本文針對催化燃燒法處理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(xiàn)象、催化氧化爐爆炸問題、整個催化燃燒治理裝置起火爆炸問題等安全隱患，提出相應(yīng)解決方案。
 
VOCs（揮發(fā)性有機(jī)化合物） 是指在常壓下沸點在50~260 ℃、常溫下飽和蒸汽壓大于 133.32 Pa的有機(jī)化合物， 或者在常溫常壓下任何能揮發(fā)的有機(jī)液體和固體[1]。VOCs 類目復(fù)雜，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(chǎn)生于制藥、制鞋、石油煉化和噴漆等行業(yè)[2]。某些VOCs對臭氧層有破壞作用，如含氫氯氟烴 (HCFCls)和氯氟烴 (CFCs)；VOCs 也是形成霧霾的重要前物，是有毒有害氣體的重要來源，環(huán)保部已將其列為細(xì)顆粒物之外大的空氣污染元兇[3]。隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，VOCs 引起的健康與環(huán)境問題引來越來越多的關(guān)注，VOCs的處理也已迫在眉睫。
 
一、 催化燃燒法在VOCs治理中的重要地位
 
VOCs 治理有較多措施， 其治理方法包括源頭減量、中間控制和末端處理等[4]。目前，我國以末端治理為主。末端治理技術(shù)一般分為破壞性處理和回收性處理。破壞性處理主要包括催化燃燒法和焚燒處理法?；厥招蕴幚戆ㄎ辗?、冷凝法、吸附法和膜分離法等[5]?；厥招蕴幚硪蚱浼夹g(shù)手段還不成熟，成本較高，目前沒有大規(guī)模應(yīng)用。焚燒法是直接將 VOCs 通入焚燒爐中，在爐內(nèi)充分燃燒，產(chǎn)生二氧化碳和水[6]。該方法成本較低，運用范圍較廣，技術(shù)線路也比較成熟。 
 
催化燃燒法是在廢氣燃燒的時候加入某種催化劑，降低 VOCs 的燃點, 使 VOCs 能夠充分燃燒, 終生成二氧化碳和水，實現(xiàn)直排。當(dāng)前常用催化劑種類有 Cu、Fe、Ti 等非貴金屬與 Pd、Au、Pt等貴金屬兩大類。焚燒處理法和催化燃燒法在 VOCs 治理中占據(jù)核心地位，因其分解氧化徹底、治理效率高而得到廣泛應(yīng)用，其中催化燃燒法因無明火、節(jié)能、氧化溫度低而得到廣泛應(yīng)用。
 
催化燃燒是一種涉及氣—固兩相的化學(xué)反應(yīng)，其本質(zhì)機(jī)理為在有活性氧參與的條件下發(fā)生的深度氧化反應(yīng)[7]。在反應(yīng)過程中，加入催化劑可以顯著降低反應(yīng)所需的活化能，VOCs 富集在催化劑表面，在較低燃燒溫度下發(fā)生無焰燃燒，終分解為二氧化碳和水，同時釋放出大量的熱。其化學(xué)反應(yīng)方程式如下：
 
CnHm+ (n+m/4) O2→ n CO2+m/2 H2O + 能量
 
在催化劑的作用下，VOCs 可以在較低溫度下充分燃燒，生成二氧化碳和水，去除率高達(dá) 90%。催化燃燒法具有能耗低、運行可靠穩(wěn)定、無二次污染等突出優(yōu)點，在歐美國家已得到廣泛推廣應(yīng)用。在我國，催化燃燒法也是處理 VOCs 的主要手段，其應(yīng)用比例約為 55%。目前，催化燃燒法已經(jīng)成為處理 VOCs 的主流。
 
二、催化燃燒法的常見安全問題及防范措施
 
催化燃燒法處理 VOCs 的過程中， 存在如下幾種安全隱患：活性炭吸附—脫附—催化燃燒法中有活性碳起火的現(xiàn)象、催化氧化爐爆炸問題、整個催化燃燒治理裝置起火爆炸問題。
 
1.活性碳起火現(xiàn)象及防范措施在前期的 VOCs 富集過程中， 由于活性炭著火點較低而脫附溫度過高，當(dāng)對吸附飽和的活性炭進(jìn)行脫附處理時，會由于脫附箱體內(nèi)溫度過高導(dǎo)致活性炭著火。解決該問題可以從兩個方面著手：一是采用著火點高的活性炭；二是嚴(yán)格控制脫附溫度，使其遠(yuǎn)低于活性炭著火點。因此可采取如下措施：嚴(yán)格控制脫附溫度，選擇質(zhì)量好的脫附溫度傳感器，盡可能在活性炭吸附箱合適位置安裝兩個溫度傳感器；在 PLC 編程中加入脫附溫度超溫時停止脫附程序；同時要防患于未然，在活性炭吸附箱上方增加消防水管并連結(jié)煙氣報警及自動噴淋裝置，以防意外失火。
 
2.催化氧化爐爆炸問題及防范措施在處理高濃度 VOCs 時，由于爐內(nèi)含有大量氧氣，當(dāng)廢氣濃度達(dá)到廢氣組份中大部分有機(jī)廢氣的爆炸極限時，就會有爆炸的危險。 因此，要時刻監(jiān)測爐內(nèi) VOCs濃度， 在進(jìn)入催化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爆炸極限下。 同時在催化氧化爐上增加壓力排氣閥，在壓力過高時自動打開閥門進(jìn)行減壓排氣，以防爐內(nèi)溫度壓力過高引起爆炸（因廢氣在熱氧化過程中迅速釋放大量熱能導(dǎo)致爐內(nèi)熱空氣壓力過大）。
 
3.整個催化燃燒治理裝置起火爆炸及防范措施整個催化燃燒治理裝置起火爆炸多發(fā)生在只有一套吸附裝置的系統(tǒng)中，因管道壁及設(shè)備內(nèi)聚集大量高濃度有機(jī)廢氣顆粒物，管道風(fēng)閥閉會間隙過大，在脫附催化燃燒過程中沒有停止生產(chǎn)， 車間進(jìn)氣閥不能關(guān)閉，整個管路是全通的，此時脫附催化燃燒極可能在高溫作用下引起整個系統(tǒng)起火爆炸。 針對上述情況應(yīng)該采取如下措施：安裝高質(zhì)量風(fēng)閥，經(jīng)常檢查漏氣情況，單套吸附的裝置系統(tǒng)中在脫附催化燃燒過程中應(yīng)停產(chǎn)處理等。
 
三、催化燃燒法的整體安全措施
 
使用催化燃燒法應(yīng)嚴(yán)格按工程技術(shù)規(guī)范進(jìn)行消防措施處理，工程裝置應(yīng)盡可能地放置在室外，并且按安全生產(chǎn)規(guī)范要求留足安全距離及設(shè)置安全防護(hù)欄和相關(guān)顏色，氣流走向，閥門開關(guān)方向，電源標(biāo)識，操作規(guī)范等安全警示措施。
 
四、結(jié)論
 
隨著工業(yè)化與現(xiàn)代化的持續(xù)發(fā)展和不斷提升，VOCs引起的健康與環(huán)境問題將引起越來越多的關(guān)注，VOCs的處理也已迫在眉睫。 催化燃燒因其催化效率高、能耗低等優(yōu)點具有更加廣闊的運用前景，并將逐漸成為主要的處理 VOCs 的方法之一。 但我們在使用催化燃燒法處理 VOCs 時，仍要時刻注意可能引發(fā)的安全問題，防微杜漸，從源頭上把危險解決掉。