催化燃燒的基本原理：

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于催化劑表面，以提高反應速率。借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，并氧化分解為CO2和H2O，同時放出大量熱。

催化燃燒的特點：

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后便無需外界供熱。

2 適用范圍廣

催化燃燒幾乎可以處理所有的烴類有機廢氣及惡臭氣體。對于有機化工、涂料、橡膠等行業排放的低濃度、多成分、無回收價值的廢氣，采用吸附-催化燃燒法的處理效果。

3 處理效率高，無二次污染

用催化燃燒法處理有機廢氣的凈化率一般都在95%以上，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），且由于燃燒溫度低，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

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。

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、適用范圍廣、易于回收，因而是常用的廢氣燃燒催化劑。如我國早采用的Pt2Al2O3催化劑就屬于此類催化劑。但由于其資源、價格昂貴、耐中毒性差，因此，人們一直在努力尋找替代品，盡量減少其用量。

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。含MnO2催化劑，在條件下能消CH3OH蒸汽，對C2H4O、C3H6O、C6H6 蒸汽的也很有效果。

1. 3 復氧化物催化劑

一般認為，復氧化物之間由于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兩大類。

催化燃燒工藝流程

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。通常采用煤氣或電加熱將廢氣升溫至催化反應所需的起燃溫度；燃燒凈化后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置電加熱器供起燃時使用，通過熱交換器回收部分凈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，采用催化燃燒需消耗大量燃料時，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，使有機廢氣脫附成為高濃度有機廢氣（可濃縮10倍以上）后再進行催化燃燒。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于：

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，這是經濟的。

步有機廢氣經過預處理設備，然后將符合吸附條件的有機廢氣送入活性炭吸附箱進行吸附凈化，凈化后的潔凈氣體由主排風機排入大氣中。吸附裝置配有吸附箱，當活性炭吸附飽和后通過控制閥門切換至催化燃燒脫附狀態；脫附再生系統采用在線脫附再生，即吸附過程為連續式處理工藝，在備用吸附裝置投入使用同時，飽和吸附箱則進行脫附工作，脫附后活性炭箱預備至下次循環使用步是催化劑對VOC分子的吸附，提高了反應物的濃度，

第二步是催化氧化階段降低反應的活化能，提高了反應速率。

借助催化劑可使有機廢氣在較低的起燃溫度下，發生無氧燃燒，分解成CO2和H2O放出大量的熱，與直接燃燒相比，活性炭催化燃燒設備有機廢氣處理裝置比較適用于小風量高濃度的廢氣治理，因此噴涂、食品加工、印刷電路板、半導體制造、化工、電子、制皮業、乳膠制品業、 造紙等行業均可選用。 活性炭吸附設備主要是利用多孔性固體吸附劑活性炭具有吸附作用，能有效的阹除工業廢氣中的有機類污染物質和色味等，廣泛應用于工業有機廢氣凈化的末端處理，凈化效果良好。

活性炭催化燃燒設備有機廢氣處理裝置中的活性炭是一種主要由含碳材料制成的外觀呈黑色，內部孔隙結構發達、比表面積大、吸附能力強的一類微晶質碳素材料。

活性炭催化燃燒設備有機廢氣處理裝置的活性炭材料中有大量肉眼看不見的微孔，1克活性炭材料中微孔，將其展開后表面積可高達800－1500平方米，特殊用途的更高。活性炭的吸附濃度到達一定的值時，就不會再進行吸附，這時候活性炭就會失去過濾廢氣的功能，這時候就需要啟動催化燃燒裝置來實現活性炭的脫附和再生功能。

活性炭催化燃燒設備有機廢氣處理裝置物質的吸附量是隨溫度的升高而減小的，將吸附劑的溫度升高，可以使已被吸附的組分脫附下來，這種方法也稱為變溫脫附，整個過程中的溫度是周期變化的。活性炭催化燃燒設備有機廢氣處理裝置進行脫附、再生時，啟動催化燃燒裝置預熱室電源，將空氣預熱，預熱后的氣體經混流箱中和進入吸附箱，箱中活性炭受熱后，活性炭吸附的溶劑揮發出來，溶劑經風機送入催化燃燒室燃燒，分解成CO2和H2O蒸汽等熱空氣，熱空氣一部分回到活性炭吸附箱繼續給活性炭加熱，另一部分熱空氣排空，熱空氣內部循環多次活性炭即可得到再生。再生后的活性炭又具有了吸附有機廢氣的功能，達到重復使用，節約成本。　

催化燃燒過程的熱平衡

催化燃燒是放熱反應，放熱量的大小取決于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于燃燒過程的放熱量、催化劑的起燃溫度、熱量回收率、廢氣的初始溫度等條件。

以含甲苯的廢氣凈化為例，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系。

催化燃燒的應用

1 溶劑類污染物的凈化處理

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。采用吸附-催化燃燒法治理三苯廢氣，治理前廢氣濃度為1320mg/m3，治理后濃度小于50 mg/m3，達到環保排放要求。

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，采用蜂窩狀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，凈化排氣總烴體積分數小于100μl/L，總烴去除率達到97%以上。