沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+催化燃燒

1、VOCs的種類繁多、成分復雜、性質(zhì)各異，在很多情況下采用一種凈化技術(shù) 往往難以達到治理要求，且不經(jīng)濟。利用不同單元治理技術(shù)的優(yōu)勢，采用組合治 理工藝，不僅可滿足排放要求，而且可降低凈化設備的運行費用。因此，在有機 廢氣治理中，采用兩種或多種凈化技術(shù)的組合工藝得到了迅速發(fā)展。沸石轉(zhuǎn)輪濃 縮技術(shù)就是針對低濃度VOCs的治理而發(fā)展起來的一種新技術(shù)，與催化燃燒或高 溫焚燒進行組合，形成了沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+焚燒技術(shù)。技術(shù)研究現(xiàn)狀蜂窩轉(zhuǎn)輪吸附+催化燃燒處理技術(shù)是20世紀70年代由日本發(fā)明的一種有機 廢氣處理系統(tǒng)，吸附裝置是用分子篩、活性碳纖維或含碳材料制備的瓦楞型紙板 組裝起來的蜂窩轉(zhuǎn)輪，吸附與脫附氣流的

2、流向相反，兩個過程同時進行。這種系 統(tǒng)在20世紀80年代初被我國引進和仿制，但由于吸附元件（蜂窩轉(zhuǎn)輪）以及系 統(tǒng)關鍵部位連接技術(shù)都不過關，吸附與脫附的竄風問題未得到根本解決，設備性 能不穩(wěn)定，因此國內(nèi)應用較少，一直未能得到推廣。20世紀80年代末研制設計了固定床吸附+催化燃燒處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將 吸附材料裝填在固定床中，再將吸附床與催化燃燒裝置組合成凈化處理系統(tǒng)。該 工藝系統(tǒng)的原理與上述蜂窩轉(zhuǎn)輪吸附+催化燃燒技術(shù)基本相同，但由于單件吸附 床的吸附與脫附再生過程分開進行，在操作上克服了蜂窩轉(zhuǎn)輪凈化系統(tǒng)吸、脫附 易串氣的缺點。經(jīng)不斷改進，系統(tǒng)配置更加合理，凈化效率高，運行節(jié)能效果顯 著，在技術(shù)上達

3、到國際先進水平。該工藝系統(tǒng)非常適合處理大氣體量、低濃度的 VOCs廢氣，其單套系統(tǒng)的廢氣處理量可以從幾千m3/h到十幾萬m3/h。該技術(shù) 是我國真正自主創(chuàng)新的VOCs廢氣治理工藝，自1989年首次在國內(nèi)推廣，到目 前已有數(shù)百套該類系統(tǒng)與裝置在使用。已經(jīng)成為國內(nèi)工業(yè)VOCs廢氣治理的主流 產(chǎn)品之一，并預計在未來仍將有很大的應用前景。利用催化燃燒法進行工業(yè)有機廢氣治理，已普遍應用于汽車噴涂、磁帶制造 和飛機零部件噴涂等。催化燃燒技術(shù)將揮發(fā)出來的大量有機溶劑充分燃燒。催化 劑采用多孔陶瓷載體催化劑，催化前的預熱溫度視VOCs種類而不同：聚氨酯 380C480C，聚酯亞胺480C580C ；有機物濃度

4、約1600mg/m3，凈化效率 平均為99%。轉(zhuǎn)輪濃縮+催化燃燒新工藝1技術(shù)概況針對現(xiàn)行各種方法在處理低濃度、大風量的VOCs污染物時存在的設備投資 大、運行成本高、去除效率低等問題，國內(nèi)企業(yè)研發(fā)了一種用于處理低VOCs濃 度、大風量工業(yè)廢氣的高效率、安全的處理工藝。該方法的基本構(gòu)思是：采用吸 附分離法對低濃度、大風量工業(yè)廢氣中的VOCs進行分離濃縮，對濃縮后的高濃 度、小風量的污染空氣采用燃燒法進行分解凈化，通稱吸附分離濃縮+燃燒分解 凈化法。具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的吸附轉(zhuǎn)輪被安裝在分隔成吸附、再生、冷卻三個區(qū)的 殼體中，在調(diào)速馬達的驅(qū)動下以每小時38轉(zhuǎn)的速度緩慢回轉(zhuǎn)。吸附、再生、冷卻三個區(qū)分別與處

5、理空氣、冷卻空氣、再生空氣風道相連接。 而且，為了防止各個區(qū)之間竄風及吸附轉(zhuǎn)輪的圓周與殼體之間的空氣泄漏，各個 區(qū)的分隔板與吸附轉(zhuǎn)輪之間、吸附轉(zhuǎn)輪的圓周與殼體之間均裝有耐高溫、耐溶劑 的氟橡膠密封材料。含有VOCs的污染空氣由鼓風機送到吸附轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū)，污 染空氣在通過轉(zhuǎn)輪蜂窩狀通道時，所含VOCs成分被吸附劑所吸附，空氣得到凈 化。隨著吸附轉(zhuǎn)輪的回轉(zhuǎn)，接近吸附飽和狀態(tài)的吸附轉(zhuǎn)輪進入到再生區(qū)，在與高 溫再生空氣接觸的過程中，VOCs被脫附下來進入到再生空氣中，吸附轉(zhuǎn)輪得到 再生。再生后的吸附轉(zhuǎn)輪經(jīng)過冷卻區(qū)冷卻降溫后，返回到吸附區(qū)，完成吸附/脫 附/冷卻的循環(huán)過程。由于該過程再生空氣的風量一般僅

6、為處理風量的1/10，再 生過程出口空氣中VOCs濃度被濃縮為處理空氣中濃度的10倍，因此，該過程 又被稱為VOCs濃縮除去過程。1號風機帶動含VOCs廢氣經(jīng)過轉(zhuǎn)輪a區(qū)域，a區(qū)域為吸附區(qū)，根據(jù)不同的目 標物可在轉(zhuǎn)輪中填充不同的吸附材料。吸附了 VOCs的a區(qū)域隨轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動來到b 區(qū)域進行脫附。流經(jīng)傳熱1的高溫氣流將吸附于轉(zhuǎn)輪上的VOCs脫附下來，并經(jīng) 過傳熱2達到起燃溫度，隨后進入催化燃燒室進行催化氧化反應。由于轉(zhuǎn)輪脫附 之后又要進行吸附，所以在脫附區(qū)域旁邊設冷卻區(qū)域c，以空氣進行冷卻，冷卻 之后的溫空氣經(jīng)傳熱1變成脫附用熱空氣。催化燃燒反應之后的熱氣流將部分熱 量傳遞給傳熱2、傳熱1后排至空氣

7、。為了防止催化燃燒室溫度過高，設置第三 方冷卻線路用于催化燃燒室的緊急降溫。整個系統(tǒng)由2個監(jiān)控系統(tǒng)組成，PC1負 責監(jiān)控催化燃燒室、傳熱器的溫度（其內(nèi)部設電輔熱裝置以平衡溫度波動），PC2 負責風機控制，根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)進氣流量。PC2屬于PC1的子級系統(tǒng)，當PC1 監(jiān)測到溫度波動超過允許范圍時立刻將信息傳遞給PC2, PC2將收到的信息轉(zhuǎn)成 指令傳遞給各風機。2新工藝的特點（1）吸附區(qū)旁路內(nèi)循環(huán)的建立。當廢氣經(jīng)過吸附區(qū)吸附后不達標，進入旁 路內(nèi)循環(huán)，再次進行吸附處理。此旁路內(nèi)循環(huán)的基本思路為消滅現(xiàn)有污染再吸納 新的污染。（2）冷卻風旁路建立。在工況十分復雜的情況下，VOCs濃度有可能陡然升

8、高，此時將部分冷卻風引入到吸附區(qū)以降低脫附風量，同時在傳熱2后補充新風， 以維系進入催化反應器的風量在預設范圍以內(nèi)。此旁路的基本思想是以新風對高 濃度VOCs進行稀釋，因而從效果上看，此法也會延長治理時間。（3）與傳統(tǒng)工藝相比，該整個系統(tǒng)采用引風機設計，便于對旁路的調(diào)控。 去掉給催化燃燒裝置用的降溫鼓風機，此機治標不治本，改為在轉(zhuǎn)輪部分控制 VOCs濃度。（4）催化燃燒室去掉電輔熱系統(tǒng)，改由傳熱2對空氣加熱到VOCs起燃溫 度，并利用反應放熱使催化燃燒室溫度穩(wěn)定在500C600C范圍內(nèi)。（5）轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速易調(diào)，則在2的情況下可以適當提高轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速，減少單位面 積轉(zhuǎn)輪單位時間內(nèi)吸附VOCs的量，從而保

9、障系統(tǒng)的安全。轉(zhuǎn)輪吸附的影響因素當吸附材料確定后，影響轉(zhuǎn)輪裝置吸附性能的主要因素是轉(zhuǎn)輪運行轉(zhuǎn)輪吸附 濃縮-催化燃燒工藝流程圖參數(shù)和進氣參數(shù)。Yosuke等認為，一定范圍內(nèi)進氣負 荷的變化可通過轉(zhuǎn)速、濃縮比、再生風溫度等轉(zhuǎn)輪運行參數(shù)調(diào)節(jié)，以維持預定的 性能；Lin等將蜂窩轉(zhuǎn)輪應用于TFT-LCD產(chǎn)業(yè)廢氣處理，當處理高排放濃度時， 將入流速度降至1.5m/s，濃縮比降至8,轉(zhuǎn)速增至6.5r/h，再生風溫度升至220C， 系統(tǒng)去除效率可達90%以上;Hisashi等指出最佳轉(zhuǎn)速由再生風熱容量與吸附劑熱 容量平衡決定。1濃縮比轉(zhuǎn)輪通過吸附-脫附以獲得低流量的濃縮氣體，因此濃縮比是轉(zhuǎn)輪性能的一 個重要指

10、標，定義為進氣流量與再生風流量的比值F，低濃縮比雖然可以保證高 去除效率，但增加再生風量的同時也增加了脫附能耗，而且濃縮氣體的濃度亦隨 著脫附風量的增加而降低。當濃縮比從14減少至6時，甲苯的出口濃度僅從4.7mg/m3降低至01.5mg/m3，但濃縮后的甲苯濃度從1345mg/m3降至576mg/m3, 如此低的濃度不利于后續(xù)燃燒或冷凝單元處理。因此，在確保系統(tǒng)設定的去除率 前提下，合理選擇濃縮比至關重要。工程應用上，濃縮比應兼顧效率與能耗，對 于高濃度廢氣，可選擇低濃縮比以確保去除率；而對于低濃度廢氣，適當選擇高 濃縮比有利于系統(tǒng)整體能效比提高。2轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速吸附與脫附在轉(zhuǎn)輪運行周期中是同步進

11、行的，兩者互為影響并共同決定轉(zhuǎn)輪 的去除效率，而轉(zhuǎn)速的大小意味著吸附和脫附時間長短。當轉(zhuǎn)速低于最佳轉(zhuǎn)速時， 相應的運行周期變長，其脫附區(qū)的再生充分，但是其相對吸附能力入隨著轉(zhuǎn)速n 的減小而減小，在溫度分布曲線上表現(xiàn)為吸附區(qū)的曲線下降明顯，這是由吸附放 熱少引起的，反映了吸附率的降低。而當轉(zhuǎn)速大于最佳轉(zhuǎn)速時，溫度曲線表現(xiàn)為 只有脫附區(qū)前段少部分能被加熱到再生溫度，因此最佳轉(zhuǎn)速是脫附與吸附的最佳 平衡。最佳轉(zhuǎn)速本質(zhì)上是吸附和脫附時間的控制，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)輪去除率最大。實際 應用時，因受多種因素影響，轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速為配合其他參數(shù)變化可控制在一區(qū)間值。3再生風溫度吸附劑的解析再生存在一個特征溫度（最低清洗溫度），

12、高于該溫度可以獲 得更快的解析速率，同時消耗更小的脫附風量。4進氣參數(shù)實際工程中，有機廢氣一般都含有水分，部分相對濕度甚至達到80%。而水 分可能與污染物形成吸附競爭，占據(jù)轉(zhuǎn)輪吸附空間而降低污染物去除效率，因此 抗?jié)裥允呛饬课叫阅艿闹匾笜酥?。在一定條件下，最佳轉(zhuǎn)速與進氣流速成正比，當進氣流速提高時，轉(zhuǎn)速應相 應提高，如果轉(zhuǎn)速未根據(jù)流速進行相應提高，運行值低于最佳轉(zhuǎn)速其相對吸附能 力入隨著轉(zhuǎn)速n的減小而減小，在溫度分布曲線上表現(xiàn)為吸附區(qū)的曲線下降明顯， 反映了吸附率的降低。因此對于高濃度有機廢氣，控制低進氣流速十分必要，或 可相應地提高轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+催化燃燒的關鍵點吸附分離濃縮+燃燒

13、分解凈化法的核心技術(shù)是高效吸附分離濃縮過程以及所 采用的具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的吸附轉(zhuǎn)輪。1沸石型號的選擇及性能研究疏水性沸石轉(zhuǎn)輪的研制，需要把加工成波紋形和平板形陶瓷纖維紙用無機黏 合劑黏接在一起后卷成具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)輪，并將疏水性分子篩涂敷在蜂窩狀 通道的表面制成吸附轉(zhuǎn)輪，應用于工業(yè)廢氣中VOCs的凈化處理過程。2轉(zhuǎn)輪工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化濃縮比：轉(zhuǎn)輪通過吸附-脫附以獲得低流量的濃縮氣體，因此濃縮比是轉(zhuǎn)輪 性能的一個重要指標，定義為進氣流量與再生風流量的比值F。轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速：吸附與脫附在轉(zhuǎn)輪運行周期中是同步進行的，兩者互相影響并共 同決定轉(zhuǎn)輪的去除效率，而轉(zhuǎn)速的大小意味著吸附和脫附時間長短。再生風溫度：吸附劑的解析再生存在一個特征溫度（最低清洗溫度），高于 該溫度可以獲得更快的解析速率同時消耗更小的脫附風量。密封性不佳會使轉(zhuǎn)輪在應用中存在竄風問題，因而結(jié)構(gòu)的密封是一個非常重 要的控制點。催化劑的選擇。性能良好的催化劑應