RTO之VOCs经过(催化)燃烧处理后产生一氧化碳的分析

发布时间：2019-08-02 23:43:00 点击：

RTO焚烧炉、RTO专业生产厂家无锡泽川环境2019年8月3日讯  VOCs燃烧处理技术，通常指热力燃烧（TO）和催化燃烧（CO），也包含RTO，RCO，及其浓缩-燃烧技术。

VOCs燃烧技术是当前普遍认可的高效、彻底的处理技术，因此最近几年得到了广泛的应用。昨天在微信群里看到一位环保设备老总问，为什么在二甲基甲酰胺（DMF）催化燃烧处理后检测到了一氧化碳（化学分子式为CO），而且浓度还不低”。

按照这位老总的理解是，催化燃烧不可能产生一氧化碳。针对这个问题，根据我30多年的VOCs催化剂研发的经验，作如下讨论，供参考。

下图是DMF催化燃烧后的烟气分析，检测到大量CO，和NOx。

1. 燃料不充分燃烧产生一氧化碳

冬天经常发生燃气热水器使用过程的一氧化碳中毒，是由于燃气在燃烧过程不充分产生了一氧化碳；汽车尾气中的大量一氧化碳也是汽油（柴油）在发动机内燃烧不充分产生的。包括家里的煤气灶，在使用过程也会产生一氧化碳。也就是说一氧化碳是不完全燃烧的产物之一，如果能组织良好的燃烧过程，也就是具备充足的氧气、充分的混合，足够高的温度和较长的滞留时间，中间产物一氧化碳最终会燃烧完毕。

可见，只要是燃烧，不管是热力燃烧（TO）和催化燃烧（CO）都有生产一氧化碳的可能。

2. 催化燃烧产生一氧化碳的分析

前面讲过，只要是燃烧，就存在产生一氧化碳的可能。其本质是一氧化碳是燃烧的中间产物。燃烧过程产生的一氧化碳（CO），如果来不及进一步氧化（燃烧）生成二氧化碳，就会残留在烟气中。VOCs在催化剂表面反应是一个极其复杂的过程，目前对反应机理（反应过程）的认识还很肤浅。通常认为VOCs分子首先在催化剂表面吸附，然后VOCs分子中的某些化学键得到活化或者断裂，进一步和活化的氧分子或气相氧反应，经过复杂过程生成最终产物二氧化碳。

VOCs在催化燃烧过程会生成各种中间产物，如有机酸、一氧化碳。但是这些中间产物如果不能进一步有效的氧化，就会在排放口检测到有机酸、一氧化碳，这涉及到串联反应的相对反应速度问题。以乙醇氧化，生成中间产物一氧化碳为例，反应过程如下：

上述两个反应，如果反应速度K2大大的大于k1时，一旦生成一氧化碳（CO）就立即转化为二氧化碳（CO2），这种情况下，在最终产物中不会出现CO。但是，如果反应速度K2小于k1时，反应生成一氧化碳（CO）在有限的反应时间内无法转化为二氧化碳（CO2），这种情况下，在最终产物中就会出现CO。

大多数情况下一氧化碳在催化剂表面的氧化反应速度很快，所以催化燃烧处理VOCs不会生成一氧化碳。但是，当反应物（VOC）特殊，催化剂性能不足，氧气不够充分，设备设计不合理时，就会产生一氧化碳。

3. DMF催化燃烧产生CO的可能性分析

由于没有详细做过相关的研究，一下分析是根据我对催化反应的认识展开的。如下是DMF分子结构。

DMF分子中包含有C-N键、C-H键和C=O键。下表是VOCs中常见化学键的键能（详见：光解技术的思考和逃逸臭氧的利用及消除，铂锐催化  2017-10-28），从下表可以看出DMF分子中的C-N键最弱，使得C-N键最容易断裂，生成ˑCH3和ˑHCO。ˑCH3和ˑHCO很容易转化为一氧化碳（CO），当催化剂的CO氧化活性不足时，就会产生CO。于有些催化剂对CO的氧化能力往往是不够的，也是在实际工况中生成大量CO的原因之一。可见，由于DMF的特殊性，需要选择性能更优的、针对DMF的催化剂。

由于DMF是含N有机物，如何让N元素转化为N2，减少NOx的生成，这是另外一个话题，这里不做展开了。