對于有毒、有害、無須回收的VOCs，熱氧化是一種較徹底的處理方法。根據(jù)燃燒溫度不同，熱氧化法可分為三種：熱力燃燒、蓄熱燃燒和催化氧化。

熱力燃燒

熱力燃燒（thermal oxidizer，TO）一般指的是氣體焚燒爐，它由助燃劑、混合區(qū)和燃燒室組成。助燃劑（天然氣、石油等）作為輔助燃料，燃燒產(chǎn)生的熱量在混合區(qū)對VOCs廢氣進(jìn)行預(yù)熱，燃燒室為預(yù)熱后的廢氣提供足夠大的空間和足夠長的時間以完成最終的氧化反應(yīng)。該氧化器的一個最大缺點(diǎn)是輔助燃料價格太高，致使裝置的操作費(fèi)用很高。

燃燒溫度一般大于1000℃，為實(shí)現(xiàn)熱能回收，在燃燒爐后端或出口加裝間接熱交換器，把從燃燒室排出的高溫氣體所帶的熱量傳遞給氧化裝置進(jìn)口處的低溫氣體或其他熱載體。熱回收率最高可達(dá)85%，顯著降低了輔助燃料的消耗。

蓄熱燃燒

蓄熱燃燒（regenerative thermal oxidizer，RTO）是在熱氧化裝置中加入蓄熱體，預(yù)熱VOCs廢氣，再進(jìn)行氧化反應(yīng)。熱氧化溫度一般在700～900℃，蓄熱式熱交換器占用空間小，熱回收率可達(dá)95%以上，輔助燃料消耗少（甚至不用輔助燃料）。RTO不能處理含有顆?；蝠ば晕镔|(zhì)的VOCs廢氣。

RTO裝置可分為閥門切換式和旋轉(zhuǎn)式。閥門切換式RTO有2個或多個陶瓷填充床，通過閥門切換改變氣流的方向，從而達(dá)到預(yù)熱VOCs廢氣的目的。圖9-5是典型的兩床式RTO示意圖，其主體結(jié)構(gòu)由燃燒室、兩個陶瓷蓄熱床和兩個切換閥組成。當(dāng)VOCs廢氣由引風(fēng)機(jī)送入蓄熱床層1，被該床層加熱后，在燃燒室氧化燃燒，燃燒后的高溫?zé)煔馔ㄟ^蓄熱床層2，降溫后的煙氣通過切換閥排放；當(dāng)蓄熱床層2溫度升高后，VOCs廢氣經(jīng)切換閥從蓄熱床層2進(jìn)入，被該床層加熱后，在燃燒室氧化燃燒，燃燒后的高溫?zé)煔馔ㄟ^蓄熱床層1，降溫后的煙氣通過切換閥排放。如此周期性切換，實(shí)現(xiàn)VOCs廢氣連續(xù)處理。

近年來，學(xué)者們又研發(fā)了旋轉(zhuǎn)式RTO。該裝置由一個燃燒室、一個分成幾瓣獨(dú)立區(qū)域的圓柱形陶瓷蓄熱床和一個旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)向器組成。通過旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)向器的旋轉(zhuǎn)，就可改變陶瓷蓄熱床不同區(qū)域的氣流方向，從而連續(xù)地預(yù)熱、氧化燃燒VOCs廢氣。相對于閥門切換式RTO，旋轉(zhuǎn)式RTO只有旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)向器一個活動部件，運(yùn)行更可靠，維護(hù)費(fèi)用更低，缺點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)向器不易密封，泄漏量大，影響VOCs的凈化效率。

催化氧化

催化氧化（catalytic oxidizer，CO）是用催化劑使廢氣中可燃物質(zhì)在較低溫度下氧化分解的凈化方法，又稱催化燃燒。大多數(shù)碳?xì)浠衔镌诖呋瘎┳饔孟峦耆趸瘻囟葹?00～450℃。與熱力燃燒相比，催化氧化所需輔助燃料少，能量消耗低，設(shè)備體積小。但是，催化劑中毒、催化床層更換和清潔等問題，影響了這種方法在實(shí)際過程中的推廣。

催化氧化裝置主要由熱交換器、燃燒室、催化反應(yīng)器、熱回收系統(tǒng)和凈化煙氣的排氣筒等部分組成。其凈化過程是：含VOCs廢氣在進(jìn)入燃燒室以前，先經(jīng)過熱交換器被預(yù)熱后送至燃燒室，在燃燒室內(nèi)達(dá)到所要求的反應(yīng)溫度，氧化反應(yīng)在催化反應(yīng)器中進(jìn)行，凈化后煙氣經(jīng)熱交換器釋放出部分熱量，再由排氣筒排入大氣。

催化燃燒裝置設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮的問題有：

a.氣流和溫度均勻分布；

b.便于清洗和更換；

c.輔助燃料和助燃；

d.催化劑活性和使用壽命，包括熱穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

熱氧化設(shè)備在設(shè)計(jì)上需要考慮的重點(diǎn)：

熱氧化溫度

（1）自燃溫度法：以前，熱氧化爐設(shè)計(jì)或運(yùn)行由于缺乏詳細(xì)的數(shù)據(jù)，其溫度控制是很粗糙的。羅斯（1977）建議，設(shè)計(jì)溫度可取“高于VOCs自燃溫度幾百度”。自燃溫度是在無火花或火焰的空氣中VOCs自行燃燒的溫度。過高的溫度會導(dǎo)致熱氧化爐高投資費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)用，因此，預(yù)測溫度高于實(shí)際需要的溫度，可能會影響熱氧化爐的選用。

（2）統(tǒng)計(jì)模型法：一種更精確的統(tǒng)計(jì)模型來預(yù)測動力學(xué)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)溫度。模型依賴于大量VOCs的性質(zhì)，其中最重要的是自燃溫度、停留時間、氫原子與碳原子在分子中的比率。這個方法有更高的相關(guān)系數(shù)，預(yù)測溫度的標(biāo)準(zhǔn)偏差約20°F。

（3）反應(yīng)速率常數(shù)法：Cooper、Alley和 Overcamp 在1982年結(jié)合碰撞理論與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)分子量和HC的類型，提出了碳?xì)浠衔镌?40～1140 K范圍內(nèi)熱氧化的一個“有效”一級速率常數(shù)k的預(yù)測方法。

熱氧化爐設(shè)計(jì)

（1）物質(zhì)和能量平衡。通過對VOCs熱氧化過程物料和能量平衡，可以計(jì)算在給定物料下完成氧化燃燒所需要的燃?xì)饬髁俊?/p>

（2）設(shè)備尺寸。熱氧化室需要通過湍流確保足夠的混合和推流狀態(tài)。一般地，建議燃燒室進(jìn)口流速為6.0～12m/s，整個裝置主體的平均流速為3～6m/s。停留時間與反應(yīng)溫度等相關(guān)，通常0.4～0.9s停留時間是足夠的。

熱氧化催化劑

（1）壓降是催化氧化爐設(shè)計(jì)的一個關(guān)鍵。一般地，催化劑是將貴金屬（如鈀或鉑），也有鉻、錳、銅、鈷和鎳等，沉積在氧化鋁載體上，以形成最小的壓力降。蜂窩結(jié)構(gòu)催化劑壓力降為0.05～0.5mH2O/m（以催化床層高計(jì)），是顆粒結(jié)構(gòu)催化床層的1/20。除了高活性和低壓降外，催化劑必須能夠抵抗磨損（破碎、破損或其他機(jī)械磨損），經(jīng)受高溫沖擊，并且具有較長的使用壽命。

（2）催化燃燒爐所處理的氣體流必須不含顆?；蝠ば晕镔|(zhì)。此外，氣流不應(yīng)該含有相當(dāng)濃度的使催化劑中毒的化合物，如硫、氯、鉛等元素。除中毒和堵塞外，催化劑機(jī)械磨損、熱老化、熱燒結(jié)和炭黑掩蔽（PM與氣體或重?zé)N氧化后表面形成的煙塵顆粒）等也是操作過程經(jīng)常遇到的問題。因此，所有催化劑使用一定時間后必須更換（通常是3～5年）。

熱回收

熱回收是VOCs熱氧化工藝設(shè)計(jì)另一個需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。回收熱能的一種非常普遍的方法是安裝熱交換器。如前面所述的間壁式燃燒處理器，換熱器是用來預(yù)熱進(jìn)口廢氣。除了預(yù)熱燃燒前廢氣外，VOCs熱氧化產(chǎn)生的熱能還可以加熱水制得蒸汽，用于預(yù)熱液體流或與新鮮空氣混合以提供熱風(fēng)干燥流。

安全問題

濃度、氧含量、操作模式（連續(xù)或間歇）等是熱氧化工藝非常關(guān)鍵的因素。為使成本最小化，通常將VOCs廢氣控制較高的濃度。然而，VOCs存在爆炸極限。為保險起見，設(shè)計(jì)進(jìn)氧化室的VOCs最大濃度為25%的VOCs爆炸下限（LEL）。實(shí)際工程中，廢氣中VOCs濃度僅為LEL濃度的5%或更低。如果能從5%聚集到25%的LEL，被焚燒的總量將下降80%。

以上就是今天分享的全部內(nèi)容