催化燃烧技术

技术介绍

催化燃烧法是一种类似热氧化的方式来处理有机气相污染物的，利用铂、钯等贵金属催化剂及过渡金属氧化物催化剂来代替火焰，发生一系列的分解、聚合及自由基反应，通过氧化和热裂解、热分解，使苯、二甲苯等有机废气在低于着火点温度下焚烧，分解为 CO 2 与 H 2 O而消除污染。催化燃烧系统示意见如下。

适用范围：催化燃烧法可应用于高浓度和低浓度的有机废气的处理。废气流量宜在 1000-100000m 3 /h，有机物含量宜在 2000mg/m 3 -8000mg/ m 3 ，如喷涂、化工等行业中高浓度有机废气或不含催化剂中毒物质的废气的处理。由于绝大部分有机物具有可燃烧性，因此催化燃烧法已成为净化含碳氢化合物废气的有效手段之一。催化燃烧法适用于净化油漆、化工厂废气以及恶臭气体。

优点：应用广泛、设备简单、投资少、操作方便、净化、无二次污染物。

缺点：催化剂容易中毒，因此对进气成分要求极为严格，不得含有重金属、尘粒等易引起催化剂中毒的物质，进入催化燃烧炉的气体首先要经过预处理，除去粉尘、液滴及有害成分；催化剂成本高；对低于起燃温度的气体必须进行预热；不能用于处理含有机氯和有机硫的；不能处理沸点高，相对分子质量大的有机物。

催化燃烧处理喷漆废气处理工艺流程

在车间产生的喷漆废气，经收集后进入设备前段的干式过滤器过滤颗粒物等杂质，进入活性吸附床，充分吸收有机废气分子后，达标的气体经主风机烟囱排放。活性炭吸附床使用一段时候后，所有活性炭已吸附饱和，启动脱附风机从催化炉引入高温气体进入活性炭吸附床，把吸附在活性炭上的废气分子反吹进催化燃烧炉进行催化燃烧，充分燃烧后，催化炉和脱附风机停止工作，整套设备继续进入吸附流程，反复循环，整个过程由plc程序全自动控制，不需要人工干预。

待处理的有机混合废气经引风机作用，先经过预处理过滤装置去除废气中的粉尘及杂质部分，经过初步过滤后“相对纯净的有机废气”进入吸附装置进行吸附净化处理，有机物质被活性炭*的作用力截留在其内部，洁净气体通过烟囱排放到大气中，经过一段时间吸附后，活性炭达到饱和状态，按照PLC自动控制程序将饱和的活性炭床与脱附后待用的活性炭床进行交替切换。CO/CTO自动升温将热空气通过风机送入活性炭床使碳层升温将有机物从活性炭中“蒸”出，脱附出来的废气属于高浓度、小风量、高温度的有机废气，接入催化燃烧炉，利用催化炉热氧化分解高浓度废气为水和二氧化碳。脱附完成后催化炉和脱附风机停止工作，整套设备继续进入吸附流程，反复循环，整个过程由plc程序全自动控制，不需要人工干预。

VOC-CO/CTO 型有机气体催化净化装置，是利用催化剂使有害气体中的可燃组分在较低的温度下氧化分解的净化方法。对于 CnHm 和有机溶济蒸汽氧化分解生成CO/CTO₂和H₂O并释放出大量热量。其反应方程式为：

该装置主体结构由净化装置主机、引风机、控制系统三大部分组成。其中净化装置包括：阻火除尘器、热交换器、预热器、催化燃烧室。

图1  VOC-CO/CTO原理图

活性炭脱附出来的高浓度、小风量、高温度的有机废气经阻火除尘器过滤后，进入特制的板式热交换器，和催化反应后的高温气体进行能量间接交换，此时废气源的温度得到次提升；具有一定温度的气体进入预热器，进行第二次的温度提升；之后进入级催化反应，此时有机废气在低温下部份分解，并释放出能量，对废气源进行直接加热，将气体温度提高到催化反应的温度；经温度检测系统检测，温度符合催化反应的温度要求，进入催化燃烧室，有机气体提到分解，同时释放出大量的热量；净化后的气体通过热交换器将热能转换给出冷气流，降温后气体由引风机排空。

有机物利用自身氧化燃烧释放出的热量维持自燃，如果脱附废气浓度足够高，CO/CTO 正常使用需要很少的电功率甚至不需要电功率加热，做到真正的节能、环保，同时，整套装置安全、可靠、无任何二次污染。

催化燃烧系统组成

防爆式电催化氧化（Electric Catalytic Oxidizer 简称 ECO/ECTO）设备能有效的降低热量损耗及能耗资源，同时大大降低净化后气体排出温度。ECO/ECTO 设计，布局合理，具有以下特点：  

①操作方便：工作时全自动控制。

②能耗低：达到一定浓度时，无功率（或低功率）运行。

③安全可靠：泄压、自保，阻火除尘、超温报警及*的自控。

④阻力小效率高：采用当今*的贵金属钯、铂浸渍的蜂窝陶瓷催化剂，比表面积大。

⑤占地面积小：仅为同行业同类产品的 70%。

⑤使用寿命长：催化剂一般8500h更换，并且载体可再生。

防爆式ECO/ECTO 主机由阻火除尘器、热交换器、预热器、催化反应室、主排风机、控制系统、电加热组件以及催化剂组成，是设备的核心部件。

阻火除尘器：将设备和废气源之间的危险阻隔开来，保证处理设备和生产设备之间的安全，同时除去废气源中的粉尘。结构为波纹网型及过来棉，参照国家标准制造，更换快捷，清理方便。是本设备中安全设施之一。

热交换器：将有机气体分解后的热能和废气源冷气流进行冷热交换，置换热能，提高废气源的温度。当废气浓度达到一定值时，通过热交换器的作用，可以保证设备在无运行功率（或低功率）的状态下正常运转，是催化净化装置中对废气源进行次温度提升装置，也是设备中节能设施之一；通过热交换器内部对气流的合理控制，使交换器的效率保证在 50%以上。结构采用 Q235 冷轧钢钢板制，合理的布置，使冷热气流全面接触，能量进行全面置换；全部制作按照国家《钢制压力容器制作标准》进行制作和验收。

预热室：废气源在进入催化燃烧室之前，经温度检测仪检测，温度达不到催化反应的条件，由布置在预热室内的电加热系统进行温度的第二次提升；Q235 电加热组件为红外线加热管，由固定绝缘板固定，维护更换十分方便。

催化反应室：达到温度条件的有机废气进入级催化反应室；催化反应室采用抽屉式，内装蜂窝状催化剂，中间分插电加热组件，利用红外线辐射原理，使蜂窝状催化剂温度达到反应温度，使部份有机物进行分解，释放出能量，直接使废气温度提升，是本设备设计的第三温度提升处，也叫催化升温；温度提升后的有机气体进入催化固定床，内置蜂窝状催化剂，满足反应条件的有机气体在此分解，废气变成洁净气体。本设施为催化净化装置的心脏。

主排风机：选用国内优质通用风机，耐高温低转速，保证工作效果同时保证风机噪声不超过 85dB，没有二次污染，是整个装置气流运转的动力源。配置减振台座及减振器。

控制系统：监控所有动力点起动、停止、故障，反映整个运转过程中气体的升温、气体分解状况，对设备整个过程进行安全动力保护，可以根据废气源性质及生产线状态进行设定。主要控制组件选用进口产品，保证设备的良好运行、安全性及使用寿命。

电加热组件：电加热组件为红外线电热管，利用电加热的辐射原理。电加热管由φ16高温薄管内衬高温氧化镁及电加热丝组成，具有效率高、散热快、寿命长等特点，严格按照国家标准制作和验收。其性能参数为：

表6  电加热组件参数

催化剂：催化剂是在化学反应中能改变反应温度而本身的组成和重量在反应后保持不变的物质。本装置中选用的催化剂型号为TFJF/工业废气VOC净化催化剂，是处理各种不同类型有机废气的高效广谱型催化剂。

TFJF/工业废气VOC 净化催化剂，催化剂蜂窝陶瓷做载体，内浸渍贵金属铂和钯，具有高活性、耐高温及使用寿命长等特点。

表7  催化剂活性指标测试

性能参数为：方形孔，孔数25个/cm²，堆积密度为0.76±0.02 kg/L，强度为100kgf/cm²，比表积为25m²/g。活性指标测试见下表：

表8  催化剂主要技术性能