实验六 催化燃烧法净化挥发性有机污染物

催化燃烧处理挥发性有机废气工程实例分析摘要:采用催化燃烧工艺处理江苏某化工企业 VOCs 废气，论述了该企业有机废气的收集和处理现状、催化燃烧装置工艺流程及运行参数。

系统设计处理能力为 1000 m3 /h，处理装置总投资 31. 5万元，年运行成本 4. 32 万元。

经催化燃烧装置处理后，废气中丙烯醛浓度 0.83 mg /m3，去除率达到 94. 9% ，非甲烷总烃浓度 2. 36 mg /m3，去除率为 93. 2% ，均满足《化学工业挥发性有机物排放标准》( DB32 /3151－2016) 表 1 标准。

化工行业是江苏的支柱性行业，根据《十三五规划全国分行业 VOC 排放基数－江苏》，江苏省工业源VOCs排放量为108.07 万吨，其中化学工业( 除石化外) VOCs排放量23. 20万吨，占工业源排放量的21. 47% ，成为江苏省VOCs的重要源头之一［1］。

我国“十三五规划纲要”中明确提出:“在重点区域、重点行业推进挥发性有机物排放总量控制，全国排放总量下降10% 以上”［2］，而化工合成企业作为 VOCs 的重要来源，对其废气的净化治理也迫在眉睫。

目前，处理含 VOCs 废气的方法主要有焚烧法、催化燃烧法、冷凝法、吸收法、吸附法、生物法、膜分离法等［3－4］。

其中，焚烧法处理低浓度有机废气时能耗较大［5］，一般适用于处理较高浓度有机废气。

而冷凝法和吸收法对低浓度有机废气处理效果较差，一般需与其他处理工艺( 如活性炭吸附等) 联用［6］，而现有生物法则对高浓度有机废气处理效果有限［7］。

膜分离法是一种新型的处理技术，但由于处理污染物单一、成本高等缺陷，应用较少［8］。

催化燃烧技术由于具有起燃温度低、可抑制 NOx 等污染物的形成、适用范围广、净化效果好、能耗低等优点［2，9］，广泛应用于处理含 VOCs 废气。

催化燃烧是典型的气－固相催化反应，其原理是在催化剂的作用下，有机废气中的碳氢化合物在温度较低的条件下迅速被氧化成 H2O 和 CO2［10－12］。

催化燃烧处理挥发性有机废气工程实例分析催化燃烧处理挥发性有机废气工程是一种常用的废气处理技术，通过将废气中的有机物在高温条件下与氧气一起参与催化反应，将有机物氧化为CO2和H2O，从而实现废气的净化。

该技术具有高效、节能、安全等优点，在各个行业的废气处理中得到广泛应用。

以化工企业为例，该企业生产过程中产生了大量的挥发性有机废气，这些废气中含有丙烯腈，苯和甲苯等有机物。

由于这些废气具有较高的毒性、可燃性和挥发性，直接排放会对环境和人体健康造成严重危害，因此该企业决定引入催化燃烧技术进行废气处理。

根据企业的废气特点和处理要求，设计了一套催化燃烧处理挥发性有机废气工程方案。

该方案主要包括以下几个主要步骤：1.废气收集和预处理：通过管道将产生的挥发性有机废气收集起来，并进行预处理。

预处理主要包括除尘和除油，以防止杂质对催化剂的污染和损害。

2.催化剂选择和装置设计：根据废气成分和处理要求，选择合适的催化剂。

常用的催化剂有贵金属催化剂和钼钛等复合氧化物催化剂。

催化剂通常是以颗粒或泡沫的形式存在于催化床中，通过流通废气使其与催化剂接触反应，并在高温条件下进行燃烧反应。

3.催化燃烧反应和控制：废气经过预处理后，进入催化燃烧装置。

废气在催化剂的催化作用下，与氧气发生燃烧反应，有机物被氧化为CO2和H2O。

在反应过程中，需要控制催化床的温度、氧气浓度和废气流量等参数，以保证反应的高效进行。

4.热能回收和废气排放：催化燃烧反应产生的热能可以通过换热设备回收利用，用于加热或蒸汽产生。

废气经过燃烧后，经过处理后的废气即可安全排放到大气中。

通过以上的催化燃烧处理挥发性有机废气工程方案，该化工企业成功地实施了废气处理工程。

经过一段时间的运行，废气排放达标，企业实现了环境目标的同时，还得到了经济效益的提升。

此外，该工程还具有可持续性和可复制性，可以为其他类似企业提供参考和借鉴。

vocs、nox催化降解本科生实验课随着工业化进程的加快，大气污染问题日益严重，特别是挥发性有机化合物（VOCs）和氮氧化物（NOx）的排放对环境和人类健康造成了严重威胁。

因此，研究和开发有效的VOCs和NOx催化降解技术成为了亟待解决的问题。

本科生实验课程将通过实验的方式，介绍vocs、nox催化降解的基本原理和实验方法。

我们需要了解什么是VOCs和NOx。

VOCs是指在常温下易挥发的有机化合物，如甲醛、苯等。

它们来自于工业生产、交通尾气、室内装修等多个方面。

NOx则是指氮氧化物，包括一氧化氮、二氧化氮等，主要来自于燃煤、汽车尾气等燃烧过程中。

这两类污染物对空气质量和人体健康都有不可忽视的影响。

在催化降解这个实验中，我们将使用催化剂来加速VOCs和NOx 的降解过程。

催化剂是一种能够在化学反应中降低活化能、加速反应速率的物质。

常见的催化剂有金属氧化物、贵金属等。

在本实验中，我们选用了一种常用的催化剂：二氧化钛。

实验的第一步是制备催化剂。

我们将二氧化钛粉末加入适量的溶液中，通过搅拌和离心等操作，获得均匀悬浮液。

接下来，我们将悬浮液转移到一个加热器中，并加热至一定温度。

这一步的目的是使催化剂充分分散在溶液中，提高反应效率。

制备好催化剂后，我们需要进行活化处理。

活化处理是为了提高催化剂的活性，并去除表面吸附的杂质物质。

常见的活化处理方法有高温煅烧和紫外光照射等。

在本实验中，我们选择了紫外光照射活化的方法。

通过将催化剂悬浮液暴露在紫外光源下，可以激发催化剂表面的电子，提高催化活性。

活化处理完成后，我们将准备好的催化剂与待降解的VOCs和NOx 混合。

实验中，我们可以选择将VOCs和NOx分别加入催化剂悬浮液中，或者将它们混合后再加入。

然后，我们将反应体系置于恒温搅拌器中，保持一定的反应时间。

通过调节反应时间和温度，我们可以控制反应的速率和效果。

实验结束后，我们需要对反应产物进行分析和检测。

常见的分析方法有气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）和紫外可见光谱分析等。

催化燃烧技术处理挥发性有机化合物的研究进展摘要：现如今，在挥发性有机化合物的处理中，催化燃烧技术多样化、适用范围广。

本文从贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂、钙钛矿型催化剂、尖晶石型催化剂、催化作用机理和水蒸汽的影响等几个方面进行概述。

关键词：催化；燃烧技术；挥发性；有机化合物；研究进展1.催化燃烧技术处理概述催化燃烧技术是将有机化合物气体在较低的温度下，在催化剂的表面发生无火焰燃烧，彻底分解为水蒸汽与二氧化碳，同时释放热量。

要求催化剂能够在较低的起燃温度下实现 VOCs 的燃烧，并全部氧化分解为二氧化碳和水蒸汽，同时放出大量热能，方程式如下：2.催化燃烧技术处理 VOCs研究进展2.1贵金属型催化剂理论上几乎所有的金属都可以作为催化剂，在实际应用中以铂、铑、银、钯、钌等最为常见，其中铂、铑应用最广。

Huang等以邻二甲苯为目标降解物、γ-Al 2 O3为载体，研究了Pd、Pt、Au、Ag、Rh 等五种贵金属的降解性能，结果表明Pd/γ-Al2O3 的催化活性高于其他四种（Pd/γ-Al2O3＞Pt/γ-Al2O3 ＞Ag/γ-Al2O3 ＞Rh/γ-Al2O3＞Au/γ-Al2O3），160 ℃时的催化效率超过90%。

同样是以γ-Al2O3 作为催化剂载体，0.5 Pd/γ-Al 2O3、0.5 Pt/γ-Al 2O3、0.5Ru/γ-Al2O3 和0.16 Pd/0.16Pt/0.16 Ru（数字表示负载在γ-Al2O3上的金属材料质量分数）对甲醇的催化燃烧显示，T100的温度分别为220、190、210 和150 ℃。

骆潮明等以Pd 为活性组分，制备了整体式催化剂 Pd/Al2O3 /Fe-Ni 用于低浓度甲烷的催化燃烧，当反应器内温度达到 550 ℃时，甲烷的降解率达到 98 %左右。

贵金属型催化剂可以实现对VOCs 的低温催化燃烧、催化降解效率较高、不易硫中毒。

2.2非贵金属催化剂2.2.1过渡金属氧化物型催化剂贵金属型催化剂不适合大规模工业推广，对过渡金属氧化物作为催化剂的探索逐步发展。

催化燃烧去除VOCs污染物的进展一、本文概述随着工业化的快速发展，挥发性有机物（VOCs）的排放问题日益严重，对环境和人类健康造成了巨大的威胁。

催化燃烧作为一种高效、环保的VOCs处理技术，近年来受到了广泛关注。

本文旨在全面综述催化燃烧技术在去除VOCs污染物方面的最新进展，包括催化剂的研究、反应机理的探讨、工艺优化以及实际应用案例等。

通过梳理和分析相关文献，本文旨在为相关领域的研究人员和技术人员提供有益的参考，推动催化燃烧技术的进一步发展和应用。

在概述部分，本文将首先介绍VOCs污染物的来源、危害以及治理的重要性。

随后，将重点介绍催化燃烧技术的原理、特点以及与传统燃烧技术的区别。

在此基础上，本文将综述催化燃烧技术在催化剂研究、反应机理、工艺优化等方面的最新进展，并评估其在实际应用中的效果。

本文还将讨论催化燃烧技术面临的挑战和未来的发展趋势，以期为VOCs污染治理领域的研究和实践提供有益的启示。

二、催化燃烧技术原理催化燃烧技术是一种高效的VOCs污染物去除方法，其基本原理是利用催化剂降低燃烧反应的活化能，使VOCs在较低的温度下发生完全氧化反应，生成无害的二氧化碳和水。

催化燃烧技术的核心在于催化剂的选择和设计，合适的催化剂能够显著提高反应速率，降低反应温度，从而实现高效、低能耗的VOCs去除。

催化燃烧过程通常包括三个基本步骤：吸附、表面反应和脱附。

VOCs分子被吸附到催化剂的表面活性位点上；然后，在催化剂的作用下，VOCs分子与氧气发生氧化反应，生成二氧化碳和水；反应产物从催化剂表面脱附，完成整个催化燃烧过程。

催化剂的种类和性能对催化燃烧效果具有重要影响。

目前，常用的催化剂主要包括贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂和复合催化剂等。

贵金属催化剂如铂、钯、铑等具有较高的催化活性，但成本较高；过渡金属氧化物催化剂如铜、锰、铁等氧化物具有较好的催化性能和稳定性，成本相对较低；复合催化剂则通过不同催化剂的协同作用，进一步提高催化燃烧效果。

催化燃烧技术净化有机废气技术叙述了有机废气催化燃烧技术的实质、特点、应用范围、工艺流程，分析了催化剂组成、中毒原因、防中毒机制和预处理目的，结合实际应用中的工艺条件探讨催化燃烧技术存在的问题和今后的研发方向。

有机废气通常含有挥发性有机物（VOCs），世界各国通过立法不断限制VOCs 的排放量，美国《净化大气法》强调在未来几年要减少189种有毒化学品90%的排放，其中70%的化学品是挥发性有机化合物。

2013年国家环保部发布的《挥发性有机物（VOCs）污染防治技术政策》中指出：VOCs污染防治应遵循源头和过程控制与末端治理相结合的综合防治原则。

要求到2020年，基本实现VOCs从原料到产品、从生产到消费的全过程减排。

有机废气末端治理工艺中，催化燃烧技术适于处理大流量、低浓度有机废气，符合当今社会倡导的高效低耗、节能环保的理念。

1 催化燃烧法应用特点催化燃烧技术（AOGC）是典型的气—固相催化反应，其实质是由活性氧参与的有机物质深度氧化。

这种有机物质氧化是发生在固体催化剂表面，吸附作用使有机分子富集而提高了反应速率，借助催化剂降低了反应的活化能，使其在较低的起燃温度下进行无焰燃烧，产生CO 2、N 2 和H 2 O，并放出大量的热量。

催化燃烧与传统的火焰燃烧相比主要有下列优点。

（1）无火焰燃烧，安全性好，净化率大于95%。

（2）对可燃组分浓度和热值限制较小，起燃温度低，能耗少，运转费用低。

（3）适应氧浓度范围大，燃烧缓和操作管理方便。

（4）起燃温度低，很大程度抑制了空气中N 2高温燃烧形成热力型NO x。

同时，选择性催化作用，限制燃料中含氮化合物（RNH）的氧化过程，使其多数形成氮气（N 2），减少了二次污染。

（5）催化燃烧几乎可以处理所有烃类和恶臭气体等成分复杂的各种有机废气，适用范围广。

对于有机化工、涂料、绝缘材料等行业排放的低浓度、多组分，没有回收价值的有机废气均有较好处理效果。

缺点是工艺条件要求严格，废气不应含催化剂毒物或影响其寿命和净化效率的尘粒、雾滴。

实验六 催化燃烧法净化挥发性有机污染物一、实验目的涂料，印刷，喷漆，电缆等行业的生产过程中会排放出含有多种烃类化合物的废气，这些废气的排出对大气环境将造成严重污染。

催化燃烧法可在较低温度下对这些有机废气进行处理，且不产生二次污染，不受组分浓度限值，应用广泛。

催化剂活性优劣直接影响治理效果。

因此催化剂选择是否得当，将是实现该法的决定因素之一。

本实验利用丙酮作为有机污染物，净化处理。

本实验要求如下：1、 弄清自行设计并安装实现催化反应的工艺流程，掌握有关仪器设备使用方法；2、 了解催化剂活性测定基本方法，并学习选择和评价催化剂；3、 学会工艺条件试验方法，通过实验选择适宜的工艺参数，为催化反应提供设计依据。

二、实验原理烃类化合物在一定温度下可发生氧化反应，生成无毒的二氧化碳和水。

若采用适宜的氧化型催化剂，则可使燃烧温度降低（300～400℃），且无火焰产生。

丙酮在催化剂作用下，将发生深度氧化反应。

O3H 3CO 422233+⎯⎯→⎯+催化剂O COCH CH催化反应一定要在一定温度下才能发生，这个温度称为起燃温度，不同催化剂起燃温度不同，起燃温度高低及丙酮转化率大小是评价催化剂活性的标志。

三、实验装置、流程仪器设备和试剂本实验流程分为三部分：配气部分，催化反应部分和测试部分。

配气部分：空气泵减压分成两路，一路作为稀释气体进出混合器，一路进入丙酮发生器，将挥发的丙酮带出，然后也进入混合器，气体混合均匀，测定其浓度；反应部分：混合器预热后进入催化床，并穿过催化剂层，内装200ml催化剂。

该反应管置于管式反应器之后，当管式加热器电加热达到一定温度后，丙酮便在催化剂上反应。

反应后气体通过取样口进行间歇取样，经夹套水冷却后进行测量，由此可以得到丙酮组分浓度，并计算其催化转化效率：%1000×−=ii C C C η经过催化反应器后未分解的丙酮气体，在利用活性炭进行吸附处理后排放到大气中。

四、实验步骤1、将200ml MnOx/Al2O3催化剂装入反应管，将200ml 10～20目石英砂装入气体混合管，按照流程将各单元连接起来。

催化燃烧去除VOCs污染物的最新进展作者：宋伟才来源：《世界家苑》2018年第08期摘要：目前能够有效处理VOCs（挥发性有机物）的技术是催化燃烧，本篇文章主要从催化剂载体、催化剂活性组分、水蒸汽的影响、有效组分颗粒大小和催化燃烧反应中的积碳等内容，总结了近些年催化燃烧去除VOCs的最新进展。

根据分析可得，双组分贵金属催化剂和选择有效的载体是贵金属催化剂研究主要研究的重点；而非金属催化剂的研究就主要集中在钙钛矿、过渡技术复合氧化物及尖晶石型等催化剂的研制，另外还有载体对催化燃烧VOCs反应活性的影响及这些活性组分粒徑大小；除此之外，催化燃烧VOCs的反应还会受到催化剂积碳识货和水蒸汽等问题的影响。

希望通过本文的研究分析，可以为相关的从业人员提供一定参考借鉴。

关键词：催化燃烧；挥发性有机化合物；进展引言：VOCs（挥发性有机物）指的是在常压下沸点低于260℃，常温下饱和蒸汽压高于70Pa的有机化合物，如芳香烃、烯烃、醇类等，我们日常生活中比较常见的有装修材料、建筑材料、机动车尾气、厨房油烟等排放源；而在工业主要有石化工业和化工两种排放源，油漆、涂料和印刷工业的生产和使用。

VOCs（挥发性有机物）大部分都是有气味、有毒，甚至部分的还有致癌的风险，对人类的健康会产生巨大的威胁。

近些年来，VOCs已经成为我国污染源的主要组成，相关的危害事故也在不断出现，目前研究VOCs净化处理技术已经是社会关注的重点。

一、催化燃烧催化剂活性组分一般情况下，工业上的催化剂都是由助剂、活性成分和载体等组成，其中活性组分和它的颗粒大小、分布、催化剂载体对催化的寿命和效果具有比较大的影响。

贵金属和非贵金属是用于催化燃烧VOCs的催化剂的两个活性成分，其中贵金属主要是应用于低温催化燃烧，其优点是良好的抗硫性、较高的活性，缺点是价格比较高、资源短缺、活性组分容易烧结和挥发，容易引起氯中毒；非贵金属氧化物催化剂则包括了尖晶石型、钙钛矿型以及符合氧化物催化剂等，相比较贵金属来说，价格比较低，催化性能也相对比较好。

催化燃烧去除挥发性有机化合物的研究进展作者：马文娇来源：《科技视界》 2014年第32期马文娇（宁夏师范学院化学与化学工程学院，宁夏固原 756000）【摘要】本文综述了近年来VOCs催化氧化所用的催化剂，包括贵金属催化剂和金属氧化物催化剂；金属氧化物催化剂的研究主要是过渡金属氧化物、尖晶石氧化物和钙钛矿金属氧化物催化剂的研制。

本文的综述将为筛选合适的催化活性组分催化燃烧处理VOCs提供一定的参考。

【关键词】挥发性有机化合物；催化燃烧；贵金属催化剂；金属氧化物催化剂挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，简称VOCs[1]）指的是具有较高蒸汽压，常温常压下容易挥发的一类非甲烷有机化合物。

VOCs是常见的污染物，由于其来源广、危害大已成为仅次于颗粒污染物的第二大大气污染物。

通常VOCs处理方法可分为两大类[2]：一类是所谓非破坏性技术即回收法，另一类是所谓破坏性技术即消除法。

回收法是通过物理方法，在一定温度、压力下，用选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来分离挥发性有机化合物；消除法是通过化学或生物反应，用光、热、催化剂和微生物等将有机物转化为水和二氧化碳。

催化燃烧技术涉及领域非常广泛，主要包括环境工程、化工、催化反应和自动检测控制等，在我国仍处于发展阶段。

在催化燃烧技术中，催化剂性能的优劣对催化效率和降低运行成本有着决定性的影响。

催化燃烧催化剂属于固体催化剂，一般由载体、活性组分和助催化剂等组成，按照催化剂所使用的活性组分的不同，催化剂可以分为贵金属催化剂和金属氧化物催化剂（非贵金属催化剂）两大类[3]。

本文作者从催化剂制备方法、活性组分种类、颗粒大小以及载体效应等方面对近年来国内外催化燃烧的研究成果进行了综述。

1 贵金属催化剂贵金属催化剂具有低温高活性的特点，即起燃温度低，完全燃烧温度与起燃温度相差很小。

用于催化燃烧的贵金属催化剂有Pt、Pd、Rh、Ru等，但目前最常用的为Pt和Pd两种。

催化燃烧在VOCS中治理的运用及研究发布时间：2021-12-13T03:00:09.622Z 来源：《科学与技术》2021年9月26期作者：卢学学谢勇强[导读] 本文从原理、特点以及相关催化剂等方面，对VOCs治理中常见的催化燃烧法进行了研究分析，以供参考。

卢学学谢勇强德州市生态环境局，山东省德州市253000德州市生态环境局乐陵分局，山东省德州市253000摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，其对环境的污染也越来越严重。

废弃污染物VOCs主要来自石油化工、印刷工业等行业，此类大气污染物有着十分重要的作用，能够对环境造成极大的影响。

本文从原理、特点以及相关催化剂等方面，对VOCs治理中常见的催化燃烧法进行了研究分析，以供参考。

关键词：催化燃烧法；VOCs治理；运用及研究引言当前，VOCs治理方法主要有两类:冷凝法、膜分离法、吸附法、吸收法等回收处理技术和直接燃烧、催化燃烧、光催化和低温等离子等氧化处理技术。

回收处理技术可以将污染物转化为产品，净化效率较高，但仅适用于高浓度或价值较高的VOCs去除;而对于中低浓度的VOCs常采用氧化技术，但光催化、低温等离子因在使用过程中副产臭氧问题而被限制。

相比于光催化及低温等离子体方法，燃烧法具有适用范围广、去除率高、二次污染少、能量可回收等优势。

其中的催化燃烧法由于操作温度低(200～400℃)、安全性高、能耗小等特点，目前已广泛应用于工业VOCs的治理。

1化工行业VOCs的来源根据化工企业的具体生产过程，VOCs排放主要来自于设备动静密封点泄漏、有机液体储存与调和挥发损失、有机液体装卸挥发损失、废水集输、储存、处理处置过程逸散、燃烧烟气排放、工艺有组织排放、工艺无组织排放、采样过程排放、火炬排放、循环冷却水系统释放、非正常工况(含开停工及维修)排放、事故排放。

2燃烧法对挥发性有机废气的处理2.1直接燃烧法直接燃烧法就是最初的燃烧技术，就是直接燃烧VOCs，该方法只需要直接在焚烧炉中加入VOCs，就能够对其进行高温燃烧，高温能够加快VOCs向CO2和H2O的转化速度，其可以达到99%的脱除效率，如果有机废气中只含有少量的VOCs，此时就无法进行充分地燃烧，因此，需要做好对相关措施的采取，例如燃烧时对辅料的添加，能够使VOCs得到完全的燃烧，最终VOCs能够全部转变为CO2和H2O，此类CO2和H2O不会对空气造成污染。