VOCs(揮發(fā)性有機(jī)化合物)是制藥、印刷、噴漆、制鞋、塑料等行業(yè)排放廢氣中的主要成分，該類有機(jī)物不僅有毒性還伴有惡臭味。在處理VOCs時(shí)常用的方法有吸附法、冷凝法和直接燃燒法，這些方法能耗大、易受VOCs濃度和溫度限制，還會(huì)產(chǎn)生二次污染。近年來(lái)，率的催化燃燒技術(shù)已由實(shí)驗(yàn)階段走向工程應(yīng)用。

  一、催化燃燒的反應(yīng)原理

  催化燃燒是典型的氣-固相催化反應(yīng)，其實(shí)質(zhì)是活性氧參與深度氧化反應(yīng)。在催化燃燒過(guò)程中，催化劑的作用是降低反應(yīng)的活化能，同時(shí)使反應(yīng)物分子富集于催化劑表面，以提高反應(yīng)速率。借助催化劑可使有機(jī)廢氣在較低的起燃溫度條件下發(fā)生無(wú)焰燃燒，將廢氣分解為的二氧化碳和水，同時(shí)放出大量熱能。

  二、VOCs催化燃燒裝置的技術(shù)特點(diǎn)

  1、起燃溫度低，節(jié)省能源。VOCs催化燃燒與直接燃燒相比，具有起燃溫度低、能耗低等顯著優(yōu)點(diǎn)，催化燃燒設(shè)備達(dá)到起燃溫度后便無(wú)需外界供熱。

  2、適用范圍廣。催化燃燒設(shè)備幾乎可以處理所有的烴類廢氣，對(duì)于化工、涂料、絕緣材料等行業(yè)排放的低濃度、多成分、無(wú)回收價(jià)值的廢氣，采用吸附+催化燃燒法的處理效果更好。

  3、VOC催化燃燒裝置凈化效率高，無(wú)二次污染。用催化燃燒法處理有機(jī)廢氣的凈化率一般都在95%以上，并且由于燃燒溫度低，能大量減少氮氧化物的生成，不會(huì)造成二次污染。

  三、催化燃燒的工藝流程

  根據(jù)VOCs催化燃燒裝置的預(yù)熱方式及富集方式，催化燃燒設(shè)備可分為3種。

   (1)預(yù)熱式：預(yù)熱式是催化燃燒設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)形式。低濃度的VOCs在起燃溫度低于100℃以下，熱量不能自給的時(shí)候，需要在預(yù)熱室加熱升溫。通常采用煤氣或電加熱將廢氣升溫至催化反應(yīng)所需的起燃溫度，凈化后的VOCs在熱交換器內(nèi)與未處理的廢氣進(jìn)行熱交換，以回收部分熱量。

   (2)自身熱平衡式：如果廢氣的溫度過(guò)高，通常只需要在催化燃燒設(shè)備中加裝一個(gè)電加熱器供起燃時(shí)使用即可，通過(guò)熱交換器回收熱量，正常操作下能夠維持熱平衡，不需補(bǔ)充熱量。

   (3)吸附+催化燃燒組合式：當(dāng)VOCs的風(fēng)量大、濃度低時(shí)，采用催化燃燒需消耗大量的燃料，先采用吸附手段將有機(jī)廢氣吸附于吸附劑上，然后進(jìn)行濃縮，再通過(guò)熱空氣吹掃，使VOCs脫附成高濃度的廢氣，之后再進(jìn)行催化燃燒。

   VOCs催化燃燒工藝主要取決于:

    ①燃燒過(guò)程的放熱量，即廢氣中可燃物的種類和濃度;

    ②起燃溫度，即有機(jī)組分的性質(zhì)及催化劑活性;

    ③熱回收率等。當(dāng)回收熱量超過(guò)預(yù)熱所需熱量時(shí)，可實(shí)現(xiàn)自身熱平衡，無(wú)需外界補(bǔ)充熱源，這是最經(jīng)濟(jì)的。

  催化燃燒技術(shù)涉及化工、環(huán)境工程、催化反應(yīng)和自動(dòng)檢測(cè)控制等領(lǐng)域，在我國(guó)目前仍處于發(fā)展階段。該技術(shù)今后的發(fā)展方向主要分為兩個(gè)方面:

   ①提高催化劑性能，研制抗毒能力強(qiáng)、大空速、比表面積大及低起燃點(diǎn)的非貴金屬催化劑，以降低造價(jià)和使用費(fèi)用;

   ②催化燃燒裝置向大型化、整體型和節(jié)能型方向發(fā)展。

 RCO催化燃燒設(shè)備是治理有機(jī)廢氣的有效方法，其特點(diǎn)是起燃溫度低、無(wú)二次污染、余熱可回用、操作方便、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，在國(guó)外使用已有幾十年的歷史。在我國(guó)，催化燃燒技術(shù)已成功地被應(yīng)用于化工、輕工、儀表等行業(yè)的廢氣治理及凈化，收到了良好的效果。

  目前催化燃燒設(shè)備普遍使用鉑、鈀為活性物質(zhì)作的貴金屬催化劑載體，貴金屬催化劑具有活性高、機(jī)械強(qiáng)度大、阻力小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)最早曾使用鉑絲或鉑屑作為催化燃燒的催化劑，但因成本高、資源少，使用受到限制。隨著環(huán)保工作的深入開(kāi)展，我國(guó)的廣大科學(xué)工作者為進(jìn)一步提高催化效果，降低成本，促進(jìn)催化燃燒技術(shù)的推廣，很多科研單位、工廠和高校做了不少研究工作，相繼推出了各種類型的催化劑。

  一、催化劑

  1、金屬載體催化劑

  此類催化劑以耐熱合金為載體，采用電鍍或化學(xué)鍍等方法將活性金屬鉑、鈀及過(guò)渡金屬氧化物附著于各種形狀的金屬載體表面。

  ①稀土鈣欽礦型蜂窩狀載體催化劑

  該催化劑活性組分為復(fù)合金屬氧化物，具有較高的催化活性和穩(wěn)定性，同時(shí)具有很大的自由截面和幾何外表面積，單位體積催化劑處理能力比其他催化劑高，是一種新型催化劑。

  ②蓬體球載體催化劑

  將耐熱合金絲制成球狀載體鍍鈀而成，具有制造工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低、熱傳導(dǎo)性能好、熔點(diǎn)高、抗氧化性能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

  2、非金屬載體催化劑

  ①陶瓷蜂窩狀載體催化劑

  該催化劑采用耐熱陶瓷制成蜂窩狀載體骨架，浸涂過(guò)氧化鋁、鈀和鉑，在一定溫度下烘干而成。陶瓷蜂窩狀載體催化劑自由空間大，自身磨損率低，不易產(chǎn)生灰芒、床層阻力小，目前廣泛用于漆包有機(jī)廢氣治理。

  ②浮石載體系列催化劑

  該系列催化劑為杭州大學(xué)利用天然絲光浮石作載體，浸涂少量鉑而制成的催化劑，其活性和穩(wěn)定性都很好，缺點(diǎn)是空速較低，一般多用于噴漆作業(yè)有機(jī)廢氣的治理，目前在漆包工廠有機(jī)廢氣的治理中也逐步得到應(yīng)用。

  二、催化機(jī)理及反應(yīng)過(guò)程

  1、催化機(jī)理

  催化燃燒的實(shí)質(zhì)是活性氧參與的劇烈氧化作用。由于催化劑活性組分鈀、鉑及某些過(guò)渡金屬氧化物具有在一定溫度下連續(xù)不斷地將空氣氧活化轉(zhuǎn)移的特性，被活化的氧分子與反應(yīng)物接觸時(shí)將自身獲得的能量迅速轉(zhuǎn)移給反應(yīng)物分子而使其活化，加速氧化反應(yīng)的進(jìn)行。

  活性組分的不同，那么提供活性氧的方式也不同，鈀、鉑以吸附氧形式轉(zhuǎn)移，氧化物則以晶格氧形式轉(zhuǎn)移，活化自由能不同，則催化活性也不同。

  2、反應(yīng)過(guò)程

  RCO催化燃燒設(shè)備的反應(yīng)原理是典型的氣-固相催化反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程是氣相中的反應(yīng)組分首先從氣相主體擴(kuò)散到催化劑的外表面進(jìn)行燃燒，之后催化劑表面再度擴(kuò)散到氣相主體，整個(gè)擴(kuò)散與催化反應(yīng)組成氣-固相的催化反應(yīng)過(guò)程，此過(guò)程既是一個(gè)傳質(zhì)過(guò)程，同時(shí)又是一個(gè)傳熱過(guò)程，放出的熱量自催化劑表面?zhèn)髦翚庀嘀黧w隨之排出。因此,反應(yīng)速度不僅決定于催化劑表面活性中心數(shù)及其活化能,而且受擴(kuò)散過(guò)程的影響。