摘要:在聚脂類絕緣漆烘烤成膜的過程中，活性稀釋劑苯乙烯以氣體狀態(tài)釋出，成為帶惡臭、刺激性氣味的VOCs廢氣，對大氣環(huán)境造成污染。采用吸附—催化燃燒綜合凈化工藝對該廢氣進(jìn)行治理，實踐證明是可行的。文章通過一個工程實例介紹了該凈化工藝的工藝路線、設(shè)備參數(shù)和運行情況，并說明其特點以及注意事項。

關(guān)鍵詞:苯乙烯,VOCs,活性炭吸附,催化燃燒,廢氣治理

1 前言

近年來，我國已成為家電、電子原件、玩具（包括電動玩具）的全球供應(yīng)商，其中珠三角的出口份額占全國的大部分。在電器絕緣漆的使用上，由于聚脂類絕緣漆具有涂膜光澤高、色彩鮮艷、保光性強、耐水、耐溶劑、耐磨性好、耐腐蝕、電絕緣性優(yōu)良的優(yōu)點，已日漸成為漆包線、電機、電器的絕緣漆的主流。聚脂漆是以聚酯樹脂為主要成膜物質(zhì)的涂料。聚酯樹脂是用多元醇和多元酸縮聚而成的高分子化合物，可分為飽和樹脂與不飽和樹脂兩類，后者具有代表性。以不飽和聚酯樹脂作為主要成膜物質(zhì)的涂料是以活性稀釋劑（如苯乙烯）作為稀釋劑，屬無溶劑漆，固體分為100%，一次施工可獲得較厚的漆膜[1]。在聚脂類絕緣漆中苯乙烯占45%～60%，在烘烤成膜的過程中，苯乙烯以氣態(tài)釋出，成為帶惡臭的、刺激性VOCs氣體，對大氣環(huán)境會造成污染。

苯乙烯屬芳香類碳?xì)浠衔�，在國家�?biāo)準(zhǔn)《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB14554-93）中被列為惡臭污染物。

2 含苯乙烯VOCs廢氣治理技術(shù)

含三苯類VOCs廢氣治理的報導(dǎo)較多[2][3][4]，含苯乙烯VOCs廢氣治理的報導(dǎo)尚少見。

廣東某環(huán)境系統(tǒng)有限公司的馬達(dá)浸漆生產(chǎn)線使用東芝牌絕緣漆，苯乙烯含量59%，烘漆線廢氣排放量5000m3/h，入口廢氣濃度500mg/m3，采用吸附-催化燃燒綜合凈化工藝處理，取得十分滿意的效果。廢氣治理工藝流程如圖1所示。

活性炭吸附裝置一備一用，當(dāng)一臺設(shè)備處在運行狀態(tài)下，另一臺設(shè)備處于再生或備用狀態(tài)。主要設(shè)備配置見表1。

3 廢氣凈化設(shè)備的運行

吸附-催化燃燒綜合凈化法是將吸附和催化燃燒兩種凈化工藝有機地結(jié)合起來，VOCs廢氣先通過吸附床，在此，氣體中的有機物被吸附劑吸附，氣體得以凈化達(dá)標(biāo)排放。吸附床一般配置兩臺以上，輪換使用。當(dāng)一臺吸附床吸附的有機物達(dá)到規(guī)定的吸附量時（即吸附飽和時），切換到另外一臺吸附床繼續(xù)吸附凈化，已飽和的吸附床即可啟動脫附再生程序。

脫附再生是在再生風(fēng)機、補冷風(fēng)機、待再生吸附床與催化燃燒裝置之間組成的循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行，由PLC控制。先啟動催化燃燒裝置的電熱管將催化床升溫，接著啟動再生風(fēng)機將空氣送入催化床吸熱后，熱風(fēng)進(jìn)入吸附床，有機物從活性炭內(nèi)解吸出來，熱風(fēng)所含VOCs的濃度較高，從吸附床出來后進(jìn)入催化燃燒裝置內(nèi)的板式換熱器吸熱后進(jìn)入催化床，熱風(fēng)中的VOCs被催化燃燒，氧化成CO2和H2O，在再生風(fēng)機的驅(qū)動下熱風(fēng)繼續(xù)再進(jìn)入吸附床循環(huán)解吸。由于循環(huán)熱風(fēng)中的VOCs濃度高，催化床的溫度可以由催化燃燒產(chǎn)生的熱量來維持，電熱管可自動切斷電源，不需外來能源，可達(dá)到余熱利用節(jié)能的目的。經(jīng)過一段時間的循環(huán)脫附后，吸附床已獲得再生，離開吸附床的熱氣中的VOCs濃度大幅降低，催化床的溫度必須重新依靠電熱管加溫來維持，這說明吸附床已完全再生完畢，PLC令控制系統(tǒng)進(jìn)入降溫冷卻程序，自動關(guān)閉電熱管的電源，補冷風(fēng)機啟動，將冷風(fēng)送入循環(huán)系統(tǒng)，對催化床和吸附床進(jìn)行冷卻，當(dāng)吸附床的溫度低于50℃時，脫附再生操作結(jié)束，吸附床進(jìn)入備用狀態(tài)。

4 廢氣凈化工藝的特點

（1）吸附-催化燃燒綜合法通過兩種凈化工藝設(shè)備的組合，使大風(fēng)量、低濃度的VOCs廢氣變?yōu)樾★L(fēng)量、中高濃度的有機廢氣進(jìn)行凈化處理。通過控制，可使脫附后氣流中的有機物濃度較吸附操作時提高10倍以上，而脫附氣流量僅為總排風(fēng)量的1/20～1/10[5]。由于高濃度VOCs適用于催化燃燒凈化，而燃燒產(chǎn)生的熱量可用來脫附，所以能源消耗低，運行成本低。

（2）吸附劑選用蜂窩狀活性炭。具有床層阻力小，比表面積大，升溫、降溫速度快，炭床溫度均勻，具有高效節(jié)能和安全的優(yōu)點。蜂窩炭開孔：1600孔/dm2，容重：420kg/m3。

（3）催化劑采用以堇青石蜂窩陶瓷體負(fù)載貴金屬Pd、Pt的KMF-12A型催化劑，氣體流動阻力小、反應(yīng)起始溫度低、活性高、空速適應(yīng)范圍寬。當(dāng)烴類等有機物濃度在2000～8000mg/m3、空速10,000～30,000h-1、反應(yīng)氣入口溫度180℃～300℃的條件下，凈化效果≥98%。耐熱性能好，可耐受900℃高溫的短時期沖擊。使用壽命長，一般不少于7200h。

（4）在脫附再生操作的后期，由于VOCs濃度大幅減少，催化床的溫度必須重新依靠電加熱來維持，這樣催化床的升溫曲線上有明顯的“拐點”，提示活性炭的再生已完成，無需依靠監(jiān)測分析手段，非常直觀、可靠。

（5）設(shè)備及管道系統(tǒng)設(shè)置有防爆口、阻火器和感溫報警裝置�；钚蕴课酱矁�(nèi)還設(shè)有超溫自動灑水裝置，確保運行安全。

（6）活性炭的脫附再生不使用蒸汽，無需鍋爐等設(shè)施，也不會產(chǎn)生二次污染。

（7）活性炭再生采用體內(nèi)再生法，可減輕勞動強度，減少活性炭的損耗，保持工作環(huán)境衛(wèi)生清潔。

（8）凈化系統(tǒng)自動化程度高，基本上無需人值守，高效而安全。

5 設(shè)計注意事項

5.1 苯乙烯冷凝液

由于苯乙烯的沸點較高（146℃），在管道中有少部分苯乙烯氣體會冷凝成油狀液體，故廢氣管道應(yīng)設(shè)計有一定的坡度，并在最低處設(shè)置收集裝置。阻火器應(yīng)采用金屬網(wǎng)的形式，且須設(shè)計成“快開式”，便于將金屬網(wǎng)拆下清洗。

5.2 活性炭脫附再生溫度控制

活性炭的脫附再生控制以熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)各點的溫度為依據(jù)。而活性炭床的溫度又是安全操作的關(guān)鍵。本例中，催化燃燒裝置有2組電熱管，根據(jù)需要可開1組或2組或全部關(guān)閉電熱管。循環(huán)系統(tǒng)中共有4個測溫點分別測量催化燃燒裝置的加熱室溫度和催化床溫度、熱風(fēng)管上的熱風(fēng)溫度和炭床溫度，分別用T加、T催、T風(fēng)、T炭表示，溫度自控設(shè)置見表2。

6 炭床脫附再生升溫曲線

1#炭床脫附再生升溫曲線如圖2所示。

從圖2中可以看出，從12:51開始至14:10的1小時20分鐘時間內(nèi)，催化床的溫度均維持在220℃以上，活性炭床實現(xiàn)正常的脫附再生操作，2組電熱管基本關(guān)閉，催化床溫度靠催化燃燒反應(yīng)放熱來維持。14:10以后，電熱管的啟動很頻繁，說明炭床脫附已完全，系統(tǒng)自動開始冷卻操作。

7 結(jié)論

實踐證明，采用吸附—催化燃燒綜合法處理含苯乙烯VOCs廢氣是成功有效的。吸附劑采用蜂窩活性炭，催化劑采用以堇青石蜂窩陶瓷體負(fù)載貴金屬Pd、Pt的KMF-12A型催化劑。該凈化工藝具有阻力小、能耗低、活性炭脫附再生操作方便、可利用催化燃燒反應(yīng)余熱、再生效果好、無二次污染、自動化程度高、安全可靠等優(yōu)點。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李國英.表面工程手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998:2-11.

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[3] 鄭銘.制鞋生產(chǎn)中“三苯”廢氣的危害及治理措施[J].勞動安全與健康，2001， (6）:43-44.

[4] 侯晨濤，馬廣大，曹曉強.凈化三苯廢氣生物濾池中微生物的初步鑒定[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2006，29（11）:37-38.

[5] 喬惠賢，尹維東，欒志強，袁義勝，陳學(xué)魁，李巖.大風(fēng)量VOCS廢氣治理[J]. 環(huán)境工程，2004，22（1）:36-38.

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