有机废气处理工艺：吸附-脱附-催化燃烧工艺

1、吸附过程 吸附是气体结合到固体上去的质量传递过程。气体（吸附质）进入固体（吸附剂）的孔隙中但并未进入其晶格内。吸附过程可能是物理过程，也可能是化学过程。



物理吸附主要是范德华引力起作用，一般没有选择性，在吸附过程中没有电子转移，没有化学键的生成与破坏。化学吸附实际上是一种化学反应，具有选择性，在化学吸附过程中，气体和固体表面发生了化学反应。 最普遍使用的吸附剂是活性炭、分子筛、硅胶和活性氧化铝。这些吸附剂经过处理后表面积极大，可有效吸附碳氢化合物等污染物。其缺点是对水有优先选择性吸附作用。所有的吸附剂在一定的高温下会发生变化。在这些温度下，其吸附能力很弱。污染物可以被解脱出来，从而使吸附剂的活性得到再生，这个过程成为脱附。



为了进行连续操作，一般提供两个或多个吸附床。一个或几个吸附床在吸附时，另一个或几个吸附床则进行再生。在吸附过程中，被收集的污染物滞留在吸附床中，只要吸附床有足够的容量，污染物就不会释放出来。但是当吸附床中的污染物浓度达到饱和时，污染物便开始释放出来，这种现象称为穿透。达到饱和的吸附床需要进行再生，一般采用加热的气体对吸附床进行脱附，一方面使吸附床重新具有活性，一方面是污染物被解脱出来进行回收或分解处理。



2、燃烧过程 当气流中的污染物可被氧化时，燃烧是一种彻底的污染控制方案。碳氢化合物就属于这类污染物。燃烧可以分为直接火焰燃烧和催化燃烧两类。燃烧即是在氧和热的作用下将碳氢化合物转化为水和二氧化碳。其反应方程式如下： CnH2m+（n+m/2）O2=nCO2+H2O+Heat 在燃烧过程中，气流量和有机物负荷是选择燃烧技术的重要参数。一个衡量污染物负荷的参数是低爆炸极限（LEL）或低可燃极限（LFL）。



气流的低爆炸极限是气体可自燃的最低有机物浓度（100%LEL）。由于100%LEL具有爆炸危险，美国消防协会规定气流的LEL不能超过50%,在LEL超过25%时应设置可燃气体监控装置。另一个要考虑的因素是气流的能量密度，当气流的能量密度必须大于3.7MJ/m3时点火后气体可自行维持燃烧，否则需要提供辅助燃料，另外要考虑燃烧后不产生有毒的副产品。 能量值低于3.7MJ/m3的气体，可利用催化剂来帮助氧化燃烧。经常使用的活性催化剂是铂或钯的化合物，使用陶瓷作载体。使用催化剂可降低燃烧温度，节省运行费用，但是主要缺点是微量的硫和铅的化合物会使催化剂中毒，而且特定的催化剂对每种有机污染物起到催化燃烧的作用是不同的，对有些有机污染物的去除可能无效。



在燃烧工艺中，为了节省能源，一般对燃烧使用或产生的热量进行利用。利用方式包括换热和回热两种。换热方式是利用换热器在燃烧后产生的高温气体和低温气体（进气或其他需要热源的气流）之间进行换热能量传递，回热方式是利用蓄热装置直接和气流进行交替热交换，因此热量利用的效率更高。 不同的燃烧工艺组合，形成4种基本的燃烧工艺方式：催化燃烧（换热），直接燃烧（换热），回热催化燃烧（RCO），回热燃烧（RTO）。在此基础上还形成了转轮富集燃烧，陶瓷过滤器等方式。



3、吸附-脱附-催化燃烧工艺 通过上述两种工艺的分析，可以得到上述两个处理工程的特点： 吸附工艺：适合低浓度情况，需要提供能量进行脱附再生，脱附出来的高浓度污染物需要进行再处理。 燃烧工艺：适合高浓度情况，合适的设计工艺可以在只需要补充少量能源情况下维持燃烧，并且可以产生富裕能量，可以彻底分解污染物，催化燃烧的运行费用更低。 结合上述两种工艺特点进行组合，得到吸附-脱付-催化燃烧工艺，可以扬长避短有效地将两种工艺应用到不同有机污染物处理场合，尤其是在大风量、低浓度的 VOC废气处理方面，是目前具有最高性价比的处理工艺方式。