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村田首款用于废气处理的耐热活性陶瓷材料

时间:2024-06-12 阅读量:106

用于废气处理的耐热活性陶瓷材料

株式会社村田制作所应用陶瓷电容器的材料设计技术,开发出了村田首款用于废气处理的耐热活性陶瓷材料,并且通过此前的应用事例确认,在处理VOC(1)等废气时,使用由该材料制成的活性陶瓷可减少高达53.0%(2)的化石燃料消耗量。

该材料已经开始量产,使用该材料的废气处理用活性陶瓷已由中国催化剂制造商上海斐腾科技公司(Shanghai FT Technology Co., Ltd.)制造和销售。

 

近年来,制造业被要求采取强化措施来减少企业活动对自然环境造成的影响。其中之一便是对工厂生产活动中产生的废气进行处理。

设备示意图

 

工厂排放的甲苯、二甲苯、醋酸乙酯等废气如果排放到自然界中,则会对生物健康造成损害,也有可能对自然环境造成破坏。因此通常会使用蓄热燃烧式废气处理装置(RTO(3)),通过以天然气为燃料的燃烧器将其加热至数百℃进行分解处理。然而,这个过程伴随着能源消耗和CO2排放,会对气候变化等其他环境问题产生负面影响。

 

通常来说,作为减少废气处理过程中热能损失的方法,一般会采用含有钯和铂等贵金属的催化剂。这些贵金属能够产生促进分解废气的化学反应,因此用它们作为催化剂可以降低废气处理装置的设定温度。虽然目前已有此类贵金属催化剂的使用实例,但这些贵金属催化剂不可避免地会因在废气处理装置内加热而劣化

 

因此,村田开发了应用陶瓷电容器的材料设计技术的该材料。它在高耐热陶瓷结构中加入了促进VOC分解反应的活性元素,即使燃烧室的温度超过850℃也不会发生热劣化。因此,即使因浓度波动而导致温度上升,也可以安全、高效地使用。

 

该材料已经开始量产,中国的工业催化剂制造商F-Tech公司正在加工和销售用于废气处理装置的活性陶瓷(4)。这种废气处理用活性陶瓷已在村田的工厂(中国无锡2台、日本滋贺2台、日本岛根1台)和公司外部合作企业的工厂先行引入,已经确认其能将燃烧器在处理过程中消耗的天然气减少53.0%。基于这一结果,村田计划在集团下属的海内外据点全面推广用于废气处理的活性陶瓷,预计到2024年度末将总共有10台(包括已引入的5台)投入运行。

 

主要特点

1. 耐热性出色,可处理高浓度废气

在该材料的结构中填入了活性元素,因此即使在高温环境下也不会劣化。它可以承受高浓度废气燃烧时的高温。因此该材料可以用于无法使用传统催化剂的装置,进一步减少对环境的影响。

2. 减少化石燃料消耗量

通过使用涂有该材料的废气处理用活性陶瓷,可以降低废气处理装置的设定温度,提高热回收率和自燃率,从而减少燃烧器加热使用的燃料及燃料产生的CO2排放量。这将有助于减少一直难以减少的Scope1(5)温室效应气体(GHG(6))排放量。

 

主要规格

 

形状

蜂窝

尺寸

100×100×50tmm、150×150×50tmm

单元数量

100cpsi、200cpsi

工作温度范围

短时间(3个小时)~1,000℃;长期(3年)~850℃

产品寿命

3年,1年保质期(7)

劣化原因

硫磺、卤素、有机磷、有机硅等多种有毒成分

 

主要用途

 

 

汽车、摩托车、铁路、船舶、重型机械及各种元件制造等的涂装工序

 

印刷、电子元件、化学等的多品种制造工序

 

引入事例

商用车轮毂涂布涂料工序

 

引入企业1:河南博爱强力车轮制造有限公司(河南省)

 

适用工序:商用车轮毂涂布涂料工序

 

问题:废气的主要成分是乙酸乙酯。废气浓度较低,但波动较大,因此在进行处理时将燃烧室温度设定得较高(850℃),但燃料消耗量较大,每年的燃料费为50万元(LNG)。处理风量为38,000N㎥/h,出口废气浓度约为30mg/㎥以下。

 

解决方案:2021年2月,在RTO中投入了用于废气处理的活性陶瓷。在确认满足排放标准的同时,将燃烧室温度降低至700℃。

 

引入效果:实现了53.0%的燃料削减率。特别是在废气浓度高的高负荷运行时可以自燃,实现了很大的燃料减少率。引入后,连续使用了三年,一直在稳定运行。

电子元件的脱脂工序

 

引入企业1:无锡村田电子有限公司(江苏省无锡市新吴区)

 

适用工序:电子元件的脱脂工序

 

问题:废气浓度低、波动大。为了遵守规定,RTO的燃烧室温度被设定为高达870℃,以降低出口浓度,导致RTO燃料消耗量较大。年间燃料费用为165万元(LNG)。处理风量为44,000N㎥/h,出口废气浓度约为5-10mgC/㎥。

 

解决方案:2021年5月,将用于废气处理的活性陶瓷投入RTO。在确认满足排放标准的同时,将燃烧室温度降低至750℃。

 

引入效果:燃料削减率达到38.2%。引入后已连续使用2年零9个月,一直在稳定运行。

 

村田今后将继续在致力于开发支持自然环境保护的技术和商品,同时,在公司内部积极利用由此获得的成果,从而推进环境经营,为实现可持续发展社会做贡献。

 

注释:

  1. 挥发性有机化合物Volatile Organic Compound的缩写。释放到大气中后,会引起污染等,可能会导致健康问题和环境污染。

  2. 将一定期间内的平均燃料消耗量与村田的标准比较。

  3. Regenerative Thermal Oxidizer的缩写。

  4. 一种放入废气处理装置中的陶瓷材料,用于提高废气处理时的能源效率。

  5. 在业务活动产生的温室效应气体排放总量中,企业本身通过燃烧化石燃料等直接排放的温室效应气体。其他公司在生成供应的电力、热力、蒸汽等的过程中排放的温室效应气体称为Scope2,供应链上其他公司在零部件生产和物流等当中排放的温室效应气体称为Scope3。

  6. Greenhouse Gas 的缩写。

  7. 与传统催化剂相同,如果废气中有毒成分浓度较高,则不能使用该活性陶瓷,因为它会在短时间内劣化。


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