蓄热催化燃烧RCO技术分析

RCO技术分析

1.技术简介

随着陶瓷蓄热技术的发展和应用，国外先进的涂装生产线和“有机废气”治理技术被同时引进国内，汽车涂装烘干废气的处理较多地采用了陶瓷蓄热式直接燃烧处理技术（RTO法）。该方法采用较为经济的液化气、天然气或者柴油等做为废气处理设备的辅助加热能源。处理温度能够稳定达到有机污染物分解氧化所要求的温度（800℃左右)。

近年来，陶瓷催化剂的研究在陶瓷蓄热技术基础上获得了发展。同时，随着汽车市场价格竞争的加剧。汽车涂装业对制造成本的关注度也日益提高。由于RTO开始工作前需预先被蓄热床加热到800℃，工作过程中要保持燃烧室温度在600-800℃，这不但使RTO设备外壳需要更厚的保温层。也需要更多的蓄热体，而且在工作中由于排气温度较高而需消耗更多的能源。由此，人们开始将催化氧化技术和蓄热技术结合起来，开发并应用了蓄热催化氧化（RCO)法，对有机物进行分解处理，即通过催化剂的作用，使废气处理温度降到300-500℃。这一成果在实际应用过程中取得了理想的效果。

汽车涂装烘干废气中的有害成分主要包括溶剂型油漆使用的有机溶剂、稀释剂和流平剂在油漆成膜过程中挥发出来的有机物(VOCs)。一般溶剂型涂料烘干室排出的废气温度在120-140℃之间，废气中有机污染物(主要是芳烃类、酯类和醇类等物质)的沸点集中在140-150℃之间，废气中不含易使催化剂失效的磷、砷、铅、锌等有毒物质，这为利用催化剂降低反应温度、减少能源消耗提供了有利条件。

在工业生产中，有机污染物的处理方法主要有吸收脱附(溶剂回收)法、蓄热式直接燃烧氧化法和蓄热式催化氧化法等。对于浓度较低的大风量有机废气，需要先进行浓缩处理，然后再利用上述3种方法中的1种对其进一步处理。表1列出了不同治理方法适用的废气流量和VOC含量的

范围。

表1 不同治理方法适用的废气流量和VOC含量的范围

RCO是在RTO基础上发展起来的处理有机污染物的技术，两者的比较见表2。

表2 RCO与RTO的比较

2.研究现状

周明艳等对RTO进行了研究，构建了一座小型的双床RTO装置，并用它对含甲苯废气进行了处理，她重点考察了蓄热床蓄热小球直径和床高与压降的关系，以及燃烧室温度与VOCs的破坏率之间的关系，开国内对RTO研究的先河，为研究RCO奠定了基础。

牛学坤构建了立升级催化剂装填量的RCO的实验装置，它由两段惰

性填充床和一段催化床组成，固定床中间没有空室。他考察了入口条件和操作条件变化对改装置的影响，实验结果发现，改实验装置有很强的自调节能力和抗外界干扰能力，能在人口条件剧烈变动的情况下保持稳定工作和对VOCs的较高破坏率。

国外催化燃烧技术的研制、生产和销售以Engelhard、BASF、GE等几家大公司为主，生产规模大，质量比较稳定。

近年来国内一些单位引进并已相继开发了蓄热式催化燃烧装置，目前正在大面积地推广使用。所使用的关键材料蓄热体的综合性能基本达到国外的水平，并有部分产品出口。最新发展的高温蓄热体是采用陶瓷、砾石或其他高密度惰性材料，热容量高，换热速度快。日本、美国等已经开发出蓄热面积达1200m2/m3的蜂窝陶瓷，并成功应用于蓄热式换热器中。

利用催化燃烧法进行工业有机废气的治理，目前在我国已经非常普遍。如北京创导奥福精细陶瓷有限公司蓄热式催化燃烧装置，二室净化效率大于95%，三室净化效率大于99%，主要应用于汽车喷涂、磁带制造和飞机零部件喷涂等。广东东莞泽龙漆包线公司治理工程，该公司采用催化燃烧技术将挥发出来的大量有机溶剂充分燃烧。催化剂采用多孔陶瓷载体催化剂，催化前的预热温度视漆的种类分别为：聚氨酯

380~480℃，聚酯亚胺480~580℃；有机物浓度约1600mg/m3，净化效率平均为99%。

北京绿创大气环保工程有限公司和福州嘉园环保股份有限公司采用吸附浓缩-催化燃烧技术治理低浓度的有机废气。以活性炭纤维作为吸附剂，福州嘉园环保股份有限公司使用蜂窝状活性炭作为吸附剂，并在解放军4309厂、大连船舶重工等成功实施，低浓度的废气经过吸附床浓缩以后最终进入催化反应器进行催化燃烧净化，催化燃烧器的净化效率设计在95%。

3.RCO催化氧化处理有机污染物的原理

催化氧化是典型的气-固相反应．其实质是活性氧参与的深度氧化

作用。在催化氧化过程中，催化剂表面的吸附作用使反应物分子富集于催化剂表面，催化剂降低活化能的作用加快了氧化反应的进行、提高了氧化反应的速率。在特定催化剂的作用下，有机废气中的有机污染物在较低的起燃温度下发生无焰氧化燃烧．氧化分解为CO2和H2O，并放出大量热能。其反应原理如下。

250-350℃氧化态催化剂

O2+还原态催化剂

C n H m+氧化态催化剂250-350℃还原态催化剂+C02+H20+热量

C n H m+{n+1/4m}O2催化剂 n CO2 +H2O +热量

研究表明，对碳氢化合物的氧化反应具有催化作用的多数是过镀元素及其氧化物，催化活性由大到小的顺序为：

Pd>Pt>Co3O4>PdO>Cr2O3>Mn2O3>CuO>CeO2>Fe2O3>V205>NiO>Mo2O3>TiO2不论是RCO设备还是RTO设备，排放出口的气体温度总比进口的温度高。另外，气体排放带走一部分热量，设备外表散热也要损耗一部分热量。因此，要维持设备所需的有机物氧化反应温度，必须补充热量使系统热量平衡。为系统提供热量的是废气中有机物氧化释放的热量和燃料的助燃热量。

4.旋转翼型蓄热催化氧化系统

此装置的结构特点：

旋转翼型蓄热催化氧化系统(RCO）是一种新型去除挥发性有机物(VOCs)的设备，它使用旋转翼代替了传统RCO设备中众多的阀门和复杂的液压设备，独特的蓄热陶瓷热交换设计使设备体积和制造成本得到有效控制，热回收效率可选95％～97％，节省了大量燃料费用，降低了运行成本，可处理的VOCs浓度范围为100~10000mg/(N·m3)。所以大流量低浓度有机废气净化领域具有突出的优点。

旋转翼型RCO设备结构图：