾过滤效率较低，应用范围较窄；湿式净化前期设备投资较高，但性能稳定、净化效率高、运行成本较低，大部分企业选用该方法。随着科技不断进步和实验研究的不断深入，喷漆废气治理由单一净化工艺向多种工艺结合的方向发展，在发挥不同工艺优势的同时，也规避单一工艺的不足，大程度提高喷漆废气的处理效率。