吸附-催化燃烧技术研究

彭芬

（1.航天凯天环保科技股份有限公司，湖南长沙410100；2.工业生产环境技术湖南省重点实验室，湖南长沙410100）

吸附-催化燃烧技术研究

彭芬1，2

（1.航天凯天环保科技股份有限公司，湖南长沙410100；2.工业生产环境技术湖南省重点实验室，湖南长沙410100）

吸附技术是利用吸附剂对废气成分的吸附作用达到净化的目的，广泛应用于大风量、中低浓度有机废气的治理，具有操作简便、效率高等优点。催化燃烧技术是将有机废气在催化剂的作用下进行低温无焰燃烧，转变为无毒无害物质达标排放。将吸附浓缩技术与催化燃烧技术进行有效地结合，大大降低了治理费用，并提高了效率。通过对吸附-催化燃烧工艺的详细介绍和分析，包括吸附剂的选择、结构的优化、工业应用情况等，以期达到净化效率、设备成本及安全性等综合性能的最优化。

吸附；催化燃烧；研究

随着近几年雾霾的严重化，让大家更加关注大气污染的治理。常见的废气治理方式有销毁法和回收法，销毁法是指利用吸附法、燃烧法、生物法及高能离子等技术将有机废气等降解成无毒无害的物质达标排放，而针对具有较高回收利用价值的废气成分，往往可以采用合适的方法实现资源化回收利用。

吸附浓缩技术广泛应用于中低浓度VOCs的治理，具有净化效率高、操作简单等优点。催化燃烧技术可应用于多种场合，只有当废气中含有易使催化剂中毒的成分时不能适用。将吸附技术与催化燃烧技术进行组合，形成“吸附-催化燃烧技术”，以实现废气净化的高效和低成本。

1 工艺介绍

吸附-催化燃烧系统是将吸附与催化燃烧进行有效的结合，以达到高效低成本地进行废气净化。为实现净化系统的连续运行，吸附床往往采用“多用一备”的运行方式，主要可分为吸附和催化燃烧两部分。

吸附法是利用各种吸附物（如活性炭、活性炭纤维、分子筛等）对污染物进行吸附净化的方法。分子筛与活性炭由于表面具有较大的比表面积和大量的空隙与空洞，对于烟气中的气体分子极易吸附，且易于再生，是应用最多的固体吸附剂。催化燃烧法是指有机废气在催化剂的作用下进行无焰燃烧，生成无毒无害的物质达标排放。

1.1 工艺流程

针对中低浓度废气，利用吸附-催化燃烧工艺进行回收净化的过程如下：有机废气经去除粉尘等预处理后，进入装有高效吸附剂的吸附器，空气得到净化。随着吸附的进行，吸附剂逐渐达到饱和，在与高温热空气的接触过程中，有机废气被脱附下来形成高度浓缩的废气，同时吸附床得到再生。再生后的吸附床又可进行吸附作业。经脱附形成的浓缩废气进入催化燃烧器，生成二氧化碳和水达标排放。工艺路线及流程详见图1和图2。

图1 吸附-催化燃烧工艺路线

1.2 工艺特点

1.2.1 去除效率高

本吸附-催化燃烧废气净化工艺采用高效吸附剂，净化效率高达95%以上。

图2 吸附-催化燃烧工艺流程

1.2.2 环保节能

本吸附-催化燃烧废气净化工艺将有机废气转变为二氧化碳和水，排入大气中不会造成二次污染，具有良好的环境效益。吸附剂吸附达饱和后可用催化燃烧后的热废气进行脱附再生，可循环使用，同时，脱附后的气体再送往催化燃烧室进行净化再生不需外加能量，运行费用低，节能效果显著。

1.2.3 适用范围广

本工艺可适用于几乎所有的含烃类有机废气及恶臭气体的治理，可用于众多的有机化工、涂装、印刷、家用电器、绝缘材料等行业排放的各种有机废气。

1.2.4 可连续作业

本吸附-催化燃烧废气净化工艺中的吸附床采用“多用一备”的方式，可实现连续作业。

2 关键设备

由工艺路线的分析可见，吸附器和催化燃烧器的设计及选择是本工艺的关键所在。

2.1 吸附器

目前，吸附工艺常见的吸附器有固定式和移动式，其中固定式吸附器操作简单，应用广泛。根据工程项目现场反馈的信息表明，吸附器存在易起火等安全隐患，而吸附剂存在效率不高、使用情况不明等不足之处，由此可见，吸附器的关键在于吸附器内部结构优化设计及高效吸附剂的选择。

2.1.1 吸附器的优化设计

为了避免吸附剂起火等安全隐患的发生，选择耐高温的吸附剂是一方面，吸附器内部结构的优化设计也是很关键的方面。在多层吸附剂之间增设钢丝网隔板，很好地解决了这个问题。

2.1.2 吸附剂的选用

吸附剂的吸附原理主要有物理吸附和化学吸附，物理吸附是指利用多孔性吸附剂将有机污染物范德华力吸附于表面，进而将废气净化，化学吸附是指利用化学吸附剂与废气污染物发生反应，进而将污染物去除，而化学吸附剂的制作成本相对较高，应用较少，相比而言，物理吸附的应用较为广泛。由吸附剂的工作原理不难得知，具备丰富的微孔和发达的比表面积的吸附剂吸附效率相对较高，常见的吸附剂有活性炭和分子筛等[1-2]。

活性炭孔隙丰富、比表面积大，是一种应用广泛的吸附剂。在实际应用中，活性炭存在易燃等安全隐患、吸附性能受温湿度影响大等缺点[3]。分子筛是水合硅铝酸盐的晶体，结构较为均一，具有一定的选择吸附性，耐温性和耐湿性均优于活性炭，目前已经广泛应用于吸附净化领域[4]，但价格稍高。总的来说，活性炭和分子筛各有优缺点，实际应用时应具体问题具体分析。

2.2 催化燃烧器

经脱附后得到的浓缩废气进入催化燃烧器，进一步生成无毒无害物质达标排放。如图3所示，催化燃烧器主要由加热器、换热器以及催化燃烧室三部分组成。浓缩废气经初步换热升温后，若还未达到催化燃烧的起燃温度时，利用加热器进行进一步加热后，进入催化燃烧室进行无焰燃烧，生成的高温净化气体与进气热交换后排出，此过程可以进行高效热量回用，逐步实现自热燃烧。

图3 催化燃烧器工作流程图

2.3 预处理器

为了有效去除废气中的颗粒物粉尘等，以免对后端废气净化吸附器中的吸附剂造成堵塞，影响吸附剂的使用寿命，必须在吸附-催化燃烧净化系统前端设计预处理器。预处理器应根据有机废气的特性设计，如粒径和温湿度等。

常见的预处理方式有干式和湿式等。干式一般采用过滤式，是指利用重力或离心力等进行预处理；湿式一般采用洗涤式，是指利用水或化学药剂等洗涤剂进行降温除尘等，经湿式预处理后的有机废气湿度较大，要求后续吸附剂具有较高耐湿性，应用较少。

3 工业应用

目前，吸附-催化燃烧技术已经广泛应用于废气净化领域。欧海峰研究了吸附-催化燃烧法在喷漆废气中的应用情况，结果表明净化效果好且成本低[5]。杨远盛对吸附浓缩-催化燃烧法处理废气的实例进行了介绍，并经测试表明净化后尾气达地方标准[6]。

结果表明，利用该工艺回收有机废气，具有显著的经济和社会效益。大量的研究表明，吸附-冷凝回收技术具有较大开发应用潜力。

4 结论

吸附-催化燃烧净化系统广泛应用于有机废气净化，具有极大的经济、社会以及环境效益，展现出广阔的应用前景和市场竞争力。

[1]赵毅，李守信.有害气体控制工程[D].北京：化学工业出版社，2001.

[2]叶振华.化工吸附分离过程[D].北京：中国石化出版社，1992.

[3]Serrano D P，Calleja G，Botas J A，et al.Characterization of adsorptive and hydrophobic properties of silicalite1，ZSM-5，TS-1 and Beta zeolites by TPD techniques[J].Separation and Purification Technology，2007，54(1):1-9.

[4]徐如人.分子筛与多孔材料化学[M].北京：科学出版社，2004.

[5]欧海峰.吸附-催化燃烧法处理喷漆废气实例[J].环境科学与技术，2006，29(4)：93-95.

[6]杨远盛.吸附浓缩-催化燃烧法处理VOCs废气实例[J].工业设计，2013，141-142.

Research of the integrated technology of adsorption and catalytic combustion

PENG Fen1，2
（1.Aerospace Kaitian Environmental Technology Co.,Ltd,Changsha 410100,China; 2.Hunan Key Laboratory of Industrial Production Environmental Technology Cooperation,Changsha 410100,China）

As a thickening-purification technology,adsorption uses the adsorbent to purify the exhaust gas and is widely used in treatment of large flow and low concentration organic waste gas with the advantages of easy operation and high purification efficiency.Catalytic combustion technology is the organic waste gas in catalyst under low temperature flameless combustion,into non-toxic harmless material discharging standard.Condensed the adsorption and catalytic combustion technology effectively combined,greatly reduces the overhead expenses and improved the efficiency.Through the detailed introduction and analysis of adsorption-catalytic combustion technology,such as the choice of the proper adsorbent,optimization of structure,and industrial application,higher recovery efficiency,lower costs of the investment and operation,and safe operation can be achieved.

adsorption;catalytic combustion;research

X701

A

1674-0912（2017）04-0038-03

2017－03－17）

彭芬（1989－），女，湖南株洲人，环境科学与工程硕士，工程师，专业方向：废气治理。