VOC废气处理 之 催化焚烧方法（CTO，RCO）

催化焚烧方法

催化焚烧炉（Catalytic Thermal Oxidizer，Katalytischer Nachverbrennung），德语简称KNV，英语简称CTO或CO。后面称之为CTO，以区别一氧化碳。

从结构上看CTO与TO很相像，区别在于CTO的燃烧室末端有一个催化剂床，也叫触媒床。催化剂可以降低反应物的活化能，提高反应效率，故可以降低反应温度。CTO的燃烧室温度一般为320℃到430°C之间。因为温度降低，所以外部燃料的消耗量会降低，同时燃烧室的尺寸也会减小，投资费用和直接运行费用降低。

但催化剂本身价格较高。在VOC处理中使用的催化剂一般为金属氧化物，如二氧化锰，或贵金属，象铂和钯。贵金属催化剂对毒物（poison，Gift）和堵塞（Fouling，blinding，Verstopfung）的抗拒力强，使用寿命会长一点。

催化剂毒物指的是会使催化剂丧失活性的物质，如卤代物、重金属、硫、磷、砷和硅树脂等。若废气中含有这些毒物，则不能考虑催化法。

在废气中污染物浓度波动比较剧烈的情况下，短期的污染物负荷峰值会导致燃烧室温度骤然升高，过高的温度会导致催化剂失活。

过低的运行温度不仅会导致反应无法发生，还会导致VOC被催化剂吸附。这些被吸附的VOC在温度升高后会脱附出来，有形成爆炸气氛的风险。为了避免这种情况，要

一、对废气进入催化反应区前的温度进行监测，并设定最低温度值，当温度低于这个值时自动切断废气的路径；

二、催化热氧化设备升温过程中使用的气流必须确保不含有可燃烧物质；

三、必须定时检查催化功能，重新确定催化反应要求的温度。

催化反应所要求的温度并不是各种催化剂特有的固定的特征值，而是取决于要处理的物质的种类。同时，随着催化剂的老化、中毒和堵塞，反应温度会被要求逐步提高。

单个催化氧化设备的废气处理量一般在30,000 Nm3/h以下，最高不超过40,000 Nm3/h。CTO的热效率为60% - 70%（借助外部热回用装置）；VOC处理效率达99％以上；自热起始浓度为3.5 g/Nm3左右。

将催化焚烧炉做成RTO的结构，在各个陶瓷蓄热填料床的上方铺上一层催化剂就变成了RCO（Regenerative Catalytic Oxidizer，蓄热式催化氧化炉)。

图2-5 催化焚烧法（CTO）原理简图

在德国，20世纪90年代CTO和RCO因为运行成本低的优势扩张非常迅猛，但只过了几年缺点就暴露出来了，慢慢淡出，传统的TO和RTO又回归了主流。总之，选用CTO或者RCO要很谨慎，其应用场合中，废气应该连续、稳定，浓度没有大的波动，不含毒物，颗粒物应低于10mg/m3。

美国环保总局有一篇文献（在网上使用关键词EPA-452/F-03-018可以搜索到）《大气污染控制技术之催化焚烧炉》（Air Pollution Control Technology Fact Sheet - Catalyst Incinerator）中提及：催化焚化炉也用于控制下列工业的污染物的排放（EPA，1992）[16]：

• 清漆炊具；
• 铸造核心炉；
• 滤纸加工炉；
• 胶合板单板烘干机；
• 汽油散装装运站；
• 合成有机化学制造业（SOCMI）的工艺通风；
• 橡胶制品和聚合物制造和
• 聚乙烯、聚苯乙烯和聚酯树脂制造。
  

我建议在这些工业领域可以放心使用CTO，其它工业领域则要三思。

RTO和RCO的比较

美国环保总局另有一篇文献（EPA-452/F-03-021[18]），比较了RTO和RCO，文献题目是《大气污染控制技术之蓄热式焚烧炉》（Air Pollution Control Technology Fact Sheet - RegenerativeIncinerator)，部分内容大致翻译如下供参考：

技术类型： 热能氧化或催化氧化破坏工艺

适用污染物： VOC。RCO还可控制CO（一氧化碳）。

可达到的处理效果： RTO典型的设计范围为95~99%，RCO为90~99%。采用贵金属催化剂的RCO可以达到98%的一氧化碳破坏率；RTO系统则达不到这个水平。

典型的工业应用： ......最适合于处理大风量（大于2.4Nm3/s），低浓度（低于1000ppmv）的废气。......需要预处理去除废气中的固体颗粒物和可冷凝物质。对于RCO，基于贵金属（铂或钯）的催化剂可以忍受氯等卤素，但是在废气含有比如颗粒物、硅、砷、磷和重金属等物质的情况下，仍然潜在有中毒的可能性。

废气特征：

a 风量： 2.4~ 240 Nm3/s

b 温度：

RTO一般在760~820℃，最高可达1000℃以达到最高的破坏率；RCO大约400℃。

c 污染物负荷：

进口浓度可以低到100ppmv以下。对于焚烧炉，从安全角度出发，废气中有机物的浓度必须稳定控制在其爆炸下限（LEL）以下，规定采用的安全系数为4，即控制在LEL的25%以下。必要时采用环境空气进行稀释。

d 其它

RCO对固体颗粒和VOC废气条件比较敏感，所以必须要详尽调研废气的特性。

预处理要求： ......相较于RTO，RCO受颗粒物的影响更大。

成本信息：

优点：

RTO

a 低能耗

b 运行温度高，VOC破坏率高

c 对氯化物相对不敏感

d 一般低NOx排放

RCO

a 运行温度低，能耗较RTO低

b 还可以去除CO

c NOx比RTO低

缺点：

RTO

a .投资费用高

b 安装难度大费用高

c 体积大，重

d 动组件维护费用高

RCO

前3项与RTO相同

d 动组件和催化剂监测维护费用高

e 有中毒风险。贵金属催化剂相对稳定。

f 必须先去除颗粒物。

g 更换后的催化剂不可再生，需专门处置

------

本文摘自《VOC废气焚烧处理工程漫谈》。此书于2021年11月下旬开始在如下微信公众号中连载：

李煜SGH

学习

内容很全面，谢谢分享