一、催化燃燒的基本原理

催化燃燒是典型的氣-固相催化反應(yīng)，其實質(zhì)是活性氧參與的深度氧化作用。在催化燃燒過程中，催化劑的作用是降低活化能，同時催化劑表面具有吸附作用，使反應(yīng)物分子富集于表面提高了反應(yīng)速率，加快了反應(yīng)的進行。借助催化劑使有機廢氣（voc_s）在較低的起燃溫度條件下，發(fā)生無焰燃燒，并氧化分解為CO₂和H₂O，同時放出大量熱能。催化燃燒的特點及經(jīng)濟性：起燃溫度低，節(jié)省能源，能耗也小的顯著特點。

二、催化劑的選用

   1、催化劑簡介

催化劑的活性分誘導(dǎo)活化、穩(wěn)定、衰老失活3個階段，有一定的使用限期，工業(yè)上實用催化劑的壽命一般在2年以上。使用期的長短與最佳活性結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有關(guān)，而穩(wěn)定性取決于耐熱、抗毒的能力。對催化燃燒所用催化劑則要求具有較高的耐熱和抗毒的性能。有機廢氣（voc_s）的催化燃燒一般不會在很嚴(yán)格的操作條件下進行，這是由于廢氣的濃度、流量、成分等往往不穩(wěn)定，因此要求催化劑具有較寬的操作條件適應(yīng)性。催化燃燒工藝的操作空速較大，氣流對催化劑的沖擊力較強，同時由于床層溫度會升降，造成熱脹冷縮，易使催化劑載體破裂，因而催化劑要具有較大的機械強度和良好的抗熱脹冷縮性能。

2、催化劑種類

目前催化劑的種類已相當(dāng)多，按活性成分大體可分3類：

①貴金屬催化劑。如鉑、鈀、釕等貴金屬，該類催化劑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，因而是最常用的廢氣燃燒催化劑。但缺點是其資源稀少，價格昂貴，耐中毒性差，②過渡金屬氫化物催化劑。為取代貴金屬催化劑，采用氧化性較強的過渡金屬氧化物，對甲烷等烴類和一氧化碳亦具有較高的活性，同時降低了催化劑的成本，常見的有MnOx、CoOx和CuOx等催化劑。③復(fù)氧化物催化劑。主要有以下2大類：鈣鈦礦型復(fù)氧化物（如：BaCuO₂、LaMnO₃等）和尖晶石型復(fù)氧化物（如：CuMn₂O₄尖晶石等），一般認(rèn)為，復(fù)氧化物之間由于存在結(jié)構(gòu)或電子調(diào)變等相互作用，活性比相應(yīng)的單一氧化物要高。 

三、有機廢氣（voc_s）催化燃燒技術(shù)進展

有機廢氣（voc_s）是石油化工、輕工、塑料、印刷、涂料等行業(yè)排放的常見污染物，有機廢氣中常含有烴類化合物（芳烴、烷烴、烯烴）、含氧有機化合物（醇、酮、有機酸等）、含氮、硫、鹵素及含磷有機化合物等。如對這些廢氣不加處理，直接排入大氣將會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，危害人體健康。傳統(tǒng)的有機廢氣凈化方法包括吸附法、冷凝法和直接燃燒法等，這些方法常有易產(chǎn)生二次污染、能耗大、易受有機廢氣（voc_s）濃度和溫度限制等缺點。而新興的催化燃燒技術(shù)已由實驗階段走向工程實踐，并逐漸應(yīng)用于石油化工、農(nóng)藥、印刷、涂料、電線加工等行業(yè)。

四、催化燃燒工藝流程

根據(jù)廢氣預(yù)熱方式及富集方式，催化燃燒工藝流程可分為3種。 

1、預(yù)熱式。預(yù)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，熱量不能自給，因此在進入反應(yīng)器前需要在預(yù)熱室加熱升溫，燃燒凈化后氣體在熱交換器內(nèi)與未處理廢氣進行熱交換，以回收部分熱量。該工藝通常采用煤氣或電加熱升溫至催化反應(yīng)所需的起燃溫度。 

    2、自身熱平衡式。當(dāng)有機廢氣排出時溫度較高（在300℃左右），高于起燃溫度，且有機物含量較高，熱交換器回收部分凈化氣體所產(chǎn)生的熱量，在正常操作下能夠維持熱平衡，無需補充熱量，通常只需要在催化燃燒反應(yīng)器中設(shè)置電加熱器供起燃時使用。

    3、吸附-催化燃燒。當(dāng)有機廢氣（voc_s）的流量大、濃度低、溫度低，采用催化燃燒需耗大量燃料時，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（voc_s）脫附出來成為濃縮了的高濃度有機廢氣（可濃縮10倍以上），再進行催化燃燒。此時，不需要補充熱源，就可維持正常運行。

五、有機廢氣（voc_s）催化燃燒技術(shù)的優(yōu)勢

1、適用于濃度范圍廣、成分復(fù)雜的各種有機廢氣（voc_s）處理，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、絕緣材料等行業(yè)排放的低濃度、多成分，又沒有回收價值的廢氣，采用吸附-催化燃燒法的處理效果更好。

   2、處理效率高，無二次污染。用催化燃燒法處理有機廢氣（voc_s）的凈化率一般都在95%以上，最終產(chǎn)物為無害的CO₂和H₂O（雜原子有機化合物還有其他燃燒產(chǎn)物），因此無二次污染問題。此外，由于溫度低，能大量減少NO_X的生成。 

3、經(jīng)濟有效。影響催化燃燒法經(jīng)濟效益的主要因素有：催化劑性能和成本、廢氣處理中的有機物濃度、熱量回收效率、經(jīng)營管理和操作水平。催化燃燒雖然不能回收有用的產(chǎn)品，但可以回收利用催化燃燒的反應(yīng)熱，節(jié)省能源，降低處理成本，在經(jīng)濟上是合理可行的。對于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(zhì)及催化劑活性；熱回收率等。當(dāng)回收熱量超過預(yù)熱所需熱量時，可實現(xiàn)自身熱平衡運轉(zhuǎn)，無需外界補充熱源，這是最經(jīng)濟的。