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解吸后的有机物被浓缩（浓度比原来高几十倍），送入催化燃烧室进行催化燃烧。在250~300℃的催化剂上进行催化氧化，使其转化为无害的CO2和H2O并排放。当有机废气浓度达到2000ppm以上时，有机废气可在催化床内保持自燃，不需额外加热，燃烧后的尾气部分直接排入大气，大部分的热空气被回收到吸附床上进行活性炭的解析和再生。再生后的活性炭可用于下一次吸附。该设备可在两个气路下连续工作。当工作量较大时，设置两个吸附床交替使用。

催化燃烧和直接燃烧（如RTO），虽然发生的化学反应是完全相同的，都生成二氧化碳和水（也可以称为矿化产物）。但是前者在较低温度下发生，通常300 oC左右；后者需要较高的温度，通常在800 oC左右。因此，催化燃烧是无火焰的低温反应，直接燃烧是有火焰的高温反应，前者更为安全。

催化燃烧设备技术习惯上称为CO（catalyticoxidation），英文的字面是催化氧化；而热力燃烧技术习惯上称为TO（Thermal oxidation），英文的字面是热力氧化。考虑到很多科学中采用“catalytic combustion”，英文的字面是催化燃烧。因此，我认为叫催化燃烧更为科学。

催化燃烧过程是在催化燃烧装置中进行的。有机废气先通过热交换器预热到200～400℃，再进入燃烧室，通过催化剂床时，碳氢化合物的分子和混合气体中的氧分子分别被吸附在催化剂的表面而活化。由于表面吸附降低了反应的活化能，碳氢化合物与氧分子在较低的温度下迅速氧化，产生二氧化碳和水。催化燃烧反应的关键是选择合适的催化剂。对催化剂的要求是：活性高,特别要低温活性好,以便在尽可能低的温度下开始反应。燃烧反应是放热反应，释放出大量的热可使催化剂的表面达到 500～1000℃的高温，而催化剂容易因熔融而降低活性，所以要求催化剂能耐高温。