用于廢氣處理的耐熱活性陶瓷材料

株式會社村田制作所應用陶瓷電容器的材料設計技術，開發(fā)出了村田首款用于廢氣處理的耐熱活性陶瓷材料，并且通過此前的應用事例確認，在處理VOC(1)等廢氣時，使用由該材料制成的活性陶瓷可減少高達53.0%(2)的化石燃料消耗量。

該材料已經(jīng)開始量產(chǎn)，使用該材料的廢氣處理用活性陶瓷已由中國催化劑制造商上海斐騰科技公司(Shanghai FT Technology Co., Ltd.)制造和銷售。

近年來，制造業(yè)被要求采取強化措施來減少企業(yè)活動對自然環(huán)境造成的影響。其中之一便是對工廠生產(chǎn)活動中產(chǎn)生的廢氣進行處理。

設備示意圖

工廠排放的甲苯、二甲苯、醋酸乙酯等廢氣如果排放到自然界中，則會對生物健康造成損害，也有可能對自然環(huán)境造成破壞。因此通常會使用蓄熱燃燒式廢氣處理裝置(RTO(3))，通過以天然氣為燃料的燃燒器將其加熱至數(shù)百℃進行分解處理。然而，這個過程伴隨著能源消耗和CO2排放，會對氣候變化等其他環(huán)境問題產(chǎn)生負面影響。

通常來說，作為減少廢氣處理過程中熱能損失的方法，一般會采用含有鈀和鉑等貴金屬的催化劑。這些貴金屬能夠產(chǎn)生促進分解廢氣的化學反應，因此用它們作為催化劑可以降低廢氣處理裝置的設定溫度。雖然目前已有此類貴金屬催化劑的使用實例，但這些貴金屬催化劑不可避免地會因在廢氣處理裝置內(nèi)加熱而劣化。

因此，村田開發(fā)了應用陶瓷電容器的材料設計技術的該材料。它在高耐熱陶瓷結(jié)構(gòu)中加入了促進VOC分解反應的活性元素，即使燃燒室的溫度超過850℃也不會發(fā)生熱劣化。因此，即使因濃度波動而導致溫度上升，也可以安全、高效地使用。

該材料已經(jīng)開始量產(chǎn)，中國的工業(yè)催化劑制造商F-Tech公司正在加工和銷售用于廢氣處理裝置的活性陶瓷(4)。這種廢氣處理用活性陶瓷已在村田的工廠(中國無錫2臺、日本滋賀2臺、日本島根1臺)和公司外部合作企業(yè)的工廠先行引入，已經(jīng)確認其能將燃燒器在處理過程中消耗的天然氣減少53.0%。基于這一結(jié)果，村田計劃在集團下屬的海內(nèi)外據(jù)點全面推廣用于廢氣處理的活性陶瓷，預計到2024年度末將總共有10臺(包括已引入的5臺)投入運行。

主要特點

1. 耐熱性出色，可處理高濃度廢氣

在該材料的結(jié)構(gòu)中填入了活性元素，因此即使在高溫環(huán)境下也不會劣化。它可以承受高濃度廢氣燃燒時的高溫。因此該材料可以用于無法使用傳統(tǒng)催化劑的裝置，進一步減少對環(huán)境的影響。

2. 減少化石燃料消耗量

通過使用涂有該材料的廢氣處理用活性陶瓷，可以降低廢氣處理裝置的設定溫度，提高熱回收率和自燃率，從而減少燃燒器加熱使用的燃料及燃料產(chǎn)生的CO2排放量。這將有助于減少一直難以減少的Scope1(5)溫室效應氣體(GHG(6))排放量。

主要規(guī)格

形狀蜂窩

尺寸100×100×50tmm、150×150×50tmm

單元數(shù)量100cpsi、200cpsi

工作溫度范圍短時間(3個小時)~1,000℃;長期(3年)~850℃

產(chǎn)品壽命3年，1年保質(zhì)期(7)

劣化原因硫磺、鹵素、有機磷、有機硅等多種有毒成分

主要用途

汽車、摩托車、鐵路、船舶、重型機械及各種元件制造等的涂裝工序

印刷、電子元件、化學等的多品種制造工序

引入事例

商用車輪轂涂布涂料工序

引入企業(yè)1：河南博愛強力車輪制造有限公司(河南省)

適用工序：商用車輪轂涂布涂料工序

問題：廢氣的主要成分是乙酸乙酯。廢氣濃度較低，但波動較大，因此在進行處理時將燃燒室溫度設定得較高(850℃)，但燃料消耗量較大，每年的燃料費為50萬元(LNG)。處理風量為38,000N?/h，出口廢氣濃度約為30mg/?以下。

解決方案：2021年2月，在RTO中投入了用于廢氣處理的活性陶瓷。在確認滿足排放標準的同時，將燃燒室溫度降低至700℃。

引入效果：實現(xiàn)了53.0%的燃料削減率。特別是在廢氣濃度高的高負荷運行時可以自燃，實現(xiàn)了很大的燃料減少率。引入后，連續(xù)使用了三年，一直在穩(wěn)定運行。

電子元件的脫脂工序

引入企業(yè)1：無錫村田電子有限公司(江蘇省無錫市新吳區(qū))

適用工序：電子元件的脫脂工序

問題：廢氣濃度低、波動大。為了遵守規(guī)定，RTO的燃燒室溫度被設定為高達870℃，以降低出口濃度，導致RTO燃料消耗量較大。年間燃料費用為165萬元(LNG)。處理風量為44,000N?/h，出口廢氣濃度約為5-10mgC/?。

解決方案：2021年5月，將用于廢氣處理的活性陶瓷投入RTO。在確認滿足排放標準的同時，將燃燒室溫度降低至750℃。

引入效果：燃料削減率達到38.2%。引入后已連續(xù)使用2年零9個月，一直在穩(wěn)定運行。

村田今后將繼續(xù)在致力于開發(fā)支持自然環(huán)境保護的技術和商品，同時，在公司內(nèi)部積極利用由此獲得的成果，從而推進環(huán)境經(jīng)營，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展社會做貢獻。

注釋：

揮發(fā)性有機化合物Volatile Organic Compound的縮寫。釋放到大氣中后，會引起污染等，可能會導致健康問題和環(huán)境污染。

將一定期間內(nèi)的平均燃料消耗量與村田的標準比較。

Regenerative Thermal Oxidizer的縮寫。

一種放入廢氣處理裝置中的陶瓷材料，用于提高廢氣處理時的能源效率。

在業(yè)務活動產(chǎn)生的溫室效應氣體排放總量中，企業(yè)本身通過燃燒化石燃料等直接排放的溫室效應氣體。其他公司在生成供應的電力、熱力、蒸汽等的過程中排放的溫室效應氣體稱為Scope2，供應鏈上其他公司在零部件生產(chǎn)和物流等當中排放的溫室效應氣體稱為Scope3。

Greenhouse Gas 的縮寫。

與傳統(tǒng)催化劑相同，如果廢氣中有毒成分濃度較高，則不能使用該活性陶瓷，因為它會在短時間內(nèi)劣化。

審核編輯 黃宇