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發布時間：2020-11-01 11:39
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催化燃燒技術作為VOCs處理主要工藝之一，由于其投資成本相對較低
不生成NOx二次污染、無火焰燃燒，安全性好、反應溫度低，輔組能耗少等優點，近年來得到廣泛的應用，尤其是在噴涂，包裝印刷、絕緣材料等行業。下面就催化劑燃燒技術的原理、催化劑、工藝流程及主要優缺點做簡單介紹：
催化燃燒原理
催化燃燒，又叫催化氧化（Catalytic Oxidizer），通過使用催化劑降低反應活化能，使VOCs在較低的溫度下（250~400℃）在催化劑表面進行無焰燃燒，廢氣中的VOCs氧化分解為O2和H2O，并放出大量的熱量。由于氧化反應溫度低，所以極大地抑制了空氣中的N2氧化生成NOx。
不同種類的VOCs的轉化率取決于催化劑的種類，空速（停留時間）以及催化燃燒的溫度。因此應用時候需要根據實際的VOCs種類和濃度進行詳細設計，一般情況下催化劑溫度都要略高于實驗溫度，以確保VOCs去除率。
催化燃燒工藝流程
根據廢氣燃燒的熱量平衡，催化燃燒工藝流程可分為3種。(1)預熱式。有機廢氣溫度和濃度都較低，熱量不能自給，因此在進入反應器前需要在預熱室加熱升溫。燃燒凈化后氣體在熱交換器內與未處理廢氣進行熱交換，以回收部分熱量。該工藝通常采用或電加熱升溫至催化反應所需的起燃溫度。(2)自身熱平衡式。當有機廢氣排出時溫度高于起燃溫度(350℃左右)且有機物含量較高時，熱交換器回收部分凈化氣體所產生的熱量，在正常操作下能夠維持熱平衡，無需補充熱量，通常只需要在催化燃燒反應器中設置電加熱器供起燃時使用。(3)吸附濃縮 催化燃燒。當有機廢氣的流量大、濃度低、溫度低，采用催化燃燒需耗大量燃料時，可先采用吸附手段將有機廢氣吸附于吸附劑上進行濃縮，然后通過熱空氣吹掃，使有機廢氣脫附濃縮成為高濃度有機廢氣(可濃縮10倍以上)，再進行催化燃燒。此時，不需要補充熱源，就可維持正常運行。
VOCs 治理有較多措施， 其治理方法包括源頭減量、中間控制和末端處理等。目前，我國以末端治理為主。
末端治理技術一般分為破壞性處理和回收性處理，破壞性處理主要包括催化燃燒法和焚燒處理法，回收性處理包括吸收法、冷凝法、吸附法和膜分離法等。回收性處理因其技術手段還不成熟，成本較高，目前沒有大規模應用。焚燒法是直接將 VOCs 通入焚燒爐中，在爐內充分燃燒，產生二氧化碳和水。該方法成本較低，運用范圍較廣，技術線路也比較成熟。催化燃燒法是在廢氣燃燒的時候加入某種催化劑，降低 VOCs 的燃點, 使 VOCs 能夠充分燃燒，最終生成二氧化碳和水，實現直排。當前常用催化劑種類有 Cu、Fe、Ti 等非與 Pd、Au、Pt等兩大類。焚燒處理法和催化燃燒法在 VOCs 治理中占據核心地位，因其分解氧化徹底、治理效率高而得到廣泛應用，其中催化燃燒法因無明火、節能、氧化溫度低而得到廣泛應用。催化燃燒是一種涉及氣—固兩相的化學反應，其本質機理為在有活性氧參與的條件下發生的深度氧化反應。在反應過程中，加入催化劑可以顯著降低反應所需的活化能，VOCs 富集在催化劑表面，在較低燃燒溫度下發生無焰燃燒，最終分解為二氧化碳和水，同時釋放出大量的熱。其化學反應方程式如下：CnHm (n m/4) O2→ n CO2 m/2 H2O 能量在催化劑的作用下，VOCs 可以在較低溫度下充分燃燒，生成二氧化碳和水，去除率高達 90%。催化燃燒法具有能耗低、運行可靠穩定、無二次污染等突出優點，在歐美國家已得到廣泛推廣應用。在我國，催化燃燒法也是處理 VOCs 的主要手段，其應用比例約為 55%。目前，催化燃燒法已經成為處理 VOCs 的主流。
吸附-催化燃燒法原理
吸附濃縮-催化燃燒法，該設備采用多氣路連續工作，設備多個吸附床可交替使用。含有機物的廢氣經風機的作用，經過活性炭吸附層，有機物質被活性炭特有的作用力截留在其內部，吸附去處效率達80%，吸附后的潔凈氣體排出；經過一段時間后，活性炭達到飽和狀態時，停止吸附，此時有機物已被濃縮在活性炭內，之后按照PLC自動控制程序將飽和的活性炭床與脫附后待用的活性炭床進行交替切換。CO（催化氧化設備）自動升溫將熱空氣通過風機送入活性炭床使碳層升溫將有機物從活性炭中“蒸”出，脫附出來的廢氣屬于高濃度、小風量、高溫度的有機廢氣。
催化燃燒法：VOC-CH 型有機氣體催化凈化裝置，是利用催化劑使有害氣體中的可燃組分在較低的溫度下氧化分解的凈化方法。對于 CnHm 和蒸汽氧化分解生成CO2和H2O并釋放出大量熱量。
活性炭脫附出來的高濃度、小風量、高溫度的有機廢氣經阻火除塵器過濾后，進入的板式熱交換器，和催化反應后的高溫氣體進行能量間接交換，此時廢氣源的溫度得到次提升；具有一定溫度的氣體進入預熱器，進行第二次的溫度提升；之后進入級催化反應，此時有機廢氣在低溫下部份分解，并釋放出能量，對廢氣源進行直接加熱，將氣體溫度提高到催化反應的溫度；經溫度檢測系統檢測，溫度符合催化反應的溫度要求，進入催化燃燒室，有機氣體得到徹底分解，同時釋放出大量的熱量；凈化后的氣體通過熱交換器將熱能轉換給出冷氣流，降溫后氣體由引風機排空。
有機物利用自身氧化燃燒釋放出的熱量維持自燃，如果脫附廢氣濃度足夠高，CO正常使用需要很少的電功率甚至不需要電功率加熱，做到真正的節能、環保，同時，整套裝置安全、可靠、無任何二次污染
催化燃燒裝置的優缺點
催化燃燒廢氣處理技術是 20 世紀 40 年代末出現的。從 1949 年美國研制出世界上套催化燃燒裝置到現在，該技術已廣泛地應用于油漆、橡膠、塑料、樹脂、皮革、食品和鑄造等領域，也用于汽車尾氣凈化等方面。
中國在 1973 年開始將催化燃燒法用于治理漆包線烘干爐排出的有機廢氣，隨后又在絕緣材料、印刷工業等方面進行了研究，使催化燃燒法得到了廣泛的應用。
經過多年來的發展與改良，催化燃燒裝置具有其特有的優勢：
（1） 可處理絕大多數VOCs 廢氣；
（2）可將有機化合物氧化分解成無毒無害的 CO2 氣體與 H2O；
（3）分解效率高達 95%以上，無需作后續處理；
（4）可在低溫（200~400 ℃）下對 VOCs 進行分解，燃料消耗量低（節能）；
（5）催化劑使用壽命長，可根據入口氣體的風量與 VOCs含量推斷催化劑的使用時間，且催化劑可進行再生利用；
（6）設備內為負壓結構（風機設置在設備內部下游），可有效防止臭氣滲漏；
（7）具有高度安全性，能在低溫下進行反應，無粉塵的危險；
（8）處理效率在 99%以上（徹底除臭）。
催化燃燒裝置的缺點：
（1）對于較大風量且低VOCs 質量濃度廢氣而言，處理費用相對過高，可協同沸石滾輪濃縮設備進行廢氣濃縮后再作催化氧化處理；
（2）用于處理 VOCs 的氧化用催化劑當遇見硫、磷、硅等物質時會發生催化劑現象，因此需要設置預處理步驟。
