催化氧化技術簡介
燃燒法(直接燃燒、熱力燃燒和催化氧化)是揮發(fā)性有機化合物最常用的凈化技術，其中直接燃燒和熱力燃燒所需操作溫度高，燃燒反應中往往需要較多的輔助燃料，同時易產(chǎn)生燃燒副產(chǎn)物，在實際應用中(尤其針對中、低濃度有機廢氣)受到一定的限制。
催化氧化法始于20世紀40年代，主要用于工業(yè)惡臭廢氣處理和裝置的能量回收。由于催化氧化技術具有高效、節(jié)能、環(huán)保、產(chǎn)物易于控制等優(yōu)點，目前已成為凈化可燃性含碳氫化合物和惡臭氣體的有效手段。
催化氧化技術已成功應用于化工噴涂、漆包線、印刷、煉焦、絕緣材料等眾多行業(yè)的揮發(fā)性有機污染物廢氣凈化。催化氧化技術是典型的氣-固相催化過程，反應中揮發(fā)性有機廢氣在催化劑的作用下發(fā)生完全氧化反應。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，提高反應速率，借助催化劑可以使有機廢氣在較低的起燃溫度下發(fā)生無火焰燃燒，并氧化為CO2和H2O，同時放出大量的熱。催化氧化法的凈化效率通常在95%以上，其主要工藝流程如圖2-1所示。
當有機廢氣量較大時，工程上一般將換熱器、燃燒室和催化床分別設計成獨立設備(分建式)，相互間用管路連接;當有機廢氣量較小時，預熱器、燃燒室和催化床安裝在同一個設備中(組合式)。
待處理廢氣一般借助催化燃燒后的凈化氣預熱，當有機廢氣溫度較低，且經(jīng)過預熱后仍不能達到催化燃燒溫度時，多數(shù)情況下是利用輔助燃料燃燒產(chǎn)生高溫燃氣與廢氣均勻混合升溫，大部分碳氫化合物可在500℃以內(nèi)通過催化劑床層迅速氧化[式(2-1)]。催化氧化的實質(zhì)是活性氧參與的劇烈氧化反應，催化劑活性組分將空氣氧活化，當與反應物分子接觸時發(fā)生能量傳遞，反應物分子被活化，從而加速氧化反應的進行。根據(jù)不同氧化階段的氧化溫度不同，催化氧化大致可以分為以下三個階段[1]：
①低溫階段，反應為內(nèi)表面反應動力學控制;
②中間階段，反應速率受到擴散過程控制;
③高溫階段，催化活性對整個反應過程的控制變得尤為明顯。
無火焰催化氧化技術是VOCs治理行業(yè)中應用最為廣泛的方法之一，其具有以下優(yōu)點：
①起燃溫度低，能量消耗少。催化氧化起燃溫度通常為250～500℃，能耗較少。由于反應溫度降低，允許使用標準材料來代替昂貴的特殊材料，大大降低了設備費用和操作成本。
②應用范圍廣。催化氧化適用于濃度范圍廣、成分復雜的各種有機廢氣處理。目前催化氧化技術已成功地應用于金屬漆包線、絕緣材料、印刷等生產(chǎn)過程中排放的有機廢氣處理，由于廢氣溫度和有機物濃度較高，催化氧化能實現(xiàn)自身熱平衡和部分熱量再利用，因此具有較好的經(jīng)濟效益。
③設備簡單，易升級改造。由于催化反應在催化劑表面進行，提高了體積燃燒速率，燃燒鍋爐可以小型化。當前，大部分燃燒設備采用的都是非催化燃燒，將現(xiàn)有的均相燃燒改革為催化燃燒只要將現(xiàn)有設備進行簡單升級改造即可實現(xiàn)，滿足達標排放的要求。
④凈化效率高，二次污染少。用深度催化氧化法處理有機廢氣的凈化效率一般都在95%以上，且最終產(chǎn)物為無污染的CO2和H2O，因此較少出現(xiàn)二次污染問題，且氧化氣氛緩和，運轉費用低，操作管理方便。此外，由于反應溫度低，深度催化氧化能很好地控制熱力型NOx的生成。
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