[科普中国]-燃烧法控制VOCs

用燃烧法将有害气体、蒸汽、液体或烟尘转化为无害物质的过程称为燃烧净化法，亦称为焚烧法。燃烧法适用于处理浓度较高的VOCs废气，一般情况下去除率均在95%以上。燃烧净化法所发生的化学反应主要是燃烧氧化作用及高温下的热分解，因此这种方法只适用于净化那些可燃的或在高温情况下可以分解的有害物质。

基本内容燃烧法分为直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧等几类，其中直接燃烧法是使VOCs在较高温度下迅速转化为CO2和H2O，直接燃烧法温度一般在1100℃以上，适合于治理高浓度的有机废气，处理VOCs浓度范围在5000~10000mg/m3。热力燃烧一般用于处理有机废气的浓度为500-5000mg/m3，废气本身不作为燃料，只是当做辅助燃料燃烧过程中的助燃气体，反应所需温度较低，通常维持在540~820℃。催化燃烧也称为无火焰燃烧催化氧化温度在370~480℃，可适用浓度范围较广，在2000-6000mg/m3范围内。1

直接燃烧法直接燃烧亦称为直接火焰燃烧。由于废气本身含有较高浓度的可燃组分，它可以直接在空气中燃烧，使有害物质在高温作用下分解为无害物质；本法工艺简单、投资小，适用于高浓度、小风量的废气。2

直接燃烧设备包括一般的燃烧炉、窑，或通过某种装置将废气导入锅炉作为燃料气进行燃烧，不适合处理低浓度气体。在石油炼制厂及石油化工厂，火炬常常作为产气装置及反应尾气装置在开、停工及事故处理时的安全措施，但由于物料平衡、生产管理和回收设备不完善等原因，有时也将加工油气和燃料气体排放至火炬进行燃烧。火炬燃烧不仅产生了大量有害气体、烟尘及热辐射而危害环境，而且造成有用燃料气的大量损失，因此应尽量减少和预防火炬燃烧。

热力燃烧法一般用于处理废气中含可燃组分浓度较低的情况，由于废气中可燃组分的浓度很低，燃烧过程中所放出的热量不足以满足燃烧过程所需的热量。因此，废气本身不能作为燃料，必须有辅助燃料作为助燃气体，在辅助燃料燃烧的过程中，将废气中的可燃组分销毁。与直接燃烧相比，热力燃烧所需要的温度一般较低，通常为540~820℃。2

催化燃烧法催化燃烧法是在系统中使用合适的催化剂，使废气中的有机物质在较低温度下氧化分解的方法。催化燃烧技术是几十年来对环保与节能的要求日益迫切的形势下应运而生的一门新型技术。

此方法主要优点有：①起燃温度低，能耗低；②处理效率高，无二次污染对有机物浓度和组分处理范围宽启动能耗低，并能回收输出的部分热能所需设备体积小，造价低。

催化燃烧法的主要缺点是：当有机废气浓度太低时，需要大量补充外加的热量才能维持催化反应的进行。

催化燃烧中，催化剂是关键因素。活性组分中，贵金属（Pd、Pt、Ru、Rh）与非贵金属氧化物相比，具有低温高活性的特点；另一个特点是有明显的“活性阀”，即在给定组成稳定流速的条件下，当温度到达某一温度点时，反应急速进行，转化率直线上升，产物大多为CO2和H2O，很少有中间产物出现，低于该温度点，转化率则急剧下降。由于贵金属价格昂贵，在反应过程中易受到Cb和HCl毒化作用，而且在高温区贵金属容易流失而失活；又因为它们对Deacon反应和氧氯反应同样具有很高的活性，所以往往会出现Cb以及高氯化合物。这些都给贵金属催化剂在VOCs催化然烧中的应用带来了负面影响。

用于VOCs催化燃烧的非贵金属催化剂一般是Cr、Mn、Fe、Co、Cu等过渡元素的氧化物。单组分过渡元素氧化物的耐热性差，活性低，起燃温度高，使用上受到一定的限制。一般采用多组分的混合氧化物催化剂，通过复合组分的配方和采用适当的制备技术，使其性能接近贵金属催化剂。在催化剂活性组分中加入助剂对催化剂的性能有改性作用，它能提高催化剂的稳定性和选择性，使活性组分的分散度有明显地提高。通过添加少量过渡金属元素或稀土元素等手段来提高贵金属催化剂的活性成为必然的选择。3

本词条内容贡献者为:

杨刚 - 教授 - 西南大学