催化单元在漆包线生产中净化废气的应用

曾晓丹

[科学城（广州）环保产业投资集团有限公司，广东 广州 510530]

漆包线是制造电子器件的主要原料，尤其在现代社会，在各类家电中得到了越来越多的使用，这对漆包线的发展起到了很大的推动作用。近年来，我国的漆包线工业发展迅速，产品数量约占全球总产量的1/2。然而，在漆包线的生产过程中，因为涂料的挥发性等原因，会产生很多危害大自然和人类健康的气体，因此，为了达到环保的要求，必须采用科学、高效的工艺来治理这些气体。漆包线废气常用的处理方法有催化燃烧（催化氧化）、喷淋吸收、活性炭吸附、湿式静电工艺等，目前较成熟稳定的工艺为催化燃烧工艺。本文结合对广州某铜业公司的生产原辅料组分和漆包机台排放的废气组分分析，以及对机台排放废气进行催化燃烧试验效果的研究情况，简要论述催化单元在漆包线生产中净化废气的应用。

1 漆包线行业废气排放存在的问题

随着经济的快速发展，人们越来越关注环保问题。漆包线制造的节能、环保更好地体现了它的经济价值和社会责任，在制造漆包线的工艺中，使用的漆包涂料中包含了许多稀释剂和有机溶剂。漆包线企业所使用的原辅材料以油性涂料为主，对广州某铜业公司的原辅料进行组分分析得知，主要挥发性有机物（VOCs）、苯系物和含氮（N）有机物等，大部分成分为苯系物、酚类、醇类、酮类、烷烃类等VOCs，其中苯系物主要以二甲苯、三甲苯为主，酚类主要以甲酚、苯酚为主。当涂料被高温凝固过程中，部分VOCs 就会挥发出来。若该类废气不加以收集处理，直接释放入空气，则会引起以下问题：释放到生产车间中，对工作人员的身体和精神都产生较大危害；若未处理或处理效果不达标，释放到周边环境中，则会严重污染周边环境及周边居民的身心健康。

根据DB 44/816—2010《表面涂装（汽车制造业）挥发性有机化合物排放标准》、GB 14554—1993《恶臭污染物排放标准》等相关标准中对气体排放限值的要求。未进行任何治理或采用低效治理工艺的漆包线废气，其排放必然不能满足标准限值要求，因此，对漆包线生产排放的VOCs 废气进行治理十分必要，应通过一些方法来减少生产中所产生的有毒有害气体，使其符合排放要求[1]。

2 催化燃烧技术综述

催化燃烧技术的基本原理是在废气处理装置中引入催化剂，在适宜的温度和压力条件下，将有机有害物质催化燃烧为无害物质，如水和二氧化碳，以实现废气净化的目标。催化燃烧常用的催化剂包括金属氧化物、过渡金属及贵金属，其选择依据废气组成和处理要求而定。

2.1 催化燃烧技术的优点

（1）它能高效净化废气，将有害物质转化为无害物质，有效降低环境污染。

（2）通过催化剂的利用，可以回收废气中的热能，从而节约能源消耗。

（3）催化燃烧技术也具有处理效果稳定且无二次污染的特点。

2.2 催化燃烧技术临着的挑战

（1）催化剂的选择和更新是一个重要考虑因素，需要根据废气成分和处理要求来选择催化剂类型和性能。

（2）气流分布、温度和压力的控制也是催化燃烧技术中需要解决的问题，以确保催化反应在最佳工作条件下进行[2]。

总而言之，催化燃烧技术通过催化剂的应用，能够高效净化废气并回收能源，具有广泛的应用前景。然而，在实际应用中，需要综合考虑催化剂选择、废气成分变化，以及温度压力控制等因素，并不断完善技术，以提高催化燃烧技术的效果和经济性。

3 催化单元的工作原理和适用性

3.1 催化反应基本原理

有机废气的催化氧化，是消除排放废气中有害物质的一种有效方法。采用催化剂可以降低氧化反应所需的活化能，提高反应速率。催化剂能够提供新的反应路径，使反应更容易发生，但本身在反应结束时并不消耗。催化反应可以加速反应速率，提高反应选择性，并在更温和的条件下进行。

3.2 影响催化剂选择的因素

催化剂应具有较高的活性、选择性和稳定性。催化剂选择应根据废气中的成分和浓度，选择能够有效催化转化目标物质的催化剂，应考虑反应温度和压力范围，确保催化剂在反应条件下具有较高的活性和稳定性，根据反应的速率要求和催化剂寿命要求，选择具有适当活性和较好稳定性的催化剂。

4 催化单元在漆包线净化废气中的应用分析

4.1 催化燃烧技术处理漆包线行业废气概述

催化燃烧技术是一种无火焰燃烧氧化技术，也是一种常见的催化单元应用于漆包线废气净化的工艺技术。在漆包线生产过程中，清洗、退火、冷却、上漆、检验等工艺会产生大量的有害废气，特别是在上漆和烘干环节会释放出大量的VOCs，须通过合理的废气治理，降低这些有害废气对空气的污染和人体的危害。催化燃烧技术可以有效处理废气中的VOCs 等有害物质。废气经过催化剂床层时，借助催化剂降低燃烧（氧化）反应活化能，将有机废气中的VOCs 和其他有害物质在较低温度下氧化转化成无污染的水和二氧化碳，从而实现废气净化的目的，减少对环境的污染。在催化燃烧过程中，采用特殊的催化剂，如铂族金属，铂族金属催化剂具有良好的催化性能和化学稳定性，能促进氧化反应高效进行。

催化燃烧技术处理漆包线废气时，最适合的催化温度为350～550℃，空速为5 000～15 000 h-1，不同的催化材料，适用不同的催化温度、空速，催化效率也不一样。

4.2 废气处理效率评估方法

在催化单元用于漆包线生产中的废气净化过程中，可以采用以下方法评估废气处理效率：使用气体分析仪器，对催化单元前后的废气进行采样并分析废气中各种污染物的浓度变化，如VOCs、氮氧化物（NOx）、颗粒物等，在废气状态、流量不变的情况下，根据催化单元前后废气中污染物的浓度差异，计算废气去除效率。去除效率可以通过以下公式计算：废气去除效率=（C0-C1）/C0× 100%。其中，C0为处理前污染物浓度，C1为处理后污染物浓度。

4.3 实际应用案例和结果分析

根据行业发展情况，较新型的漆包线机台大多已配置了二级催化系统。通过对广州某铜业公司的漆包线机台二级催化系统后端的废气中VOCs 进行监测分析研究得知，其VOCs 浓度为220～280 mg/m³，不同机型排放浓度有所差异，排放的VOCs 以溶剂类为主，主要有酚类及苯系物，其中酚类化合物的浓度为70～140 mg/m³，由此可知，设备自配的二级催化系统效果未能达到相关排放标准限值要求。通过对广州某铜业公司的漆包线机台废气设置三级催化系统，并对不同温度下的催化性能进行评估，经过系统长时间的运行和监测，得出以下结果：采用某高校新研发的催化材料在460℃下能保持≥80%的处理效率，且受温度影响小，效率稳定性高，空速约为10 000 h-1。经催化燃烧净化处理的尾气中酚类物质浓度可维持在＜10 mg/m³，总VOCs 浓度可维持在＜45 mg/m³，且受进口浓度波动的影响较小。三级催化单元的使用使得有机溶剂和VOCs 的排放浓度明显下降，废气处理效果良好，经过三级催化单元处理后的废气排放符合相关的排放标准和法规要求。催化单元的引入虽然增加了初期的投资和运行成本，但由于废气处理效果良好，降低了废气排放的污染风险，减少了环境污染所带来的潜在经济损失。同时，符合相关的环保要求，提升了企业的形象和竞争力。

总的来说，催化燃烧技术可以有效净化漆包线废气，降低环境污染，实现环保要求。然而，催化燃烧技术也面临一些挑战。例如，需要考虑催化剂的寿命和抗毒特性，同时也需要综合考虑催化剂的选择和催化剂床层的设计等因素。

5 持续改进和优化措施

5.1 催化剂的更新和再生

5.1.1 催化剂的更新

定期更新催化剂是确保催化单元持续高效运行的重要步骤。更新催化剂可以提高废气净化效率和稳定性，确保催化单元能够持续有效地降低废气中污染物的浓度。催化剂的更新通常涉及将旧的催化剂取出，并用新的催化剂进行置换。

5.1.2 催化剂的再生

针对部分失效而不完全失效的催化剂，可以采用再生技术来延长其使用寿命。催化剂的再生旨在恢复其活性位点，去除堵塞物和污染物。通过再生过程，催化剂可以重新获得一定的活性，以继续发挥净化废气的作用。催化剂的再生可以减少成本，并延长催化剂的使用寿命。

5.2 工艺参数的优化调整

5.2.1 温度调整

催化反应通常在一定的温度范围内才能有效进行。通过调整催化单元的温度，可以提高反应速率和废气净化效率。较高的温度可能会增加催化剂活性，但过高的温度可能导致催化剂寿命缩短或产生其他副反应。同时，过高的温度，也会导致能耗增高。

5.2.2 空速调整

空速即催化剂的工作负荷，是指规定的条件下，单位时间单位体积催化剂处理的气体量，单位为h-1，反映的是废气在催化剂床层的停留时间，也反映了系统的处理能力。通过调整空速，可以优化废气处理效果和经济性。空速越大，废气经过催化单元的停留时间越短，可能会提高单位时间内的废气处理量，可以降低投资成本，但可能会降低废气处理效果。相反，空速越小，停留时间越长，可能会提高废气净化效率，但会增加催化剂用量，也会增加成本。

5.2.3 空气配比调整

空气配比是指进入催化单元的废气和氧气之间的比例关系。通过调整空气配比，可以控制氧气浓度以实现最佳的催化反应条件，提高燃烧效率，减少二氧化碳和氮氧化物的产生。较高的空气配比可能会增加氧气供应，提高废气净化效率，但也可能增加能耗。较低的空气配比可以减少能耗，但可能导致反应不充分，废气处理效果不理想。

5.3 智能监测和控制系统的应用

“十三五”期间，漆包线生产及检测设备实现了自动化升级。智能监测和控制系统在催化单元运行中起到关键作用。智能监测和控制系统基于先进的传感器技术和数据分析算法，可以实时监测催化单元的关键参数，如温度、压力、气体浓度等。通过实时采集和分析这些数据，智能系统可以判断催化单元的运行状态是否正常，并进行自动调整以优化处理效果。智能系统还可以按照设定的指标和要求对催化单元进行性能评估，如处理效率、能耗等。基于评估结果，系统可以自动调整操作参数，如气体流量、催化剂投加量等，以实现最优化的运行。另外，智能系统还可以通过建立模型和算法来预测催化单元的寿命和性能退化趋势，提前进行维护和更换催化剂，从而避免意外停机和性能下降。总之，智能监测和控制系统可以提高催化单元的效率和稳定性，降低运营成本，并为持续改进和优化提供决策支持。通过实时监测和智能调控，催化单元可以实现更高效、可持续的废气处理。

6 催化单元的经济性评价

6.1 投资成本估算

在催化单元的经济性评估中，投资成本的估算是其中一个重要的步骤。

（1）催化单元设备的购买或制作费用，取决于设备类型、材质、规模、性能等因素。可通过向设备或材料供应商询价，获取设备采购成本或核算设备加工制作成本。

（2）安装和调试催化单元设备需要一定的人力、时间和资源投入，包括安装费用、调试费用、现场工程管理费用等，需要根据具体项目情况进行估算。

（3）催化单元需要进行工程设计，包括工艺参数设计、设备结构设计、管道配管等。

（4）废气净化系统的运营和维护需要一定的费用支出，包括设备维护、耗材购置、能耗消耗等。

6.2 社会效益评估

除了投资成本，催化单元（废气净化系统）的经济性评价中还需要考虑社会效益因素。社会效益是指废气净化系统对环境、人类健康和可持续发展等方面的积极影响。废气净化系统能够减少有害气体和颗粒物的排放，改善空气质量，保护生态环境。这有助于减少环境污染和生态破坏的风险，促进生态平衡和可持续发展。降低空气中有害物质的浓度，从而减少人们暴露于污染物的风险。这对改善人类健康状况具有重要意义，能减少与废气污染相关的疾病和健康损害。可以帮助企业符合环境相关法规和标准，避免环境风险和法律责任。这对企业的可持续发展和经营稳定性具有重要影响。采用废气净化系统展示了企业的环保意识和责任，在公众和利益相关者中产生积极的影响。这有助于提升企业形象，增强企业与利益相关者的信任和合作。

7 结束语

将催化单元应用于漆包线生产中的废气净化研究对环境保护和生产优化至关重要。废气中常含有VOCs 等有害物质，对环境和人体健康带来潜在风险。催化单元通过催化氧化等方式，将有害物质转化为无害物质，减少对环境的污染和人体健康的影响。催化单元为漆包线生产提供了一种可靠的废气治理技术。持续的改进和优化措施，如催化剂的更新和再生、工艺参数的优化调整，以及智能监测和控制系统的应用，能够不断提升催化单元的废气处理效率和经济性，实现可持续发展和环境保护的目标。在实际应用中，需要结合具体的工艺和废气特性，选择适合的措施，并定期进行改进和调整。