沸石轉(zhuǎn)輪吸附-熱空氣脫附催化燃燒在VOCs治理方面的應(yīng)用

1、前言
目前，霧霾天氣時(shí)常發(fā)生，影響環(huán)境中的空氣質(zhì)量，揮發(fā)性有機(jī)物（簡(jiǎn)稱VOCs）是污染環(huán)境質(zhì)量的重要因素[1,2]。VOCs是個(gè)成分多樣，特性不同，主要有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二異氰酸酯（TDI）、二異氰甲苯酯等，正常情況下利用原有的單一的廢氣處理模式無(wú)法達(dá)到治理要求的混合型氣體[3]；VOCs產(chǎn)生大致可以分為：工業(yè)企業(yè)排放、汽車尾氣排放、油品揮發(fā)、溶劑使用源、燃燒源等，因VOCs會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生直接或間接傷害，且污染的范圍不僅是在排放地附近，也可通過(guò)氣流運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散到一個(gè)城市和區(qū)域[4,5]。為了保護(hù)好大氣環(huán)境，還我們一個(gè)健康的生活，控制VOCs排放至關(guān)重要，國(guó)家也意識(shí)到了治理VOCs的重要性，已經(jīng)相應(yīng)的出臺(tái)了一系列環(huán)保政策，針對(duì)VOCs治理專項(xiàng)技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生，其中沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+熱空氣脫附催化氧化技術(shù)就是將多種廢氣通過(guò)沸石轉(zhuǎn)輪進(jìn)行吸附濃縮，同時(shí)再與催化燃燒組合的一種新技術(shù)。
2、治理原理
本技術(shù)是利用沸石吸附的面積大和不同溫度下分子間作用力不同的原理，經(jīng)催化燃燒后分解VOCs進(jìn)行設(shè)計(jì)。
在低溫狀態(tài)下，大風(fēng)量的吸附風(fēng)機(jī)把車間內(nèi)的VOCs經(jīng)過(guò)過(guò)濾箱過(guò)濾掉大顆粒物質(zhì)，而后經(jīng)過(guò)沸石分子篩轉(zhuǎn)輪吸附，通過(guò)沸石轉(zhuǎn)輪的氣體可直接排放；當(dāng)吸附有大量VOCs的沸石轉(zhuǎn)輪進(jìn)入高溫脫附區(qū)時(shí)，小風(fēng)量的熱空氣氣體將沸石轉(zhuǎn)輪上的VOCs分子脫附出來(lái)轉(zhuǎn)換成高濃度廢氣，利用脫附風(fēng)機(jī)送入后端的催化燃燒系統(tǒng)進(jìn)行催化燃燒處理，分解產(chǎn)生的熱量部分通過(guò)內(nèi)部換熱再次進(jìn)入催化燃燒系統(tǒng)，降低能量損耗，部分分解后的氣體直接排放到空氣中，在此過(guò)程中，電控系統(tǒng)嚴(yán)格控制催化產(chǎn)生的熱量，當(dāng)超過(guò)設(shè)定值時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)脫附管路的自動(dòng)閥門補(bǔ)冷風(fēng)降低廢氣濃度，減少熱量的生成；兩部分子系統(tǒng)相互結(jié)合，反復(fù)循環(huán)，當(dāng)無(wú)VOCs產(chǎn)生后可停止設(shè)備運(yùn)行，同時(shí)為了設(shè)備的治理和安全，在停止催化氧化系統(tǒng)后需對(duì)該部分設(shè)備進(jìn)行一個(gè)降溫，保護(hù)設(shè)備正常使用。
3、廢氣處理過(guò)程
3.1沸石分子篩轉(zhuǎn)輪吸附濃縮
沸石是一種晶體結(jié)構(gòu)的礦石，而我們用到的沸石分子篩就屬于沸石的化合物。
沸石分子篩轉(zhuǎn)輪分為三部分：吸附區(qū)、脫附區(qū)和冷卻區(qū)，每個(gè)部分都是由耐熱、耐溶劑的密封材料分隔開(kāi)來(lái)。沸石轉(zhuǎn)輪可以在各個(gè)功能區(qū)域內(nèi)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，同步進(jìn)行吸附脫附冷卻。
VOCs通過(guò)前端的過(guò)濾器進(jìn)行初步過(guò)濾后，到沸石分子篩轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū)。在吸附區(qū)（吸附區(qū)面積為S1）有機(jī)廢氣中VOCs被沸石分子篩吸附除去，有機(jī)廢氣被凈化后從沸石分子篩轉(zhuǎn)輪直接排出，通過(guò)煙囪進(jìn)入空氣。
吸附在轉(zhuǎn)輪上的VOCs，在脫附區(qū)經(jīng)過(guò)約200℃小風(fēng)量的熱風(fēng)處理而被脫附、濃縮，濃縮倍數(shù)一般為5~25倍。濃縮倍數(shù)n=吸附面積*吸附速度/脫附面積/脫附速度。
脫附后的沸石轉(zhuǎn)輪在冷卻區(qū)被冷卻。經(jīng)過(guò)冷卻區(qū)的空氣，經(jīng)過(guò)加熱后作為再生空氣使用，達(dá)到節(jié)能的效果。以上流程反復(fù)循環(huán)，達(dá)到廢氣凈化的目的。
3.2催化燃燒
催化氧化燃燒利用轉(zhuǎn)輪經(jīng)過(guò)脫附區(qū)后，VOCs 進(jìn)入脫附管路，經(jīng)過(guò)脫附風(fēng)機(jī)進(jìn)入換熱器換熱，催化燃燒產(chǎn)生的部分熱量經(jīng)過(guò)換熱被VOCs重新帶入催化燃燒器內(nèi)，加熱升溫進(jìn)行催化劑催化處理，催化燃燒技術(shù)可以在較低溫度（300℃~500℃）下實(shí)現(xiàn)對(duì)VOCs95%以上凈化效率，完全反應(yīng)后生成CO2和H2O，同時(shí)放出大量熱，產(chǎn)生的熱量一部分通過(guò)混合罐進(jìn)入轉(zhuǎn)輪脫附區(qū)對(duì)吸附在轉(zhuǎn)輪上的VOCs進(jìn)行脫附；一部分進(jìn)入換熱器換熱，換熱后的部分熱量通過(guò)煙囪排出，另一部分被經(jīng)過(guò)換熱器的VOCs重新帶入催化燃燒器。反復(fù)循環(huán)利用，可以最大限度的降低能量損耗，同時(shí)實(shí)現(xiàn)廢氣自我催化分解的效果。
3.3電氣控制
沸石轉(zhuǎn)輪吸附－熱空氣脫附催化燃燒對(duì)VOCs治理的實(shí)現(xiàn)還需要一套相對(duì)應(yīng)的電控系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用PLC控制，具備設(shè)備自動(dòng)/手動(dòng)、本地/遠(yuǎn)程、吸附風(fēng)機(jī)風(fēng)速切換控制、同時(shí)還配備了設(shè)備工況監(jiān)視、流程畫(huà)面顯示、參數(shù)顯示及設(shè)置、報(bào)警顯示、自動(dòng)連鎖保護(hù)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，并設(shè)有緊急停車，報(bào)警提示等功能。
PLC控制系統(tǒng)，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、關(guān)鍵點(diǎn)的溫度和壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，便于評(píng)估設(shè)備的運(yùn)行情況；共設(shè)有吸附風(fēng)機(jī)控制、沸石分子篩轉(zhuǎn)輪單元控制、脫附風(fēng)機(jī)控制、燃燒器催化氧化控制、安全應(yīng)急控制、電路保護(hù)等控制單元。手動(dòng)控制只能單獨(dú)控制一個(gè)控制單元進(jìn)行操作，自動(dòng)控制可以按照程序設(shè)定使整套設(shè)備進(jìn)行連續(xù)性運(yùn)行，保證設(shè)備穩(wěn)定。
PLC自控系統(tǒng)包含以下幾個(gè)特點(diǎn)：
節(jié)能控制：設(shè)備啟動(dòng)、停止、故障等不同狀態(tài)下，PLC 能夠自動(dòng)執(zhí)行不同控制模式，最大化降低設(shè)備的待機(jī)能耗。
預(yù)警防護(hù)：設(shè)備溫度、壓力等控制點(diǎn)發(fā)生異常時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)做應(yīng)急處理。
急停控制：設(shè)備PLC控制系統(tǒng)預(yù)留急停信號(hào)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)緊急情況時(shí)作為優(yōu)先控制等級(jí)第一時(shí)間停止設(shè)備運(yùn)行。
畫(huà)面監(jiān)控：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備上各個(gè)信號(hào)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)畫(huà)面運(yùn)行狀態(tài)對(duì)設(shè)備當(dāng)下的運(yùn)行性能有直觀的了解。
4、廢氣處理效果
企業(yè)現(xiàn)狀生產(chǎn)中，車間混粉工序中原輔材料中使用含有揮發(fā)性有機(jī)物。車間烘箱、混捏機(jī)、真空混勻機(jī)及干燥室等設(shè)備，這些設(shè)備都是在密閉空間中生產(chǎn)，產(chǎn)生的廢氣都是通過(guò)設(shè)備自身的廢氣收集管道排出，車間廢氣捕集效率為95%。車間工藝廢氣經(jīng)布袋除塵器處理后排放。通過(guò)除塵器的廢氣經(jīng)過(guò)沸石轉(zhuǎn)輪+熱空氣脫附催化燃燒裝置，經(jīng)電控系統(tǒng)最優(yōu)化的控制，在既可以處理廢氣又節(jié)能的狀態(tài)下，處理效果顯著。數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 減排前后企業(yè)VOCs排放量對(duì)比
由表可知，減排前企業(yè)VOCs排放量為52.937t/a。增加了一套“沸石轉(zhuǎn)輪+熱空氣脫附催化燃燒裝置”對(duì)VOCs進(jìn)行減排治理；減排工作后，企業(yè)VOCs排放量為5.38t/a，企業(yè)VOCs削減量47.557t/a，削減百分比為89.8%?？芍琕OCs減排后減排效果較明顯。
5、總結(jié)
轉(zhuǎn)輪吸附+催化燃燒可以在處理大風(fēng)量、高濃度的VOCs時(shí)，基本上可以凈化所有含有VOCs的廢氣，也可以自我調(diào)節(jié)處理廢氣中VOCs的組成和濃度的變化、波動(dòng)，在合適的廢氣濃度條件下無(wú)需添加輔助燃料而實(shí)現(xiàn)自供熱操作。
隨著國(guó)家和公民的環(huán)保意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，針對(duì)環(huán)保的治理要求也會(huì)越來(lái)越高；同時(shí)轉(zhuǎn)輪和催化燃燒的技術(shù)也在日益提高，未來(lái)會(huì)在更多的行業(yè)內(nèi)得到使用，VOCs治理的效果也將更加的有效。
來(lái)源：《綠色環(huán)保建材》