含苯乙烯VOCs废气治理
摘要:在聚脂类绝缘漆烘烤成膜的过程中，活性稀释剂苯乙烯以气体状态释出，成为带恶臭、刺激性气味的VOCs废气，对大气环境造成污染。采用吸附—催化燃烧综合净化工艺对该废气进行治理，实践证明是可行的。文章通过一个工程实例介绍了该净化工艺的工艺路线、设备参数和运行情况，并说明其特点以及注意事项。
关键词:苯乙烯,VOCs,活性炭吸附,催化燃烧,废气治理
1 前言
近年来，我国已成为家电、电子原件、玩具（包括电动玩具）的全球供应商，其中珠三角的出口份额占全国的大部分。在电器绝缘漆的使用上，由于聚脂类绝缘漆具有涂膜光泽高、色彩鲜艳、保光性强、耐水、耐溶剂、耐磨性好、耐腐蚀、电绝缘性优良的优点，已日渐成为漆包线、电机、电器的绝缘漆的主流。聚脂漆是以聚酯树脂为主要成膜物质的涂料。聚酯树脂是用多元醇和多元酸缩聚而成的高分子化合物，可分为饱和树脂与不饱和树脂两类，后者具有代表性。以不饱和聚酯树脂作为主要成膜物质的涂料是以活性稀释剂（如苯乙烯）作为稀释剂，属无溶剂漆，固体分为100%，一次施工可获得较厚的漆膜[1]。在聚脂类绝缘漆中苯乙烯占45%～60%，在烘烤成膜的过程中，苯乙烯以气态释出，成为带恶臭的、刺激性VOCs气体，对大气环境会造成污染。
苯乙烯属芳香类碳氢化合物，在国家标准《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）中被列为恶臭污染物。
2 含苯乙烯VOCs废气治理技术
含三苯类VOCs废气治理的报导较多[2][3][4]，含苯乙烯VOCs废气治理的报导尚少见。
广东某环境系统有限公司的马达浸漆生产线使用东芝牌绝缘漆，苯乙烯含量59%，烘漆线废气排放量5000m3/h，入口废气浓度500mg/m3，采用吸附-催化燃烧综合净化工艺处理，取得十分满意的效果。废气治理工艺流程如图1所示。
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活性炭吸附装置一备一用，当一台设备处在运行状态下，另一台设备处于再生或备用状态。主要设备配置见表1。
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3 废气净化设备的运行
吸附-催化燃烧综合净化法是将吸附和催化燃烧两种净化工艺有机地结合起来，VOCs废气先通过吸附床，在此，气体中的有机物被吸附剂吸附，气体得以净化达标排放。吸附床一般配置两台以上，轮换使用。当一台吸附床吸附的有机物达到规定的吸附量时（即吸附饱和时），切换到另外一台吸附床继续吸附净化，已饱和的吸附床即可启动脱附再生程序。
脱附再生是在再生风机、补冷风机、待再生吸附床与催化燃烧装置之间组成的循环系统内进行，由PLC控制。先启动催化燃烧装置的电热管将催化床升温，接着启动再生风机将空气送入催化床吸热后，热风进入吸附床，有机物从活性炭内解吸出来，热风所含VOCs的浓度较高，从吸附床出来后进入催化燃烧装置内的板式换热器吸热后进入催化床，热风中的VOCs被催化燃烧，氧化成CO2和H2O，在再生风机的驱动下热风继续再进入吸附床循环解吸。由于循环热风中的VOCs浓度高，催化床的温度可以由催化燃烧产生的热量来维持，电热管可自动切断电源，不需外来能源，可达到余热利用节能的目的。经过一段时间的循环脱附后，吸附床已获得再生，离开吸附床的热气中的VOCs浓度大幅降低，催化床的温度必须重新依靠电热管加温来维持，这说明吸附床已完全再生完毕，PLC令控制系统进入降温冷却程序，自动关闭电热管的电源，补冷风机启动，将冷风送入循环系统，对催化床和吸附床进行冷却，当吸附床的温度低于50℃时，脱附再生操作结束，吸附床进入备用状态。
4 废气净化工艺的特点
（1）吸附-催化燃烧综合法通过两种净化工艺设备的组合，使大风量、低浓度的VOCs废气变为小风量、中高浓度的有机废气进行净化处理。通过控制，可使脱附后气流中的有机物浓度较吸附操作时提高10倍以上，而脱附气流量仅为总排风量的1/20～1/10[5]。由于高浓度VOCs适用于催化燃烧净化，而燃烧产生的热量可用来脱附，所以能源消耗低，运行成本低。
（2）吸附剂选用蜂窝状活性炭。具有床层阻力小，比表面积大，升温、降温速度快，炭床温度均匀，具有高效节能和安全的优点。蜂窝炭开孔：1600孔/dm2，容重：420kg/m3。
（3）催化剂采用以堇青石蜂窝陶瓷体负载贵金属Pd、Pt的KMF-12A型催化剂，气体流动阻力小、反应起始温度低、活性高、空速适应范围宽。当烃类等有机物浓度在2000～8000mg/m3、空速10,000～30,000h-1、反应气入口温度180℃～300℃的条件下，净化效果≥98%。耐热性能好，可耐受900℃高温的短时期冲击。使用寿命长，一般不少于7200h。
（4）在脱附再生操作的后期，由于VOCs浓度大幅减少，催化床的温度必须重新依靠电加热来维持，这样催化床的升温曲线上有明显的“拐点”，提示活性炭的再生已完成，无需依靠监测分析手段，非常直观、可靠。
（5）设备及管道系统设置有防爆口、阻火器和感温报警装置。活性炭吸附床内还设有超温自动洒水装置，确保运行安全。
（6）活性炭的脱附再生不使用蒸汽，无需锅炉等设施，也不会产生二次污染。
（7）活性炭再生采用体内再生法，可减轻劳动强度，减少活性炭的损耗，保持工作环境卫生清洁。
（8）净化系统自动化程度高，基本上无需人值守，高效而安全。
5 设计注意事项
5.1 苯乙烯冷凝液
由于苯乙烯的沸点较高（146℃），在管道中有少部分苯乙烯气体会冷凝成油状液体，故废气管道应设计有一定的坡度，并在最低处设置收集装置。阻火器应采用金属网的形式，且须设计成“快开式”，便于将金属网拆下清洗。
5.2 活性炭脱附再生温度控制
活性炭的脱附再生控制以热风循环系统内各点的温度为依据。而活性炭床的温度又是安全操作的关键。本例中，催化燃烧装置有2组电热管，根据需要可开1组或2组或全部关闭电热管。循环系统中共有4个测温点分别测量催化燃烧装置的加热室温度和催化床温度、热风管上的热风温度和炭床温度，分别用T加、T催、T风、T炭表示，温度自控设置见表2。
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6 炭床脱附再生升温曲线
1#炭床脱附再生升温曲线如图2所示。
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从图2中可以看出，从12:51开始至14:10的1小时20分钟时间内，催化床的温度均维持在220℃以上，活性炭床实现正常的脱附再生操作，2组电热管基本关闭，催化床温度靠催化燃烧反应放热来维持。14:10以后，电热管的启动很频繁，说明炭床脱附已完全，系统自动开始冷却操作。
7 结论
实践证明，采用吸附—催化燃烧综合法处理含苯乙烯VOCs废气是成功有效的。吸附剂采用蜂窝活性炭，催化剂采用以堇青石蜂窝陶瓷体负载贵金属Pd、Pt的KMF-12A型催化剂。该净化工艺具有阻力小、能耗低、活性炭脱附再生操作方便、可利用催化燃烧反应余热、再生效果好、无二次污染、自动化程度高、安全可靠等优点。
参考文献：
[1] 李国英.表面工程手册[M].北京：机械工业出版社，1998:2-11.
[2] 陶有胜.“三苯”废气治理技术[J].环境保护，1999，（8）:20-21.
[3] 郑铭.制鞋生产中“三苯”废气的危害及治理措施[J].劳动安全与健康，2001， (6）:43-44.
[4] 侯晨涛，马广大，曹晓强.净化三苯废气生物滤池中微生物的初步鉴定[J]. 环境科学与技术，2006，29（11）:37-38.
[5] 乔惠贤，尹维东，栾志强，袁义胜，陈学魁，李岩.大风量VOCS废气治理[J]. 环境工程，2004，22（1）:36-38.
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