挥发性有机废气热氧化技术研究进展-第3页-北极星VOCs在线

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针对风量为580000m3/h、VOCs含量为50mg/m3的某汽车喷涂有机废气而设计的吸附浓缩-催化燃烧系统，其运行成本为8.67元/(W˙m3)，主要运行费用在催化剂的更换。李蕾等采用活性炭为吸附床料对65000m3/h含甲苯和TVOC分别为96.6mg/m3和113.0mg/m3的低浓度大风量有机废气进行了浓缩催化燃烧实验研究与经济性评价，发现系统运行费用为47.1元(W˙m3)，对甲苯、二甲苯和TVOC的去除率分别为98.3%、99.6%和97.7%，且处理成本随系统单位时间内处理量的增加而降低。另外，TOSHIO等在吸附浓缩-催化燃烧系统中以氮气为载气、活性炭为吸附材料，并选用矾石为催化剂对甲苯进行了实验与理论研究，结果表明该组相比传统热力燃烧或催化燃烧显示出较大的节能潜力。

催化燃烧反应温度低，能很好地解决传统燃烧设备反应温度高、散热损失大等问题，且几乎不会产生二次污染。目前，国内外主要对催化剂活性组分配比、制备过程的影响因素以及不同的后处理手段对有机废气的催化燃烧进行了大量的实验、理论研究，并在催化的基础上结合浓缩和蓄热技术进行了中试或工程应用。一般同种催化剂对不同催化对象会表现出巨大的差异，且目前大多实验与理论研究仅针对单一组分，很少对双组分或更多组分同时进行催化燃烧研究。因此，为处理好成分复杂且变化大的工业有机废气，催化燃烧的应用还有很多问题需要解决。

3VOCs废气处理技术对比与分析

不同工业源有机废气处理工艺具有特定的适用范围，任何一项技术的选择与应用既有共性的规律也存在复杂性和各种例外，在选择何种燃烧技术时应综合考虑有机废气特性、经济性能以及排放标准等因素。针对风量相当的低浓度有机废气，奚海萍分别设计了吸附浓缩-热力燃烧装置和吸附浓缩-催化燃烧装置，发现前者的占地面积明显小于后者。KRZYSZTOF等[50]对催化燃烧和蓄热燃烧两种方式的经济性与可行性进行了实验研究与分析，当可燃成分体积分数高于0.4%时，热力处理更好，反之催化燃烧更具优势;再者，催化自持燃烧相比热力燃烧所需最低燃料体积分数低3～4倍;另外，当可燃成分体积分数≥0.4%时，普通催化剂比贵金属催化剂更经济;催化燃烧相比热力燃烧在减少温室气体方面优势更突出，热力燃烧的热回收率相比催化燃烧更高。针对固定工业源VOCs治理技术，栾志强等也对其进行了详细分类与界定。因此，有机废气的特性、浓度范围是选取VOCs治理方案首要考虑的问题。

如表2所示，对吸附浓缩-燃烧、蓄热-常规燃烧、吸附浓缩-蓄热燃烧、催化燃烧、蓄热-催化燃烧和吸附浓缩-催化燃烧6种VOCs处理方案的主要性能指标进行了分析与对比。

从表2的比较分析可看出，组合工艺处理低浓度有机废气的综合性能一般优于单一型;在一定程度上，各技术对VOCs废气的处理效率均在95%以上;从热稳定性方面，吸附浓缩>蓄热氧化>催化燃烧;在热回收率方面，蓄热氧化>常规燃烧>催化燃烧;吸附浓缩对工业有机废气的适应性最广，催化燃烧主要受燃料热值波动的影响较大，蓄热燃烧主要受单位体积工业有机废气能量密度低的限制。另外，对低浓度VOCs的处理，系统稳定性是首要考虑的问题，蓄热常规燃烧只能处理浓度相对较高的有机废气，李佳羽等对典型化工园区VOCs排放控制技术进行了综合分析，也证实了吸附浓缩燃烧优于蓄热燃烧方式。

4结论

针对VOCs废气的特点，本研究分析了目前应用最广的3类VOCs治理技术以及与其相关组合共6种工艺各自技术特点及国内外的研究进展，通过比较、分析各技术之间的特点，得出如下主要结论。

(1)不同吸附材料对有机废气的吸附差异较小，但脱附条件差异较大，从而限制了同一吸附床采用不同吸附材料的通用性;转轮相对固定床吸附效果更好，但存在单一吸附材料效率较低以及脱附工艺主要受吸附材料的选择和后续处理工艺限制等缺点。

(2)蓄热燃烧具有换热强度高、结构紧凑以及操作简单等优点，但其相对较高的反应温度导致较大的散热损失;另外，针对浓度低、热值波动大的有机废气的处理，燃烧稳定性相对较差。因此，研究开发换热强度高、蓄热能力强、耐高温以及流动阻力小的高性能蓄热材料是该技术发展面临的主要问题。

(3)复合催化剂催化性能高于单组分催化剂;不同活性组分之间配比的差异对催化剂的影响较大;不同的后处理方式对催化剂活性影响较大。催化燃烧由于具有起燃温度低、能耗低等特点而广受关注，但催化剂通用性较差、易失活、成本昂贵且相对传统燃烧系统占地更大，单独用于工业有机废气的处理稳定性较差。

(4)目前，国内外主要从实用性和经济性两方面对吸附浓缩-蓄热燃烧、蓄热-催化燃烧以及吸附浓缩-催化燃烧等组合工艺进行研究与评价。在占地方面，吸附浓缩-催化燃烧>吸附浓缩-蓄热燃烧>蓄热-催化燃烧;在热回收方面，吸附浓缩-蓄热燃烧>蓄热-催化燃烧>吸附浓缩-催化燃烧;从运行成本角度，蓄热-催化燃烧>吸附浓缩-蓄热燃烧>吸附浓缩-催化燃烧。组合技术相比3类基本工艺综合性能更好，但也存在系统复杂、稳定性较差、占地面积大等缺点。

(5)在未来很长一段时间内，对吸附浓缩、蓄热氧化以及催化燃烧之间的优势进行组合与优化将成为有效治理有机废气的主流方式之一，这是同时提高系统运行稳定性、增强对复杂有机废气的适应性以及降低系统散热的有效方法。

当前，对工业源有机废气的治理进行了较多实验和理论研究，但对工业中成分、浓度以及流量变化较大的VOCs废气，给VOCs治理技术的通用性带来一定的挑战;另外，随着社会和国家对VOCs治理的高度重视，以后对VOCs的排放浓度将要求更加严格。因此，实际应用中应结合VOCs废气特性以及不同技术的优势对传统工艺进行组合，开发高效、经济和稳定的VOCs治理技术是未来发展趋势。

原标题：挥发性有机废气热氧化技术研究进展

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