VOC 燃烧法处理技术

燃烧法又称为热氧化法，主要分为直接热氧化、催化热氧化和蓄热热氧化，  VOC 大多数是由碳、氢、氧等元素构成的有机化合物，燃烧法是在 300~900  ℃的高温

下，使 VOC 燃烧分解为二氧化碳和水。燃烧法处理技术具有处理量大、效率高、节能环保、易维护和适用于各种 VOC 的优点，是目前化工、涂装等行业中最常用的 VOC 处理方法。

1   直接热氧化处理技术 

直接热氧化处理技术是将 VOC 作为燃料直接燃烧的处理方法，适用于 VOC 浓度和热值均较高的废气。当废气中 VOC 浓度较低不满足直接热氧化条件时，可以设置转轮浓缩等 VOC 浓缩装置，将废气浓缩后再进行处理，并适当补充燃料气。 为了提升直接热氧化法的热效率，可将热氧化炉设计为可热回收的型式，其热回收装置为管壳式换热器，可在炉体外设置换热器或者将换热器集成在炉体内部。如图 1 所示，换热器被集成在炉体内部，废气和处理后的达标排放气体在炉体内的换热流道进行热交换。废气通过换热器管程被预加热到400  ℃后进入燃烧器，点燃后在燃烧室内燃烧，燃烧室内工作温度在 700  ℃以上，废气逐渐被完全氧化生成二氧化碳和水，处理后的达标排放气体通过气体收集室进入换热器壳程与废气换热后排出。通过设计燃烧室尺寸和调节风门调节机构来控制进气速度，进而控制废气在燃烧室内的停留时间，保证废气被充分氧化。热氧化炉的气体出入口均设置风门调节机构，通过联锁调节控制气体的出口温度。回收型热氧化炉的单台废气处理能力可达 1  200 ~48 000 Nm3·h-1，热回收率为 40%~70%。

2   催化热氧化处理技术 

催化热氧化处理技术是一种气-固相催化反应，催化剂的作用是降低反应的活化能，显著降低反应温度，并使反应物富集到催化剂表面提高反应速率。如表 1 所示，与直接热氧化相比，催化热氧化反应温度低，能耗低，可以有效降低甚至消除 NOx生成。

如图 2 所示，废气经过滤器去除杂质后由风机送入换热器，和处理后的达标排放气体进行热交换，废气被预加热到 150~200  ℃，由燃烧器点燃后进入催化反应单元，废气在催化反应单元被进一步加热到 300~500  ℃并逐渐被完全氧化生成二氧化碳和水，处理后的气体通过换热器换热后排出。通过换热器设计，催化型热氧化炉的热效率可达到 70%以上。由于反应温度较低，催化型热氧化炉整体能耗较低，当废气中 VOC 质量浓度大于等于 1  g·Nm-3时，设备即可实现自热运行，无须继续补充燃料气。催化型热氧化炉可适用于低处理量和低质量浓度的废气处理，单台废气处理能力可达 1  000~40  000 Nm3·h-1，热回收率为 40%~70%，处理效率可达 95%。 

催化热氧化法需要选择合适的催化剂，催化剂根据活性成分不同可分为贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂和复氧化物催化剂。贵金属催化剂对烃类及其衍生物氧化反应催化活性高、使用寿命长、易于回收，但价格昂贵、耐中毒性差，常用的贵金属催化剂有 Pt、Pd、Ru 催化剂（如 Pt-Al2O3催化剂）。过渡金属氧化物催化剂对烃类和 CO 氧化反应均有高催化活性，且成本较低，可一定程度取代贵金属催化剂，常用的过渡金属氧化物催化剂有 Mn Ox和 Cu Ox等催化剂。复氧化物催化剂存在结构和电子调变的相互作用，活性比一般的单一氧化物催化剂要高。复氧化物催化剂主要分为钙钛矿型和尖晶石型，钙钛矿型的分子通式为 ABO3（如 La Mn O2），A 和 B 形成交替立体结构，表面晶格氧提供高活性的氧化中心；尖晶石型的分子通式为 AB2X4（如Cu Mn2O4），具有极好的深度氧化催化活性，可以实

现 250  ℃低温催化燃烧。

3   蓄热热氧化处理技术 

蓄热热氧化处理技术是通过蓄热陶瓷或其他高密度惰性材料床层从处理后气体中吸收并储存热量，再将热量释放给入口的低温废气，而不是采用管壳式换热器，蓄热陶瓷使用寿命较长，可达 10a以上。典型的蓄热热氧化处理技术有二室蓄热式热氧化炉工艺和三室蓄热式热氧化炉工艺，都是通过切换蓄热室来实现蓄热陶瓷的吸热和放热。二室蓄热式热氧化炉工艺如图 3 所示，炉体由燃烧室和 2 个蓄热室组成，蓄热室内填充有蓄热陶瓷床层。废气经废气入口管路从 1 号蓄热室底部进入，通过蓄热陶瓷预加热后进入到炉体上部的燃烧室，在燃烧室内进一步加热到 800  ℃以上，停留一段时间充分氧化后，通过 2 号蓄热室内的蓄热陶瓷从 2 号蓄热室底部排出，并由烟囱排大气。此时，2号蓄热室内的蓄热陶瓷完成蓄热，通过废气入口管路上阀门的切换，废气在下一个处理过程从 2 号蓄热室进入并从 1 号蓄热室排出。通过切换蓄热室，蓄热陶瓷中的热量被充分利用。二室蓄热式热氧化炉工艺处理效率大于等于 92%，热回收率大于 90%，蓄热室切换时会有一定管路压力波动并存在交叉污染。三室蓄热式热氧化炉工艺如图 4 所示，炉体由燃烧室和 3 个蓄热室组成，蓄热室内填充有蓄热陶瓷床层。废气经废气入口管路从 1 号蓄热室底部

进入，通过蓄热陶瓷预加热后进入到炉体上部的燃烧室，在燃烧室内进一步加热到 800  ℃以上，停留一段时间充分氧化后，通过 2 号蓄热室内的蓄热陶瓷从 2 号蓄热室底部排出，并由烟囱排大气。通过废气入口管路上阀门的切换，废气在第 2 个处理程从 2 号蓄热室进入并从 3 号蓄热室排出，在第 3个处理过程从3号蓄热室进入并从1号蓄热室排出，循环往复。在第 2 个处理过程中，废气进入 2 号蓄热室的同时，1 号蓄热室底部的残留废气经吹扫管路从蓄热室底部抽出排入废气入口管路与入口废气汇合后一起进入 2 号蓄热室。吹扫流程切换和蓄热室切换相配合，保证蓄热室底部残留废气被排出处理，有效避免蓄热室切换时的交叉污染。三室蓄热

式热氧化炉工艺处理效率大于等于 95%，热回收率大于 95%，单台废气处理能力可达 5 000 ~100 000 Nm3·h-1。