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活性炭+催化燃燒治理工藝及應用-鑫藍環保

文章出處：原創網責任編輯：蔡作者：蔡人氣：-發表時間：2025-06-06 00:00:00【大中小】

“活性炭吸附濃縮+催化燃燒”是一種高效、成熟且廣泛應用的揮發性有機物（VOCs）廢氣治理組合工藝，尤其適用于處理大風量、低濃度的有機廢氣。其核心思想是利用活性炭的吸附能力將低濃度廢氣濃縮，再通過催化燃燒高效處理濃縮后的高濃度氣體，實現節能、高效、達標排放。

工藝原理與流程

吸附階段（濃縮）：

低濃度VOCs廢氣（通常在幾百mg/m³ 到幾千mg/m³）首先經過預處理（如除塵、除濕、降溫等）后，進入吸附床（通常填充顆粒狀或蜂窩狀活性炭）。

廢氣中的VOCs分子被活性炭巨大的比表面積和豐富的微孔結構物理吸附在其表面。

經過吸附處理后的凈化氣體（VOCs濃度降至排放標準以下）直接通過煙囪達標排放。

此階段持續進行，直到活性炭吸附接近飽和。

脫附階段（濃縮氣釋放）：

當活性炭吸附接近飽和時（通常通過預設時間、出口濃度監測或壓差判斷），系統自動切換到脫附模式。

關閉待脫附吸附床的廢氣進氣閥和凈化氣排放閥。

開啟熱氣流（通常是熱空氣或熱氮氣），從吸附床的頂部或底部通入，逆向或同向吹掃活性炭層。熱氣流將活性炭床層加熱到80-120°C（具體溫度取決于VOCs種類和活性炭特性）。

在熱能作用下，被吸附的VOCs分子獲得能量，克服范德華力，從活性炭表面脫附下來。

脫附出來的VOCs氣體濃度比原始廢氣濃度高很多倍（通常可濃縮10-30倍，甚至更高），形成高濃度、小風量的脫附廢氣。

催化燃燒階段（氧化分解）：

高濃度的脫附廢氣被引入催化燃燒反應器（CO - Catalytic Oxidizer）。

反應器內填充有催化劑（通常是貴金屬Pt、Pd或過渡金屬氧化物如Mn、Cu、Ce等的負載型催化劑）。

在催化劑的作用下，VOCs氣體與空氣中的氧氣在相對較低的溫度（通常250-400°C）下發生無焰燃燒，被深度氧化分解成無害的二氧化碳（CO?）和水（H?O），并釋放熱量。

催化燃燒產生的高溫凈化氣（主要成分是CO?、H?O和N?）大部分熱量（通常60%～95%）通過換熱器被回收利用，用于預熱進入催化燃燒器的新鮮空氣（或直接用于脫附階段的熱源），大幅降低系統運行能耗。

小部分未能回收熱量的高溫凈化氣最終經煙囪排放（溫度已降至安全范圍）。

冷卻與切換：

脫附完成后，吸附床通常需要通入冷空氣進行冷卻，然后重新切換回吸附狀態，準備進行下一輪吸附。

系統通常設計為多吸附床輪換操作（如2床、3床、4床等），保證一個或多個床在吸附時，另一個床在脫附/冷卻，實現連續運行。

核心優勢

處理大風量、低濃度廢氣經濟高效：解決了直接燃燒或催化燃燒處理低濃度廢氣時能耗過高、不經濟的問題。

節能顯著：催化燃燒反應溫度低，且燃燒產生的熱量大部分被回收用于脫附和預熱，系統自持運行（維持催化燃燒溫度）所需的額外能量很少。

凈化效率高：吸附階段可去除大部分VOCs，催化燃燒階段對高濃度VOCs的去除率通常>95%，整體去除率可達90%～99%以上。

無二次污染：催化燃燒產物主要為CO?和H?O，基本不產生NOx、二噁英等二次污染物（前提是廢氣中不含S、Cl、F等易使催化劑中毒的元素）。

操作安全性相對較高：催化燃燒為無焰燃燒，反應溫度低，相比直接燃燒（RTO/RCO）爆炸風險更低（但仍需嚴格控制脫附濃度和溫度）。

適用范圍廣：可處理多種類型的VOCs（烴類、苯系物、酮類、酯類、醇類等），尤其適合成分復雜的混合廢氣。

主要應用領域

該工藝廣泛應用于產生大風量、低濃度VOCs廢氣的行業：

涂裝與噴涂行業：汽車制造、家具制造、金屬制品、機械制造等的噴漆、烤漆房廢氣。

印刷包裝行業：凹印、柔印、膠印、涂布、復合等工序產生的廢氣。

電子行業：半導體、液晶面板制造中的清洗、光刻、去膠等工序廢氣。

化工與制藥行業：反應釜排氣、儲罐呼吸氣、投料口廢氣、實驗室廢氣等（需注意成分對催化劑的影響）。

橡膠與塑料制品行業：混煉、擠出、注塑、壓延等工序廢氣。

食品與飼料行業：烘干、油炸、發酵、香料提取等產生的氣味和VOCs。

家具制造行業：木材干燥、膠合、油漆等工序廢氣。

其他：干洗行業、污水站臭氣處理等。

關鍵考慮因素與挑戰

廢氣成分：

含硫（S）、磷（P）、鹵素（Cl, F）、硅（Si）、重金屬等的化合物易使催化劑中毒失活，需預處理或慎用此工藝。

高沸點、粘性物質易在活性炭或催化劑上結焦。

催化劑：

選擇：需根據主要VOCs成分選擇合適的催化劑配方（貴金屬/非貴金屬）。

壽命與失活：催化劑有使用壽命，需定期更換。中毒、積碳、高溫燒結等會導致失活。

成本：貴金屬催化劑成本較高。

活性炭：

選擇：根據VOCs種類選擇合適孔徑和表面化學性質的活性炭（如椰殼炭、煤質炭、木質炭）。

損耗與再生：活性炭在脫附過程中會有一定損耗（粉化、氧化），需定期補充。部分系統設計有離線再生能力，但成本效益需評估。

安全性：吸附高濃度有機物后，活性炭床在通入熱空氣脫附時存在著火風險（尤其是吸附酮類等反應性物質時）。需嚴格控制脫附溫度、流速，并配備完善的安全措施（阻火器、泄爆片、溫度監控、氮氣保護等）。

系統設計與控制：

吸附/脫附切換策略：需要智能控制，確保吸附飽和及時切換，避免穿透。

熱能回收效率：換熱器設計至關重要，直接影響運行能耗。

脫附濃度控制：需確保進入催化燃燒器的廢氣濃度在安全范圍內（通常低于爆炸下限LEL的25%），避免反應器內溫度失控（“飛溫”）。

投資與運行成本：

初始投資較高：包含吸附床、催化燃燒器、換熱器、風機、閥門、控制系統等。

運行成本：主要為電耗（風機、電加熱補熱）、活性炭補充/再生費用、催化劑更換費用、定期維護費用。節能優勢主要體現在處理低濃度廢氣時相比直接燃燒。

總結

活性炭吸附濃縮+催化燃燒工藝是解決大風量、低濃度VOCs廢氣治理難題的有效方案。它結合了吸附濃縮和低溫催化氧化的優點，實現了高效凈化與能源回收的平衡。盡管在催化劑和活性炭管理、系統安全控制以及初期投資方面存在挑戰，但其突出的節能效果、高凈化效率和對復雜廢氣的適應性，使其在眾多工業領域獲得了廣泛應用。在實際應用中，需要根據具體的廢氣特性、排放要求和經濟條件進行精細化的設計和運行管理。

鑫藍環保科技（昆山）有限公司多年來專注于活性炭吸附濃縮+催化燃燒設計、制造和安裝。我們產品有RTO蓄熱焚燒、RCO蓄熱催化燃燒、CO催化燃燒、TO直燃爐、有機廢氣處理設備、冷凝回收、防爆除塵器、酸堿廢氣處理、濾筒除塵器、防爆除塵器、單機除塵器、倉頂除塵器、旋風除塵器、洗滌塔、活性炭吸附箱、靜電除油設備等。