VOCs主要指空气中的易挥发性有机化合物，以气体的形式存在于大气中，是空气污染的主要来源之一，是除SO2、NO之外又一类大气污染物，该类有机物多数为有毒，有恶臭的气体，某些有机物在阳光的照射下能与氧化剂发生光化学反应，形成光化学烟雾，在一次污染的同时还造成二次污染。
本文介绍了处理VOCs的一种新方法一一可逆式催化燃烧，可逆式催化燃烧可以在较低的温度下处理易挥发性有机物气体，与同类燃烧相比，能大量减少SO2、NO的排放；对有机物的浓度下限没有要求，不需要炉膛，没有明显的火焰，因而，可逆式催化燃烧器的结构比较紧凑，节约了材料和占有面积。它已在环境工程、低品位能源利用方面显示了广阔的应用前景，尤其是用于含有少量有机毒物的废气净化，引起国际上许多大公司和学术界的注意。
催化燃烧设备1、催化燃烧的基本原理
催化燃烧是典型的气-固相催化反应，其实质是活性氧参与深度氧化作用。在催化燃烧过程中，催化剂的作用是降性低活化能，同时使反应物富集于表面提高了反应速率。借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下，发生无焰燃烧，并氧化分解为CO-和H2O，同时放出大量热能，其反应过程为：
催化燃烧与直接燃烧相比，具有起燃温度低，能耗小的明显特点。与直接燃烧法所需温度与预热所耗功率的比较可以看出，催化燃烧时用于预热所消耗的功率仅为直接燃烧的40%～60%，在稳定运行情况下，达到起燃温度后便无需外界供热，从而可以节约大量的能源。催化燃烧法与直接燃烧法所需温度与预热所耗功率的比较见下表1：
2、可逆式催化燃烧原理
所谓可逆式催化燃烧反应器就是反应器原料气的进料方向做周期性的改变，也称为流向变换反应器。可逆式催化燃烧反应器主要包括一个催化剂固定床及一套用以实现周期性流向变换的阀门系统构成，参见图1：
固定床中间为催化剂层，两端为高热容的惰性填料（如陶瓷等）。开始反应前将固定床预热到催化剂的活化温度，然后引入原料气并按设定的周期开始流向变换。低温原料气进入固定床后，接近入口的床层逐渐被冷却下来，同时气体被加热。在催化床中间因为发生反应而放出大量的热，使气体温度升高。从反应区流出的高温气流与出口段内惰性填料进行换热，气流被冷却，填料被加热。流向变换之后，换向前的出口部分冷却下来，而原来入口部分由于热气流的通过而变热。经过若干个周期之后，反应器形成了一个拟定态，温度曲线的两端为陡峭的上升和下降部分，中间则形成平台区。流向变换反应器的这种特点使其特别适合于低浓度高气速的放热反应过程。
可逆式催化燃烧器针对可逆式催化燃烧器的特性研究，设计了相平台。如上图1所示：中间为燃烧器反应床，反应床中有催化剂的蜂窝状陶瓷載体，催化剂采用贵金属钯、铂、铑，比例为6:3:1；两端为蜂窝状陶瓷载体。在两端的惰性蓄热段利用加热圈进行预热，使其温度经过若干个周期后达到ⅤoCs的反应温度。
然后进入自热循环。1、2、3、4为两位两通的电磁控制阍门。电磁阀分为两组，1、4为一组，2、3为一组。当1、4打开时，2、3关闭；有机废气和空气的混合物流向如图1左图所示，此时反应器左端作为冷端被冷却，而气体被加热至反应温度，进入催化剂床层开始反应，反应后的气体温度迅速升高，当高温气流流到右端时，被冷却下来，而右端的蜂窝状陶瓷蓄热提被加热。然后，气体流向转换，如图1右图所示，过程和前半周期正好相反。左端被高温气流加热而把能量储存下来，而右端的蜂窝状陶瓷蓄热体被冷却。以此，反应器不需要外界加热，而只依靠自身的蓄热就能达到有有机废气的起燃温度，节约了能源。实验还对反应器各段温度，空气和有机废气的流量进行监测。
由于分布参数系统状态在空间的分布特性，测量位置具有无穷的自由度，因此测量位置的选择具有重要的意义，并且对状态估计的精度有很大影响。最佳测量位置意味着在有限的测量值条件下所能得到的关于系统的最佳状态估计。测量点的位置必需保证系统模型是可测的，且测量的最少个数与线性无关的过程外部扰动数相同。可逆式催化燃烧器的最佳测量位置已有不少研究工作，这些工作表明最佳测量位置对状态估计有很大影响，在可逆式催化布的测量并不需要，只要一个或两、三个最优或次优测量点就可以了，通常推荐把温度测量点放在扰动控制区的上游。
流向变换强制周期操作催化燃烧反应器中进行的是非定态反应过程，床层内温度、浓度分布均会依时变化，但在通常情况下，只要操作条件不随时间改变，经过若干次周期性换向后，相邻两个周期的对应时刻的温度、浓度分布将会越来越接近并随着时间的推移而最终重叠，一般将这样的状态称为循环定态或拟定态。本文所说的操作性能，除特别说明之外，都是指达到循环定态后的性能。从反应器启动至达到循环定态所需的时间与初始条件、操作条件和系统的固有特性有关。实验条件如表2所示：
可逆式反应器进入稳定运行后，它的温度曲线形成中间高、两侧低的分布情况，如图2所示：
可逆式催化燃烧器的热波曲线，好像波的传播一样沿着反应器的轴线方向做周期性的运动，如图3所示：
热波波形曲线沿着反应器轴线方向緩慢移动，它的运动速度远小于空气的运动速度，这是由于惰性材料导热系数非常小，蓄热缓慢，同时，散热冷却时也很慢。所以热波总是以远远小于空气的运动速度而缓慢的移动。热波的传播速度通常比气速小3-4个数量级，几乎与换向周期和反应物浓度无关。因而，可逆式燃烧器的运行十分稳定，不用频繁的转换周期，从而延长了电磁阀的寿命，也更加易于控制。这种稳定的运行方式，即使某些因素由于某些原因而发生波动，也不会影响整个系统的安全运行。正是由于这一点，使可逆式催化巘烧器控制运行的安全性和可靠性大大提高。
实验研究表明，在可逆式催化燃烧反应过程中，反应器床层温度曲线的形状和热波波峰温度是切换周期、空气速度和进料浓度对反应器性能景响的综合体现。进料浓度越大，变换周期越短，波峰越宽，峰温越高。当进料浓度明显低于设计值时，可以缩短切换周期以提高峰温，保证反应器不“熄火”。当进料浓度明显高于设计值时，可以增大切换周期以降低峰温，保证反应器不“飞温”。空气速度的影响比较复杂，当空气速度较小时，增大其可以使反应物有更加充足的氧气反应，有机废气能更好的燃烧，使系统温度升高；当空气速度达到一定的量时，氧气已经过剩，如果在继续增大空气速度，则会使系统由于带走的热量过多而温度降低。
可逆式催化燃烧技术在环境工程(VOCs的处理)、低品位资源利用(煤矿通风气制热发电，低浓度SO制硫酸等)等方面显示了独到的优势和广泛的应用前景，与传统反应技术相比，具有流程集成度更高、热回收效率更高、热回收成本低、自热操作性能好、占地面积少的突出优点，特别适合于低浓度反应物的放热反应过程。鉴于我国工业技术总体水平比较落后，VOCs的污染比发达国家要严重得多。可逆式催化巘烧技术的发展能很好的解决易挥发性有机物的污染，能有效地利用低品味的能源，非常适用在国内推广。因此大力开发这项技术是非常有意义的。
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