簡介
揮發性有機物(VolatileOrganicCompounds,簡稱VOCs)是石油化工、製藥、印刷、噴漆、製鞋等行業排放廢氣中的主要污染物。該類有機物大多具有毒性並伴有惡臭,部分還可以致癌,且多數VOCs對臭氧層有破壞作用。傳統的有機廢氣淨化方法有吸附法、冷凝法和直接燃燒法等,但它們有易產生二次污染、能耗大、易受有機廢氣濃度和溫度限制的缺點。而新興的催化燃燒技術已由實驗階段走向工程實踐。
基本原理
催化燃燒是典型的氣-固相催化反應，其實質是活性氧參與深度氧化作用。在催化燃燒過程中，催化劑的作用是降低反應的活化能，同時使反應物分子富集於催化劑表面，以提高反應速率。藉助催化劑可使有機廢氣在較低的起燃溫度條件下發生無焰燃燒，並氧化分解為CO2和H2O，同時放出大量熱。
特點
2.1起燃溫度低，節省能源。
有機廢氣催化燃燒與直接燃燒相比，具有起燃溫度低、能耗低的顯著特點。在某些情況下，催化燃燒達到起燃溫度後便無需外界供熱。
2.2適用範圍廣
催化燃燒幾乎可以處理所有的烴類有機廢氣及惡臭氣體。對於有機化工、塗料、絕緣材料等行業排放的低濃度、多成分、無回收價值的廢氣，採用吸附-催化燃燒法的處理效果更好。
2.3處理效率高
用催化燃燒法處理有機廢氣的淨化率一般都在95%以上，最終產物為無害的CO2和H2O（雜原子有機化合物還有其他燃燒產物），且由於燃燒溫度低，能大量減少NOX的生成，因此不會造成二次污染。
催化劑及催化燃燒動力學
3.1催化劑種類
燃燒型催化劑的種類比較多，按活性成分大體可分為貴金屬催化劑、過渡金屬氧化物催化劑和復氧化物催化劑3大類。
3.1.1貴金屬催化劑
Pt、Pd、Ru等貴金屬對烴類及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性，且使用壽命長、適用範圍廣、易於回收，因而是最常用的廢氣燃燒催化劑。如我國最早採用的Pt2Al2O3催化劑就屬於此類催化劑。但由於其資源稀少、價格昂貴、耐中毒性差，因此，人們一直在努力尋找替代品，儘量減少其用量。
3.1.2過渡金屬氧化物催化劑
作為貴金屬催化劑的取代品，氧化性較強的過渡金屬氧化物對CH4等烴類和CO的氧化都具有較高的催化活性，同時成本較低，常見的有MnOx、CoOx和CuOx等催化劑。大連理工大學研製的含MnO2催化劑，在一定條件下能消CH3OH蒸汽，對C2H4O、C3H6O、C6H6蒸汽的清除也很有效果。
3.1.3復氧化物催化劑
一般認為，復氧化物之間由於存在結構或電子調變等相互作用，其催化活性比相應的單一氧化物要高。復氧化物催化劑主要有以下兩大類。
工藝流程
根據廢氣的預熱方式及富集方式，催化燃燒工藝流程可分為3種。
(1)預熱式。預熱式是催化燃燒的最基本流程形式。有機廢氣溫度在100℃以下、濃度也較低時，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。通常採用煤氣或電加熱將廢氣升溫至催化反應所需的起燃溫度；燃燒淨化後的氣體在熱交換器內與未處理的廢氣進行熱交換，以回收部分熱量。
(2)自身熱平衡式。有機廢氣溫度高且有機物含量較高，通常只需要在催化燃燒反應器中設定電加熱器供起燃時使用，通過熱交換器回收部分淨化氣體所產生的熱量，正常操作下能夠維持熱平衡，不需補充熱量。
(3)吸附-催化燃燒。當有機廢氣的流量大、濃度低、溫度低,採用催化燃燒需消耗大量燃料時，可先採用吸附手段將有機廢氣吸附於吸附劑上進行濃縮，然後通過熱空氣吹掃，使有機廢氣脫附成為高濃度有機廢氣（可濃縮10倍以上）後再進行催化燃燒。不需要補充熱源就可維持正常運行。
有機廢氣催化燃燒工藝的選擇主要取決於：
燃燒過程的放熱量,即廢氣中可燃物的種類和濃度；
起燃溫度,即有機組分的性質及催化劑活性；
熱回收率等。當回收熱量超過預熱所需熱量時，可實現自身熱平衡，無需外界補充熱源，這是最經濟的。
催化燃燒過程的熱平衡
催化燃燒是放熱反應，放熱量的大小取決於有機物的種類及其含量。如能依靠廢氣燃燒的反應熱維持催化燃燒過程持續進行是最經濟的操作方法。而能否以自熱維持體系的正常反應則取決於燃燒過程的放熱量、催化劑的起燃溫度、熱量回收率、廢氣的初始溫度等條件。
以含甲苯的廢氣淨化為例，設3種廢氣分別含甲苯8000mg/m3、4000mg/m、2000mg/m3,催化劑相應的起燃溫度分別為200℃、250℃、300℃,廢氣的初始溫度分別為30℃、150℃，熱交換器效率與需補充能量之間的關係。
套用
6.1溶劑類污染物的淨化處理
這類污染物量大面廣，主要是三苯（苯、甲苯和二甲苯）、酮類、醇類及其他一些含氧衍生物等。採用吸附-催化燃燒法治理彩印廠三苯廢氣，治理前廢氣濃度為1320mg/m3，治理後濃度小於50mg/m3，達到國家排放要求。
對主要含烴類污染物的石化污水處理場隔油池散發的廢氣進行處理，採用蜂窩狀Pt、Pd、Ce多組分TC79-2-2H催化劑對進口總烴體積分數為1000-6000μl/L的廢氣進行催化燃燒，淨化排氣總烴體積分數小於100μl/L，總烴去除率達到97%以上。
設備概述
CCO型有機氣體吸附催化一體化是我公司積累近二十年有機氣體治理的經驗研製成功的高效節能、無二次污染的新型環保產品，經眾多的用戶使用，該項處理技術已經達到國內同類產品的領先水平。
用途
本淨化裝置主要用作塗裝、噴漆、家電、製鞋、塑膠及各種化工車間裡揮發或滲漏出有害廢氣的淨化及臭味的消除，最宜適用於低濃度（≤200mg/m3）的不適宜採用直接燃燒或催化燃燒和回收處理的有機廢氣，尤其對大風量的處理場所，可獲得滿意的經濟效益和社會效益。
原理
本淨化裝置是根據吸附（效率高）和催化燃燒（節能）兩個基本原理設計的，即吸附濃縮－催化燃燒法。
含有機物的廢氣經風機的作用，經活性炭吸附層，有機物質被活性炭特有的作用力吸附在其內部，潔淨氣體被排出；經一段時間後，活性炭達到飽和狀態時，停止吸附，此時有機物已經被濃縮在活性炭內。
催化淨化裝置內設加熱室，啟動加熱裝置，進入內部循環，當熱氣源達到有機物的沸點時，有機物從活性炭內揮發出來，進入催化室進行催化分解成水和二氧化碳，同時釋放出能量。利用釋放出的能量再進入吸附床脫附時，此時加熱裝置完全停止工作，有機廢氣在催化燃燒室內維持自燃，尾氣再生，循環進行，直到有機物完全從活性炭內部分離，至催化室分解。活性炭得到了再生，有機物得到分解處理。
技術性能及特點
該設備設計原理先進，用材獨特，性能穩定，操作簡單、安全可靠、無二次污染。設備占地面積小、重量輕。吸附床採用堆放式結構，裝填方便，更換容易。
吸附有機物廢氣的活性炭床，可用催化燃燒處理廢氣產生的熱量進行脫附再生，脫附後的氣體再送催化燃燒室淨化，不需要外加能量，運行費用低，節能效果顯著。
設備組成性炭，其阻力極低，所以使用過程中的能耗僅為排風機功率，不會給用戶增加費用。
設備主要由乾式過濾、活性炭吸附床、催化燃燒脫附床、配套風機、電器控制等組成。
1.乾式過濾
為了防止廢氣帶入少量的水氣和少量的粉塵進入到吸附淨化裝置系統，從而使活性炭受潮和堵塞導致吸附效果降低。經乾式除塵工藝，以確保吸附處理系統的氣源潔淨度為96%。乾式過濾器一般採用無紡布材質的過濾棉，以降低活性炭更換周期，減少運行費用。
2.活性炭吸附床
內裝活性炭層及氣流分布器，以濃縮淨化有機氣體，是整個裝置第一個主循環的主要部件及核心工序，活性炭由堆放式裝填，更換極其方便。
活性炭吸附箱的單床設計風量為：20000m3/h，設定一個吸附床吸附，吸附完之後脫附。
採用活性炭吸附材料－蜂窩狀活性炭，其與粒（棒）狀相比具有優勢的熱力學性能，低阻低耗，高吸附率等，極適用於大風量下使用擁有優良的吸附性能，其結構為多孔蜂窩狀，具有孔隙結構發達，比表面積大，流體阻力小等優點，該產品特別適用於大風量，低濃度工廠有機廢氣淨化治理，如工廠的甲醛、苯、甲苯、二甲苯等有毒有害廢氣治理；目前該產品己在我國各大城市工廠批量配套使用，並部分出口至美國日本、韓國等。
1.CO催化淨化裝置
該裝置是將濃縮的有機廢氣引入主要設備。有機廢氣經內裝加熱裝置從活性炭層中將有機物分離後，通過催化劑的作用分解成水和二氧化碳，同時釋放能量，由熱交換裝置置換能量，用於維護設備自燃的能源。
採用DCO型淨化裝置一套，處理風量為2000m3/h，裝機功率60kw，電加熱工作時間約半小時，當催化床溫度達到250～300℃時，催化燃燒床開始反應，利用廢氣反應產生的熱空氣循環使用，此時電加熱停止，不需要外加熱，單床脫附，脫附時間為3~4小時，設定時間活性炭吸附箱定時自動切換脫附，內部裝填的陶瓷蜂窩體貴金屬催化劑使用壽命為10000小時。整個脫附系統採用多點溫度控制，保證脫附效果的穩定。
TFJF型催化劑採用堇青石蜂窩陶瓷體作為第一載體，γ-Al2O3為第二載體，以貴金屬Pd、Pt等為主要活性組分，貴金屬鉑和鈀,具有高活性、高淨化效率、耐高溫及長使用壽命。
