催化燃燒法在 VOCs 治理應用中（zhōng）的安全問題及防範
本文針對催化燃燒法處（chù）理VOCs的過程中存在的活性炭吸附—脫附—催化燃燒法中活性碳起火的現象、催化氧化爐爆炸（zhà）問題、整個催化燃燒治（zhì）理裝置起火爆炸問題等安全隱患，提出相應解決方案。
VOCs（揮（huī）發性有機化合物） 是指在常壓下（xià）沸點在50~260 ℃、常溫下飽和蒸（zhēng）汽壓（yā）大於 133.32 Pa的有（yǒu）機化合物， 或者在常溫（wēn）常壓下任何能揮發的有機液體和固體[1]。VOCs 類目複雜（zá），主要包含烯烴、烷烴、醇類、芳香烴、芳烴類、醛類、鹵代烴等，主要產生於製藥、製鞋、石油煉化和噴漆等行業[2]。某些VOCs對臭氧層有破壞作用，如（rú）含氫氯氟（fú）烴 (HCFCls)和氯氟烴 (CFCs)；VOCs 也是形成霧霾的重要前物，是（shì）有毒有害（hài）氣（qì）體的重要來源，環保部已將其列為細顆粒物之外大的空氣汙染元（yuán）凶[3]。隨著工業化進程的加快，VOCs 引起的健（jiàn）康與環（huán）境問題引來越來越多（duō）的關注，VOCs的處（chù）理也已迫（pò）在眉睫。
一、 催化燃燒法在VOCs治理中（zhōng）的重要地位
VOCs 治理有較多措施， 其治理方法包括源頭減（jiǎn）量、中（zhōng）間（jiān）控製和末端處理等[4]。目前，我國以末端治理為主。末（mò）端治理技術一般（bān）分為破（pò）壞（huài）性處理和回收性處理。破（pò）壞（huài）性處理主要（yào）包括催化燃燒法和焚燒處理法。回收性處理包括（kuò）吸收法、冷凝法、吸附（fù）法和膜分離法等（děng）[5]。回收性處理因其技術手段還不成（chéng）熟，成本較高，目前沒有大（dà）規模應（yīng）用。焚燒法（fǎ）是直接將 VOCs 通入焚燒爐中（zhōng），在爐內充分燃燒，產生（shēng）二（èr）氧化碳和（hé）水[6]。該方法成本較低（dī），運用（yòng）範圍較廣，技術（shù）線路也比較成熟。
催（cuī）化燃燒法是在廢氣燃燒的（de）時候加入某種催化劑，降低 VOCs 的燃點, 使 VOCs 能夠充分燃（rán）燒, 終生成二（èr）氧化碳（tàn）和水，實（shí）現直排。當前常用催化劑（jì）種類有 Cu、Fe、Ti 等（děng）非貴金屬與 Pd、Au、Pt等（děng）貴金屬兩大類。焚燒處（chù）理法和催化燃燒法在 VOCs 治理中占據核（hé）心地（dì）位，因其（qí）分解氧化徹底、治理效率高而得到廣泛應用，其中催化燃燒法因無明火、節能、氧化溫度低而得到廣泛（fàn）應用。
催化燃燒是一種涉及氣—固兩相的化學反應，其本質機理為在有活性氧參（cān）與的條件（jiàn）下發生的深度氧化反應[7]。在反應（yīng）過程中，加（jiā）入催化劑（jì）可以（yǐ）顯著降低反應所需的活化能，VOCs 富集在催化劑表麵，在（zài）較低燃燒溫度下發生無焰燃燒，終分解為二氧化碳和水，同時釋（shì）放（fàng）出大量的熱。其化學反應方程式如下：
CnHm+ (n+m/4) O2→ n CO2+m/2 H2O + 能量
在催化劑的作用（yòng）下，VOCs 可以在較低溫度下充分燃燒，生成二氧化（huà）碳和水，去（qù）除率高達 90%。催化燃燒法具有能耗低、運行可靠穩定、無二次汙染等突出優點，在歐美國家已得到廣泛（fàn）推廣應用。在我國（guó），催化燃燒（shāo）法也（yě）是處理 VOCs 的主要手段，其應（yīng）用比例約為 55%。目前，催化（huà）燃燒法已經成為處理（lǐ） VOCs 的主流。
二、催化燃燒法的常見安全問題（tí）及防範措施
催化燃燒法處理 VOCs 的過程中， 存（cún）在（zài）如下幾種安全隱患：活（huó）性炭吸附—脫附—催化燃燒法（fǎ）中有活性碳起火的現象、催化（huà）氧化爐爆炸（zhà）問（wèn）題、整個催化燃燒治理裝置（zhì）起火爆炸問題。
1.活性碳起火現象及防範措施在（zài）前期的 VOCs 富集過程中， 由於活性炭著火點較低而脫附溫度過高，當對吸（xī）附飽和的活性炭進行脫（tuō）附處理時，會由（yóu）於脫附箱體內溫度過高導致活性炭著火。解（jiě）決該問題可以（yǐ）從兩個方麵著手：一是采用著火點高的（de）活性炭；二是嚴格控製脫（tuō）附溫（wēn）度，使其遠（yuǎn）低於活性炭著火點（diǎn）。因此可采取如下措施：嚴（yán）格控製脫附溫度，選擇質（zhì）量好的脫附溫度（dù）傳感器，盡（jìn）可能在活性炭吸（xī）附箱合適位置安裝（zhuāng）兩（liǎng）個溫度傳感器；在 PLC 編程中加（jiā）入脫附溫度超（chāo）溫時停（tíng）止脫附程（chéng）序；同時要防患於未然，在（zài）活性炭吸附箱（xiāng）上方（fāng）增加消防水管並連結煙氣報警及自（zì）動噴淋裝置，以防意外失火。
2.催化氧化爐爆炸問題及防範措施在處理高濃度 VOCs 時，由於爐（lú）內含有大量氧氣，當廢氣濃度（dù）達（dá）到廢氣組份中大部分有機廢氣的爆炸極限時，就會有爆炸的危險。 因此，要時刻監測爐內 VOCs濃度， 在進入催化（huà）氧化爐的廢氣管道上安裝濃度稀釋裝置，將高濃度廢氣稀釋到（dào）爆炸（zhà）極限下。 同時在催化氧化爐上（shàng）增加壓力（lì）排氣（qì）閥，在壓力過高時自動打開閥門進行減壓排氣，以防爐（lú）內溫度壓力過高引起爆炸（因（yīn）廢氣在熱氧化過程中（zhōng）迅速釋（shì）放（fàng）大量熱能導致爐內熱空氣壓力過大（dà））。
3.整個催化燃燒治（zhì）理裝置起（qǐ）火爆炸及防範措施整個催（cuī）化燃燒治理裝置起火爆炸多發生在隻有一（yī）套吸附裝置的（de）係統中，因管道（dào）壁及設備內聚集大量（liàng）高濃度有機廢氣顆粒物，管道風閥閉會間隙過大，在脫附催化燃燒過程中沒有（yǒu）停止生產， 車間進氣閥不能關閉，整個管路是全通的，此時脫（tuō）附催（cuī）化燃燒極可能在高溫作用下引起整個係統起火爆炸。 針對（duì）上述情況應該采取如下措施（shī）：安裝（zhuāng）高質量（liàng）風閥，經常檢查（chá）漏氣（qì）情況，單套吸附（fù）的裝置係統中在脫附催化燃燒（shāo）過程中應停產處理等。
三、催化燃燒法的整體安全措施
使用催化燃燒法應嚴（yán）格按工程技術規（guī）範進行消防措（cuò）施處理（lǐ），工程裝置應盡可能地放置在室外，並且按安全生產規範要求留足安全距離及設（shè）置安全防護欄和相關顏色，氣流走向，閥門開關方向，電源標識，操作規範等安全警示措施。
四、結論
隨著工業化與現代化的持續（xù）發展和不斷提升，VOCs引起的健康與環境問題（tí）將（jiāng）引起越來越多的關（guān）注，VOCs的處理也已迫在眉睫。 催化燃燒（shāo）因其催化效率高、能耗低等優點具有（yǒu）更加廣闊的運用前景，並將逐漸成為（wéi）主要的處（chù）理 VOCs 的方法（fǎ）之一。 但我們在使用催化燃燒法處理 VOCs 時，仍要（yào）時刻注（zhù）意（yì）可能引發的安（ān）全問（wèn）題（tí），防微杜漸（jiàn），從源頭上（shàng）把危險解決掉。
VOCs（揮（huī）發性有機化合物） 是指在常壓下（xià）沸點在50~260 ℃、常溫下飽和蒸（zhēng）汽壓（yā）大於 133.32 Pa的有（yǒu）機化合物， 或者在常溫（wēn）常壓下任何能揮發的有機液體和固體[1]。VOCs 類目複雜（zá），主要包含烯烴、烷烴、醇類、芳香烴、芳烴類、醛類、鹵代烴等，主要產生於製藥、製鞋、石油煉化和噴漆等行業[2]。某些VOCs對臭氧層有破壞作用，如（rú）含氫氯氟（fú）烴 (HCFCls)和氯氟烴 (CFCs)；VOCs 也是形成霧霾的重要前物，是（shì）有毒有害（hài）氣（qì）體的重要來源，環保部已將其列為細顆粒物之外大的空氣汙染元（yuán）凶[3]。隨著工業化進程的加快，VOCs 引起的健（jiàn）康與環（huán）境問題引來越來越多（duō）的關注，VOCs的處（chù）理也已迫（pò）在眉睫。
一、 催化燃燒法在VOCs治理中（zhōng）的重要地位
VOCs 治理有較多措施， 其治理方法包括源頭減（jiǎn）量、中（zhōng）間（jiān）控製和末端處理等[4]。目前，我國以末端治理為主。末（mò）端治理技術一般（bān）分為破（pò）壞（huài）性處理和回收性處理。破（pò）壞（huài）性處理主要（yào）包括催化燃燒法和焚燒處理法。回收性處理包括（kuò）吸收法、冷凝法、吸附（fù）法和膜分離法等（děng）[5]。回收性處理因其技術手段還不成（chéng）熟，成本較高，目前沒有大（dà）規模應（yīng）用。焚燒法（fǎ）是直接將 VOCs 通入焚燒爐中（zhōng），在爐內充分燃燒，產生（shēng）二（èr）氧化碳和（hé）水[6]。該方法成本較低（dī），運用（yòng）範圍較廣，技術（shù）線路也比較成熟。
催（cuī）化燃燒法是在廢氣燃燒的（de）時候加入某種催化劑，降低 VOCs 的燃點, 使 VOCs 能夠充分燃（rán）燒, 終生成二（èr）氧化碳（tàn）和水，實（shí）現直排。當前常用催化劑（jì）種類有 Cu、Fe、Ti 等（děng）非貴金屬與 Pd、Au、Pt等（děng）貴金屬兩大類。焚燒處（chù）理法和催化燃燒法在 VOCs 治理中占據核（hé）心地（dì）位，因其（qí）分解氧化徹底、治理效率高而得到廣泛應用，其中催化燃燒法因無明火、節能、氧化溫度低而得到廣泛（fàn）應用。
催化燃燒是一種涉及氣—固兩相的化學反應，其本質機理為在有活性氧參（cān）與的條件（jiàn）下發生的深度氧化反應[7]。在反應（yīng）過程中，加（jiā）入催化劑（jì）可以（yǐ）顯著降低反應所需的活化能，VOCs 富集在催化劑表麵，在（zài）較低燃燒溫度下發生無焰燃燒，終分解為二氧化碳和水，同時釋（shì）放（fàng）出大量的熱。其化學反應方程式如下：
CnHm+ (n+m/4) O2→ n CO2+m/2 H2O + 能量
在催化劑的作用（yòng）下，VOCs 可以在較低溫度下充分燃燒，生成二氧化（huà）碳和水，去（qù）除率高達 90%。催化燃燒法具有能耗低、運行可靠穩定、無二次汙染等突出優點，在歐美國家已得到廣泛（fàn）推廣應用。在我國（guó），催化燃燒（shāo）法也（yě）是處理 VOCs 的主要手段，其應（yīng）用比例約為 55%。目前，催化（huà）燃燒法已經成為處理（lǐ） VOCs 的主流。
二、催化燃燒法的常見安全問題（tí）及防範措施
催化燃燒法處理 VOCs 的過程中， 存（cún）在（zài）如下幾種安全隱患：活（huó）性炭吸附—脫附—催化燃燒法（fǎ）中有活性碳起火的現象、催化（huà）氧化爐爆炸（zhà）問（wèn）題、整個催化燃燒治理裝置（zhì）起火爆炸問題。
1.活性碳起火現象及防範措施在（zài）前期的 VOCs 富集過程中， 由於活性炭著火點較低而脫附溫度過高，當對吸（xī）附飽和的活性炭進行脫（tuō）附處理時，會由（yóu）於脫附箱體內溫度過高導致活性炭著火。解（jiě）決該問題可以（yǐ）從兩個方麵著手：一是采用著火點高的（de）活性炭；二是嚴格控製脫（tuō）附溫（wēn）度，使其遠（yuǎn）低於活性炭著火點（diǎn）。因此可采取如下措施：嚴（yán）格控製脫附溫度，選擇質（zhì）量好的脫附溫度（dù）傳感器，盡（jìn）可能在活性炭吸（xī）附箱合適位置安裝（zhuāng）兩（liǎng）個溫度傳感器；在 PLC 編程中加（jiā）入脫附溫度超（chāo）溫時停（tíng）止脫附程（chéng）序；同時要防患於未然，在（zài）活性炭吸附箱（xiāng）上方（fāng）增加消防水管並連結煙氣報警及自（zì）動噴淋裝置，以防意外失火。
2.催化氧化爐爆炸問題及防範措施在處理高濃度 VOCs 時，由於爐（lú）內含有大量氧氣，當廢氣濃度（dù）達（dá）到廢氣組份中大部分有機廢氣的爆炸極限時，就會有爆炸的危險。 因此，要時刻監測爐內 VOCs濃度， 在進入催化（huà）氧化爐的廢氣管道上安裝濃度稀釋裝置，將高濃度廢氣稀釋到（dào）爆炸（zhà）極限下。 同時在催化氧化爐上（shàng）增加壓力（lì）排氣（qì）閥，在壓力過高時自動打開閥門進行減壓排氣，以防爐（lú）內溫度壓力過高引起爆炸（因（yīn）廢氣在熱氧化過程中（zhōng）迅速釋（shì）放（fàng）大量熱能導致爐內熱空氣壓力過大（dà））。
3.整個催化燃燒治（zhì）理裝置起（qǐ）火爆炸及防範措施整個催（cuī）化燃燒治理裝置起火爆炸多發生在隻有一（yī）套吸附裝置的（de）係統中，因管道（dào）壁及設備內聚集大量（liàng）高濃度有機廢氣顆粒物，管道風閥閉會間隙過大，在脫附催化燃燒過程中沒有（yǒu）停止生產， 車間進氣閥不能關閉，整個管路是全通的，此時脫（tuō）附催（cuī）化燃燒極可能在高溫作用下引起整個係統起火爆炸。 針對（duì）上述情況應該采取如下措施（shī）：安裝（zhuāng）高質量（liàng）風閥，經常檢查（chá）漏氣（qì）情況，單套吸附（fù）的裝置係統中在脫附催化燃燒（shāo）過程中應停產處理等。
三、催化燃燒法的整體安全措施
使用催化燃燒法應嚴（yán）格按工程技術規（guī）範進行消防措（cuò）施處理（lǐ），工程裝置應盡可能地放置在室外，並且按安全生產規範要求留足安全距離及設（shè）置安全防護欄和相關顏色，氣流走向，閥門開關方向，電源標識，操作規範等安全警示措施。
四、結論
隨著工業化與現代化的持續（xù）發展和不斷提升，VOCs引起的健康與環境問題（tí）將（jiāng）引起越來越多的關（guān）注，VOCs的處理也已迫在眉睫。 催化燃燒（shāo）因其催化效率高、能耗低等優點具有（yǒu）更加廣闊的運用前景，並將逐漸成為（wéi）主要的處（chù）理 VOCs 的方法（fǎ）之一。 但我們在使用催化燃燒法處理 VOCs 時，仍要（yào）時刻注（zhù）意（yì）可能引發的安（ān）全問（wèn）題（tí），防微杜漸（jiàn），從源頭上（shàng）把危險解決掉。
