催化燃烧法VOCs 治理应用中的安全问题及防范措施

本文针对催化燃烧法处理VOCs的过程中存在的活性炭吸附—脱附—催化燃烧法中活性碳起火的现象、催化氧化炉爆炸问题、整个催化燃烧治理装置起火爆炸问题等安全隐患，提出相应解决方案。

VOCs（挥发性有机化合物） 是指在常压下沸点在50~260 ℃、常温下饱和蒸汽压大于 133.32 Pa 的有机化合物， 或者在常温常压下任何能挥发的有机液体和固体[1]。VOCs 类目复杂，主要包含烯烃、烷烃、醇类、芳香烃、芳烃类、醛类、卤代烃等，主要产生于制药、制鞋、石油炼化和喷漆等行业[2]。某些VOCs对臭氧层有破坏作用，如含氢氯氟烃 (HCFCls)和氯氟烃 (CFCs)；VOCs 也是形成雾霾的重要前物，是有毒有害气体的重要来源，环保部已将其列为细颗粒物之外最大的空气污染元凶[3]。随着工业化进程的加快，VOCs 引起的健康与环境问题引来越来越多的关注，VOCs 的处理也已迫在眉睫。

催化燃烧法在VOCs治理中的重要地位

VOCs 治理有较多措施， 其治理方法包括源头减量、中间控制和末端处理等[4]。目前，我国以末端治理为主。末端治理技术一般分为破坏性处理和回收性处理。破坏性处理主要包括催化燃烧法和焚烧处理法。回收性处理包括吸收法、冷凝法、吸附法和膜分离法等[5]。回收性处理因其技术手段还不成熟，成本较高，目前没有大规模应用。焚烧法是直接将 VOCs 通入焚烧炉中，在炉内充分燃烧，产生二氧化碳和水[6]。该方法成本较低，运用范围较广，技术线路也比较成熟。

催化燃烧法是在废气燃烧的时候加入某种催化剂，降低 VOCs 的燃点, 使 VOCs 能够充分燃烧, 最终生成二氧化碳和水，实现直排。当前常用催化剂种类有 Cu、Fe、Ti 等非贵金属与 Pd、Au、Pt 等贵金属两大类。焚烧处理法和催化燃烧法在 VOCs 治理中占据核心地位，因其分解氧化彻底、治理效率高而得到广泛应用，其中催化燃烧法因无明火、节能、氧化温度低而得到广泛应用。

催化燃烧是一种涉及气—固两相的化学反应，其本质机理为在有活性氧参与的条件下发生的深度氧化反应[7]。在反应过程中，加入催化剂可以显著降低反应所需的活化能，VOCs 富集在催化剂表面，在较低燃烧温度下发生无焰燃烧，最终分解为二氧化碳和水，同时释放出大量的热。其化学反应方程式如下：

CnHm+ (n+m/4) O2→ n CO2+m/2 H2O + 能量

在催化剂的作用下，VOCs 可以在较低温度下充分燃烧，生成二氧化碳和水，去除率高达 90%。催化燃烧法具有能耗低、运行可靠稳定、无二次污染等突出优点，在欧美国家已得到广泛推广应用。在我国，催化燃烧法也是处理 VOCs 的主要手段，其应用比例约为 55%。目前，催化燃烧法已经成为处理 VOCs 的主流。