用于廢氣處理的耐熱活性陶瓷材料

株式會(huì)社村田制作所應(yīng)用陶瓷電容器的材料設(shè)計(jì)技術(shù)，開(kāi)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(guò)此前的應(yīng)用事例確認(rèn)，在處理VOC(1)等廢氣時(shí)，使用由該材料制成的活性陶瓷可減少高達(dá)53.0%(2)的化石燃料消耗量。

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

近年來(lái)，制造業(yè)被要求采取強(qiáng)化措施來(lái)減少企業(yè)活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境造成的影響。其中之一便是對(duì)工廠生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行處理。

設(shè)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(huì)對(duì)生物健康造成損害，也有可能對(duì)自然環(huán)境造成破壞。因此通常會(huì)使用蓄熱燃燒式廢氣處理裝置(RTO(3))，通過(guò)以天然氣為燃料的燃燒器將其加熱至數(shù)百℃進(jìn)行分解處理。然而，這個(gè)過(guò)程伴隨著能源消耗和CO2排放，會(huì)對(duì)氣候變化等其他環(huán)境問(wèn)題產(chǎn)生負(fù)面影響。

通常來(lái)說(shuō)，作為減少?gòu)U氣處理過(guò)程中熱能損失的方法，一般會(huì)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(jìn)分解廢氣的化學(xué)反應(yīng)，因此用它們作為催化劑可以降低廢氣處理裝置的設(shè)定溫度。雖然目前已有此類(lèi)貴金屬催化劑的使用實(shí)例，但這些貴金屬催化劑不可避免地會(huì)因在廢氣處理裝置內(nèi)加熱而劣化。

因此，村田開(kāi)發(fā)了應(yīng)用陶瓷電容器的材料設(shè)計(jì)技術(shù)的該材料。它在高耐熱陶瓷結(jié)構(gòu)中加入了促進(jìn)VOC分解反應(yīng)的活性元素，即使燃燒室的溫度超過(guò)850℃也不會(huì)發(fā)生熱劣化。因此，即使因濃度波動(dòng)而導(dǎo)致溫度上升，也可以安全、高效地使用。

該材料已經(jīng)開(kāi)始量產(chǎn)，中國(guó)的工業(yè)催化劑制造商F-Tech公司正在加工和銷(xiāo)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(guó)無(wú)錫2臺(tái)、日本滋賀2臺(tái)、日本島根1臺(tái))和公司外部合作企業(yè)的工廠先行引入，已經(jīng)確認(rèn)其能將燃燒器在處理過(guò)程中消耗的天然氣減少53.0%。基于這一結(jié)果，村田計(jì)劃在集團(tuán)下屬的海內(nèi)外據(jù)點(diǎn)全面推廣用于廢氣處理的活性陶瓷，預(yù)計(jì)到2024年度末將總共有10臺(tái)(包括已引入的5臺(tái))投入運(yùn)行。

主要特點(diǎn)

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(huì)劣化。它可以承受高濃度廢氣燃燒時(shí)的高溫。因此該材料可以用于無(wú)法使用傳統(tǒng)催化劑的裝置，進(jìn)一步減少對(duì)環(huán)境的影響。

2. 減少化石燃料消耗量

通過(guò)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(shè)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(yīng)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(shí)間(3個(gè)小時(shí))~1,000℃;長(zhǎng)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(jī)磷、有機(jī)硅等多種有毒成分

主要用途

汽車(chē)、摩托車(chē)、鐵路、船舶、重型機(jī)械及各種元件制造等的涂裝工序

印刷、電子元件、化學(xué)等的多品種制造工序

引入事例

商用車(chē)輪轂涂布涂料工序

引入企業(yè)1：河南博愛(ài)強(qiáng)力車(chē)輪制造有限公司(河南省)

適用工序：商用車(chē)輪轂涂布涂料工序

問(wèn)題：廢氣的主要成分是乙酸乙酯。廢氣濃度較低，但波動(dòng)較大，因此在進(jìn)行處理時(shí)將燃燒室溫度設(shè)定得較高(850℃)，但燃料消耗量較大，每年的燃料費(fèi)為50萬(wàn)元(LNG)。處理風(fēng)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(rèn)滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，將燃燒室溫度降低至700℃。

引入效果：實(shí)現(xiàn)了53.0%的燃料削減率。特別是在廢氣濃度高的高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)可以自燃，實(shí)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(yùn)行。

電子元件的脫脂工序

引入企業(yè)1：無(wú)錫村田電子有限公司(江蘇省無(wú)錫市新吳區(qū))

適用工序：電子元件的脫脂工序

問(wèn)題：廢氣濃度低、波動(dòng)大。為了遵守規(guī)定，RTO的燃燒室溫度被設(shè)定為高達(dá)870℃，以降低出口濃度，導(dǎo)致RTO燃料消耗量較大。年間燃料費(fèi)用為165萬(wàn)元(LNG)。處理風(fēng)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(rèn)滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，將燃燒室溫度降低至750℃。

引入效果：燃料削減率達(dá)到38.2%。引入后已連續(xù)使用2年零9個(gè)月，一直在穩(wěn)定運(yùn)行。

村田今后將繼續(xù)在致力于開(kāi)發(fā)支持自然環(huán)境保護(hù)的技術(shù)和商品，同時(shí)，在公司內(nèi)部積極利用由此獲得的成果，從而推進(jìn)環(huán)境經(jīng)營(yíng)，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展社會(huì)做貢獻(xiàn)。

注釋?zhuān)?/p>

揮發(fā)性有機(jī)化合物Volatile Organic Compound的縮寫(xiě)。釋放到大氣中后，會(huì)引起污染等，可能會(huì)導(dǎo)致健康問(wèn)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(biāo)準(zhǔn)比較。

Regenerative Thermal Oxidizer的縮寫(xiě)。

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(shí)的能源效率。

在業(yè)務(wù)活動(dòng)產(chǎn)生的溫室效應(yīng)氣體排放總量中，企業(yè)本身通過(guò)燃燒化石燃料等直接排放的溫室效應(yīng)氣體。其他公司在生成供應(yīng)的電力、熱力、蒸汽等的過(guò)程中排放的溫室效應(yīng)氣體稱(chēng)為Scope2，供應(yīng)鏈上其他公司在零部件生產(chǎn)和物流等當(dāng)中排放的溫室效應(yīng)氣體稱(chēng)為Scope3。

Greenhouse Gas 的縮寫(xiě)。

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?yàn)樗鼤?huì)在短時(shí)間內(nèi)劣化。

審核編輯 黃宇