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摘要：随着VOCs治理技术的不断发展，近年来越来越多喷漆废气治理工程采用活性炭吸附催化燃烧系统，该系统操作简单，运行阻力低、净化效率达90%，适用于常温、低浓度、大风量【1】的有机废气处理。
关键词：喷漆废气；吸附；脱附催化燃烧
活性炭吸附催化燃烧系统由五个模块组成：预处理、吸附模块、脱附+催化燃烧模块、控制系统模块、安全保障模块。该系统具体流程包括预处理、吸附、脱附-催化燃烧三个过程，其工艺流程如图1。
图1 系统工艺流程图
喷漆废气先经过车间湿式喷漆柜处理后，固体颗粒残留很少一部分，相对洁净的有机废气再经催化燃烧前处理吸附，然后进入吸附单元进行吸附和浓缩，基本达到饱和状态后对吸附单元进行加热来脱附有机废气，吸附单元的活性炭因此也可实现再生。脱附出来的废气进入催化氧化床进行燃烧，由于催化剂的作用，燃烧过程低温、快速、无焰，废气因而得到净化。燃烧产生的热气体可进行回收循环使用，再次回用于脱附环节和燃烧氧化过程。
1、预处理
预处理主要采用干式过滤器。涂装过程少量油漆被废气带走，集主管道缓慢均匀地进入每个袋式除尘过滤器，二级过滤等级分别为G4级、F7级，主要作用是去除废气中的细颗粒粉尘（φ≧1.0μm），具有过滤面积大、阻力较低、高透气性和高容尘量的特点，由于布袋的展开面积大，过风速度减慢，粉尘被滤料的棉纤捕捉，顺着气流方向直至沉降至袋底，综合去除率可达95%。
2、吸附
吸附模块由活性炭吸附箱、活性炭、进出风管道、主引风机组成。吸附模块吸附单元的核心是活性炭，系统采用的是碘值500—80的特种蜂窝活性炭，从而保证了吸附单元的稳定性。经过预处理后的有机废气，在风机的作用下引入吸附单元，将其均匀的分布在活性炭的表面，依靠活性炭复杂的内部结构体系及超强大的表面积，活性炭将有机废气吸附在其表面，此过程耗时较少，但时间越长吸附越彻底（设计风速不超过0.8m/s）。每套系统设有多套吸附单元，其中一套用于脱附，其余用于吸附，多台吸附单元轮流工作【2】，有plc自动控制切换。
吸附装置采用碳钢制作，表面涂装，内部装有一定量的特种蜂窝活性炭，并设置高温探头。吸附箱体外壳采用3mm厚的钢板防腐材质，外部连续焊接，无气泡、夹渣等现象，蜂窝状活性炭性能参数见表1。
催化燃烧法是利用催化剂做中间体，使有机气体在较低的温度下，变成无害的水和二氧化碳气体，即：
CnHm+(n+1/4m)O2催化剂200～300℃nCO2+1/2mH2O
当活性炭吸附接近饱和状态时，利用电加热启动催化燃烧设备，并利用热空气加热活性炭吸附床，当催化燃烧反应床加热到～250℃，活性炭吸附床局部达到60～100℃时，从吸附床解吸出来的高浓度废气就可以在催化反应床中进行低温氧化反应【3】。反应床内利用贵金属铂合金的催化作用下，燃烧分解为水和二氧化碳，废气由此而得到净化。反应后的高温气体经换热器换热，一部分回用送入活性炭吸附床进行脱附，另一部分排入大气。脱附出来的废气经换热器换热后温度迅速提高，降低了催化燃烧的启动电功率，从而使催化燃烧装置及脱附过程达到小功率运行，该燃烧过程低温、快速、无焰，并伴随产生大量的热量，可再次回用于有机废气的脱附过程和燃烧氧化过程，因此能够显著的减少能源消耗成本。
4、控制系统
控制系统模块由风机变频器、PLC控制单元、测温及信号反馈单元等组成。
系统采用SIMATIC S7-200SMART系列PLC，对催化燃烧炉装置进行集中控制，对整个系统运行工况进行实时监控。反应室内的高温传感器返馈反应室内的温度信号提供给加热器，以便加热器的启停控制，使反应室内的温度保持稳定；当发育室内的温度超过上限温度，系统将自动报警，风机采用变频控制，风机的频率（实际处理风量）和生产线的使用状况信号连锁，另管道开启配套电（气）动无级限位调节阀，实现操作过程全自动，同时，配置人机界面（10寸中文触摸屏），具有良好的人机界面和重要工作参数的实时记录和储存功能，大大降低操作人员的劳动强度，PLC控制原理如图2。
图2 系统PLC控制原理图
5、安全保障
安全保障模块由催化装置泄爆膜片、吸附装置泄爆膜片、集成安全控制系统组成。由于该系统处理的是易燃易爆气体，本系考虑诸多下安全措施【4】，确保系统安全运行，如设置高效过滤阻火器，使得设备在高效过滤的同时能起到阻火作用，双效一体；单床体在整个系统运行中只能仅处于吸附状态或脱附状态，避免了脱附-催化燃烧系统工作时对吸附系统及管路的冲击，从而杜绝了“倒灌”现象的发生；严格控制系统中废气“VOC”浓度低于爆炸下限1/4（约10g/m3），当废气浓度过高时，有警报鸣响并打开新风阀，立即降低浓度，避免安全隐患；催化装置、吸附装置均设有防爆膜片；净化系统设有旁通阀，确保车间通风效果，方便应急维修；系统设有开始调试和应急状态下的手动系统；设备设有安全防火阀，当设备工作过程中温度超高时，关闭除直排阀外其它风阀切断设备与车间的通路，风机停止运转并立即充入惰性气体防意外发生；夏日高温状况下，通风降温同时充入惰性气体，避免活性炭自然氧化反应的条件；采用换热新鲜热风均匀进入吸附箱对活性炭脱附再生；全系统设备和风管均良好接地，以消除静电，并按有关规范要求安装避雷系统。预热管采用远红外加热管；催化和吸附装置均有温度报警系统，并配有旁通新鲜空气风管以便“飞温”时引入空气；采用保温性能好、质轻的耐火纤维材料保温等措施。
参考文献
[1]王高春, 翁卫飞. 基于活性炭与催化燃烧喷漆废气处理设备的研究与应用废水[J]. 中国资源综合利用, 2018,01(18): 171-173.
[2]刘娟. 喷漆废气的治理措施探讨[J].污染防治技术, 2005,(08): 12.
[3]周永莉, 张校伸, 杨家宽. 催化燃烧法净化废气中污染物实验研究 [J]. 实验科学与技术.2013, 11(4):37-38
[4]刘晖, 孙彦富，苏建华，等. 利用吸附-催化燃烧法处理喷漆废气产生的有机气体[J]. 广州化工, 2009,37(01): 112-117.
论文作者:巴享
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/3
标签：废气论文; 活性炭论文; 系统论文; 喷漆论文; 单元论文; 模块论文; 过程论文; 《防护工程》2019年12期论文;