活性炭与催化燃烧喷漆废气处理设备的研究与应用

产品喷漆与烤漆操作会产生大量的有害气体,该生产工艺废气风量大、有机物浓度低。本文采用先进的工艺,设计出一套有效的处理方案,对有机废气进行全面的净化处理。该方案利用新型活性炭吸附低浓度的有机废气,吸附饱和后利用热空气加热,在贵金属催化作用下开展燃烧净化处理,将有机物转化为无害物质。结果表明,活性炭可以将有机废气有效吸附,实现净化操作。

在部分产品的喷漆与烤漆生产过程中，会出现大量的工艺尾气排放，这些尾气对自然环境的危害较大，给操作工人的健康带来较大的威胁。具体来说，喷漆、烤漆等工艺需要使用大量苯、甲苯、乙苯、乙酸乙酯等挥发性化合物，作为涂料溶剂以及稀释剂等。这些有机溶剂在喷涂时不会吸附在工件表面，会全部挥发到空气中变为有机废气。这些废气具有沸点低、常温下容易挥发等特征，对周边环境以及操作人员的身体健康产生较大的影响。

我国一些大城市的空气中挥发性有机物含量是美国城市的数倍，工业生产排放的有机废气已经成为我国城市大气污染的主要因素。这些气体挥发时会产生刺激性气味，对操作人员的身体危害很大，短期接触后会引发恶心、头晕等，大量吸收后会损害人体的内脏、神经系统等。因此，在工业生产活动中，除了采用必要的防护措施外，还要尽量避免有机废气的排放，全面收集与净化有机废气。

1基本原理

本方案将蜂窝状活性炭作为吸附剂，通过吸附净化、脱附再生并浓缩挥发性有机物气体在线监测以及催化燃烧的原理，即将大风量、低浓度的有机废气通过蜂窝状活性炭吸附实现空气净化的目标。在活性炭吸附饱和后，再通过热空气脱附使得活性炭再生，脱附得到的浓缩有机物被送到催化燃烧床进行催化燃烧，内部的有机物质被氧化成为无害的二氧化碳以及水。燃烧后的热废气通过热交换器加热冷空气，热交换后降温气体部分排放，部分用于蜂窝状活性炭的脱附再生，实现节能的目标。整套设备含有预滤器、吸附床、催化燃烧床和风机等设备。

相比其他有机废气处理方法，该方法是一种综合处理模式，汲取了其他模式的优势，技术较为成熟可靠，对于处理大风量、低浓度的有机废气具有较大优势，在催化燃烧的作用下，净化效果可以达到最佳。

2处理工艺设计

2.1预处理

对于有机废气，人们应首先开展水喷淋，去除废气内部的杂尘、可溶性有机物。喷淋后，气体内部具有大量水分和少量粉尘，为避免水分与粉尘影响活性炭吸附床的有效运行，人们需要在处理时利用高效率的过滤器进行过滤。

2.2吸附操作

经过预处理的有机废气，在风机的作用下引入吸附床，将其均匀地分布在活性炭表面。依据分子间的范德华力，活性炭会将有机废气吸附在表面，这一过程耗时较少，但时间越长，吸附越彻底。二者之间没有现较大的化学反应，而有机废气却达到较高的净化效果。经过净化后的洁净废气可以达到相关大气污染物的排放标准，在风机的作用下，其可以达到15米高排气筒的排放标准。每套废气净化处理系统含有个级别的吸附床，两套用来吸附，一套用来脱附，三套设备可以实现轮流操作。

2.3脱附与催化燃烧

具体的反应方程式为：

在活性炭吸附到饱和程度后，切换到脱附床，脱附需要外加的热量，加热装置安装在催化氧化床内部，开启后同时预热催化剂。催化氧化床达到设定的温度后，将热空气引入脱附床内部，有机废气在加热的作用下从活性炭表面全部解析出来。

高浓度的有机废气在外力的作用下进入氧化床中，通过金属铂的催化作用，被燃烧分解为水与二氧化碳，废气通过这一操作得到净化。这一燃烧过程的特征为低温、快速以及无焰，并产生较大的热量，人们可以将活性炭再次回用到有机废气的脱附与燃烧氧化中，从而降低能源消耗。具体的反应过程如图1所示。

在有机废气浓度较大时，燃烧产生的热量过多会导致催化氧化床的温度较大，进而影响整个废气治理系统的安全性、为此，本文设计的系统含有冷空气补充装置，它可以引入新鲜空气来降低反应温度，从而保证系统操作的安全性。

本方案采用吸附一催化燃烧法处理喷漆废气，首先利用过滤器去除漆雾，之后通过系统控制，利用蜂窝状活性炭吸附床对其开展连续吸附，同时对吸附饱和的活性炭开展脱附。通过80%热风吹脱的作用，将大风量、低浓度的有机废气浓缩为小风量、高浓度的有机废气，同时利用催化燃烧室将有机气体转化为二氧化碳以及水，并保持稳定的自燃烧。实践证明，这种处理模式同传统的工艺相比，具有净化效率高、无二次污染以及运行成本低等优势。