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活性炭+催化燃燒治理工藝及應(yīng)用-鑫藍(lán)環(huán)保

文章出處：原創(chuàng)網(wǎng)責(zé)任編輯：蔡作者：蔡人氣：-發(fā)表時(shí)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(yīng)用的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）廢氣治理組合工藝，尤其適用于處理大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)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(shí)現(xiàn)節(jié)能、高效、達(dá)標(biāo)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(jīng)過預(yù)處理（如除塵、除濕、降溫等）后，進(jìn)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(jié)構(gòu)物理吸附在其表面。

經(jīng)過吸附處理后的凈化氣體（VOCs濃度降至排放標(biāo)準(zhǔn)以下）直接通過煙囪達(dá)標(biāo)排放。

此階段持續(xù)進(jìn)行，直到活性炭吸附接近飽和。

脫附階段（濃縮氣釋放）：

當(dāng)活性炭吸附接近飽和時(shí)（通常通過預(yù)設(shè)時(shí)間、出口濃度監(jiān)測(cè)或壓差判斷），系統(tǒng)自動(dòng)切換到脫附模式。

關(guān)閉待脫附吸附床的廢氣進(jìn)氣閥和凈化氣排放閥。

開啟熱氣流（通常是熱空氣或熱氮?dú)猓瑥奈酱驳捻敳炕虻撞客ㄈ耄嫦蚧蛲虼祾呋钚蕴繉印釟饬鲗⒒钚蕴看矊蛹訜岬?/font>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(fēng)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(yīng)器（CO - Catalytic Oxidizer）。

反應(yīng)器內(nèi)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(fù)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(duì)較低的溫度（通常250-400°C）下發(fā)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(chǎn)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(yù)熱進(jìn)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(tǒng)運(yùn)行能耗。

小部分未能回收熱量的高溫凈化氣最終經(jīng)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(jìn)行冷卻，然后重新切換回吸附狀態(tài)，準(zhǔn)備進(jìn)行下一輪吸附。

系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)為多吸附床輪換操作（如2床、3床、4床等），保證一個(gè)或多個(gè)床在吸附時(shí)，另一個(gè)床在脫附/冷卻，實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行。

核心優(yōu)勢(shì)

處理大風(fēng)量、低濃度廢氣經(jīng)濟(jì)高效：解決了直接燃燒或催化燃燒處理低濃度廢氣時(shí)能耗過高、不經(jīng)濟(jì)的問題。

節(jié)能顯著：催化燃燒反應(yīng)溫度低，且燃燒產(chǎn)生的熱量大部分被回收用于脫附和預(yù)熱，系統(tǒng)自持運(yùn)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(duì)高濃度VOCs的去除率通常>95%，整體去除率可達(dá)90%～99%以上。

無二次污染：催化燃燒產(chǎn)物主要為CO?和H?O，基本不產(chǎn)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(duì)較高：催化燃燒為無焰燃燒，反應(yīng)溫度低，相比直接燃燒（RTO/RCO）爆炸風(fēng)險(xiǎn)更低（但仍需嚴(yán)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(fù)雜的混合廢氣。

主要應(yīng)用領(lǐng)域

該工藝廣泛應(yīng)用于產(chǎn)生大風(fēng)量、低濃度VOCs廢氣的行業(yè)：

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

印刷包裝行業(yè)：凹印、柔印、膠印、涂布、復(fù)合等工序產(chǎn)生的廢氣。

電子行業(yè)：半導(dǎo)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(yè)：反應(yīng)釜排氣、儲(chǔ)罐呼吸氣、投料口廢氣、實(shí)驗(yàn)室廢氣等（需注意成分對(duì)催化劑的影響）。

橡膠與塑料制品行業(yè)：混煉、擠出、注塑、壓延等工序廢氣。

食品與飼料行業(yè)：烘干、油炸、發(fā)酵、香料提取等產(chǎn)生的氣味和VOCs。

家具制造行業(yè)：木材干燥、膠合、油漆等工序廢氣。

其他：干洗行業(yè)、污水站臭氣處理等。

關(guān)鍵考慮因素與挑戰(zhàn)

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(yù)處理或慎用此工藝。

高沸點(diǎn)、粘性物質(zhì)易在活性炭或催化劑上結(jié)焦。

催化劑：

選擇：需根據(jù)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?zé)Y(jié)等會(huì)導(dǎo)致失活。

成本：貴金屬催化劑成本較高。

活性炭：

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

損耗與再生：活性炭在脫附過程中會(huì)有一定損耗（粉化、氧化），需定期補(bǔ)充。部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)有離線再生能力，但成本效益需評(píng)估。

安全性：吸附高濃度有機(jī)物后，活性炭床在通入熱空氣脫附時(shí)存在著火風(fēng)險(xiǎn)（尤其是吸附酮類等反應(yīng)性物質(zhì)時(shí)）。需嚴(yán)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(jiān)控、氮?dú)獗Ｗo(hù)等）。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)切換，避免穿透。

熱能回收效率：換熱器設(shè)計(jì)至關(guān)重要，直接影響運(yùn)行能耗。

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

投資與運(yùn)行成本：

初始投資較高：包含吸附床、催化燃燒器、換熱器、風(fēng)機(jī)、閥門、控制系統(tǒng)等。

運(yùn)行成本：主要為電耗（風(fēng)機(jī)、電加熱補(bǔ)熱）、活性炭補(bǔ)充/再生費(fèi)用、催化劑更換費(fèi)用、定期維護(hù)費(fèi)用。節(jié)能優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在處理低濃度廢氣時(shí)相比直接燃燒。

總結(jié)

活性炭吸附濃縮+催化燃燒工藝是解決大風(fēng)量、低濃度VOCs廢氣治理難題的有效方案。它結(jié)合了吸附濃縮和低溫催化氧化的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)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(tǒng)安全控制以及初期投資方面存在挑戰(zhàn)，但其突出的節(jié)能效果、高凈化效率和對(duì)復(fù)雜廢氣的適應(yīng)性，使其在眾多工業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的廢氣特性、排放要求和經(jīng)濟(jì)條件進(jìn)行精細(xì)化的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理。

鑫藍(lán)環(huán)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(shè)計(jì)、制造和安裝。我們產(chǎn)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(jī)廢氣處理設(shè)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(jī)除塵器、倉(cāng)頂除塵器、旋風(fēng)除塵器、洗滌塔、活性炭吸附箱、靜電除油設(shè)備等。