沸石轉輪吸附濃縮+催（cuī）化燃（rán）燒

VOCs的種類繁多、成分複雜、性質各異，在很多情況下采用一種（zhǒng）淨化技術往往難以達到治理要求（qiú），且不經濟（jì）。利（lì）用不同單元治理（lǐ）技術的優勢，采用組（zǔ）合治理工藝（yì），不僅可滿足排放要求，而且可降低淨化（huà）設備的運行費用。因此，在有機（jī）廢氣治理中，采用兩種或多種淨化技術的組合工藝得到了迅速發展（zhǎn）。沸（fèi）石轉輪濃（nóng）縮技（jì）術就（jiù）是針對低濃度VOCs的治理而發展起來的一種新技術，與催化燃燒或高（gāo）溫焚燒進（jìn）行組合，形成了沸石轉輪吸附濃縮+焚燒技術。
技術研（yán）究現狀
蜂窩轉輪（lún）吸附+催化（huà）燃燒處理技術是20世紀70年代由日本發明的一種有機廢氣處理係統，吸附（fù）裝置（zhì）是用分子篩、活性碳（tàn）纖維或含碳材（cái）料製備的瓦（wǎ）楞型紙板組裝起來的蜂窩轉輪，吸附與脫附氣流的流向相反，兩個過程同（tóng）時進行。這種係統在20世紀80年代初被我國引進和仿製，但由於（yú）吸附元件（蜂窩轉輪）以及係統關鍵部位連接技術（shù）都不過關，吸附與脫附的竄風問題未得到（dào）根本解決，設備性能不（bú）穩定，因此國內應用較少，一直未能得到推廣（guǎng）。  

 

20世（shì）紀80年代（dài）末研製設計了固定床吸附+催化燃燒處理係統。該係統是將吸（xī）附材料裝（zhuāng）填在固定床中，再將吸附床與催化燃（rán）燒裝置組合成（chéng）淨化處理係統。該工藝係統（tǒng）的原理與上述蜂窩（wō）轉輪吸（xī）附+催化燃燒技（jì）術基本（běn）相同，但由於單件（jiàn）吸附（fù）床的吸附與脫附再生過程分（fèn）開進行，在操作上克服了蜂窩轉輪淨化係統吸、脫附易（yì）串氣的（de）缺點。經不斷改進，係統配置更加合理，淨化效（xiào）率高，運行節能效果顯著，在技術上達到（dào）國際先進水平。該工藝係統非（fēi）常適合處（chù）理大氣體量、低濃度的VOCs廢（fèi）氣，其單套係統（tǒng）的廢氣處理量可以從幾千m3/h到十幾萬m3/h。該技術是我國真正自主創新的VOCs廢氣治理工藝，自1989年首次在國內推廣，到目前已有數百套該類係統與裝置在使用。已經成為國（guó）內工業VOCs廢氣治理的主流產品之一，並預計在未來仍將有（yǒu）很大（dà）的應用前景。  
 
利用催化燃燒（shāo）法進行工業有機廢氣治理，已普（pǔ）遍應用於汽車噴塗、磁帶製造和飛機零部件噴（pēn）塗等。催化燃燒技術將揮發出（chū）來的大量有機溶劑充分燃燒（shāo）。催化劑采用多孔陶瓷載體催（cuī）化劑，催化前的預熱溫（wēn）度視VOCs種類而不同（tóng）：聚氨酯380℃～480℃，聚酯亞（yà）胺480℃～580℃；有機物濃度約1600mg/m3，淨化效率平均為99%。
轉輪濃（nóng）縮+催化燃燒新工（gōng）藝

1技術概況

針對現行各種方法在處理低濃度、大風量的VOCs汙染（rǎn）物時存（cún）在的設（shè）備投資大、運行成本高（gāo）、去除效率低等問題，國內企業研發了一種用於處理低VOCs濃度、大風量工業廢氣（qì）的高效率、安全的處理工藝。該方（fāng）法的基本構思是：采用吸附分離（lí）法（fǎ）對低濃度、大風量（liàng）工業廢氣（qì）中的VOCs進行分離濃縮，對濃縮後的高濃度、小風量（liàng）的汙染空氣采用燃燒法進行分解淨化，通稱吸附分離濃縮+燃燒分解淨化法。具有蜂窩狀結（jié）構的吸（xī）附轉輪（lún）被安裝在分隔成吸附、再生、冷卻（què）三個區的殼（ké）體中（zhōng），在（zài）調速馬達的驅動下以每小時3～8轉（zhuǎn）的（de）速度緩慢（màn）回轉。
 
吸附（fù）、再生、冷卻三個區分別與（yǔ）處理空氣、冷卻空（kōng）氣、再生空氣風道相連接。而且（qiě），為了防止各個區之（zhī）間竄風及吸附轉輪的圓周與殼體之間的空氣泄漏，各個區的分隔板與吸附轉輪之間（jiān）、吸附轉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的汙（wū）染空氣由鼓風機送（sòng）到（dào）吸附轉輪的吸（xī）附區，汙染空氣在通過轉輪蜂窩（wō）狀通道時，所含VOCs成分被吸附劑（jì）所吸附，空氣得（dé）到淨化。隨著吸（xī）附轉輪的回轉，接近吸附飽和狀（zhuàng）態的吸附轉輪進入（rù）到再生區，在與高溫再生空氣（qì）接觸的過程中，VOCs被脫附（fù）下來進入到再生空氣中，吸附轉輪得到再生。再生後的（de）吸附轉輪經過冷卻區冷卻降溫後，返回到吸附區，完成吸附/脫附/冷卻的循環過程。由於（yú）該過程再（zài）生空氣的（de）風量（liàng）一般僅為處理風量的1/10，再生過程出口空氣中VOCs濃（nóng）度被濃縮為處理空氣中濃度的10倍（bèi），因此，該過程又被稱為VOCs濃縮除去過程。
 
轉輪吸附濃縮-催化燃（rán）燒工藝流程（chéng）見下圖。

轉輪吸附濃縮-催化燃燒（shāo）工藝流程圖
1號風機帶動含VOCs廢氣經過轉輪a區域，a區域為吸附區，根據不同的目標物可在轉輪中填充不（bú）同的吸附材（cái）料。吸附了VOCs的a區域隨轉輪轉動來到b區域（yù）進行脫附。流經傳熱1的高溫（wēn）氣流將（jiāng）吸附於轉輪上的VOCs脫附下來，並經過（guò）傳熱（rè）2達到起燃溫度，隨後進入催化燃燒室進行催化氧化反應。由於轉輪脫附之後又（yòu）要進行吸附，所以在脫附區域旁邊設冷卻區域c，以空氣（qì）進行冷卻，冷卻之（zhī）後的溫空氣經傳熱1變成脫附（fù）用熱空氣。催化燃燒反應之後的熱氣流將部分熱（rè）量傳遞給傳熱2、傳熱（rè）1後排至空氣。為了防（fáng）止催化燃燒室（shì）溫度（dù）過高，設置第三方冷卻線路用於催化燃燒室的緊（jǐn）急降溫。整個（gè）係統由2個監控係統組成，PC1負責監控催化燃燒室、傳熱器的溫度（其內部（bù）設電輔熱裝置以平衡溫度波動），PC2負責風機控製，根據實（shí）際情況調節進氣流量。PC2屬（shǔ）於PC1的子（zǐ）級（jí）係（xì）統（tǒng），當PC1監測到溫度波動超過允許範圍時立刻將信（xìn）息傳遞給PC2，PC2將收到的信息轉成指令傳遞給各風機。

2新工藝的特點

（1）吸附區旁路內循環的建立。當廢氣（qì）經過吸附區吸附（fù）後（hòu）不達標，進入旁路（lù）內循環（huán），再次（cì）進行吸附處（chù）理。此旁路內循環的基本思路為（wéi）消（xiāo）滅現（xiàn）有汙染再吸納新的汙染。  
 
（2）冷卻風旁路建立。在工況十分複雜的（de）情況下，VOCs濃（nóng）度有可能陡然升高，此時（shí）將部分（fèn）冷卻（què）風引入到吸附區以降低脫附風量，同（tóng）時在傳熱2後補充（chōng）新風，以維係進入催（cuī）化反應（yīng）器的風量在預設範圍以內。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（yán）長治理時間。
 
（3）與傳統工藝相比，該整個（gè）係統采用引風機設計，便於對旁路的調控。去掉給催化燃燒裝置用的降溫鼓風機，此（cǐ）機治標不治本，改為在（zài）轉輪（lún）部分控（kòng）製VOCs濃度。
 
（4）催化燃（rán）燒室去掉（diào）電輔熱係統，改由傳熱2對空氣加熱到VOCs起燃溫度，並（bìng）利用反應放熱（rè）使催化燃（rán）燒室溫度（dù）穩定在500℃～600℃範圍內。  
 
（5）轉（zhuǎn）輪（lún）轉速易調，則在（zài）2的情況下可以適當提高轉輪轉速，減少單位麵積轉輪單位時間內吸附VOCs的量，從而保障係統的安全。
轉輪吸附的影響因素
當吸附材料確定後，影響轉（zhuǎn）輪裝置吸附性能的主要（yào）因素是（shì）轉輪（lún）運行轉輪吸附濃縮-催化燃燒工藝流程圖參數和進氣參數。Yosuke等認（rèn）為，一定範圍內進氣負荷的變化可（kě）通過轉速、濃縮比、再生風溫（wēn）度等轉輪（lún）運行（háng）參數調節，以（yǐ）維（wéi）持預定的性能；Lin等將蜂窩轉輪（lún）應用於TFT-LCD產業廢氣處理，當處理高排放濃度時，將入流（liú）速度降至（zhì）1.5m/s，濃縮比降至8，轉速增至6.5r/h，再生風溫度升至220℃，係統去除效率可達90%以上；Hisashi等指出佳轉速由再生風熱（rè）容（róng）量（liàng）與吸附劑熱容量平衡決定。

1濃（nóng）縮比

轉輪通（tōng）過吸附-脫附以獲得（dé）低流量的濃（nóng）縮氣體，因此濃縮比是轉輪性能的（de）一（yī）個重要（yào）指標（biāo），定義為進氣流量與再生（shēng）風流量的比（bǐ）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（nóng）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（de）出口濃度僅從4.7mg/m3降低到1.5mg/m3，但濃縮後的（de）甲苯（běn）濃度從1345mg/m3降至576mg/m3，如此低的濃度不利於後續燃燒或（huò）冷凝單元處理。因此，在確保係統設（shè）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（gù）效率與能耗，對於高濃度（dù）廢氣，可選擇低濃縮比以確保去除率（lǜ）；而對於低（dī）濃度廢氣，適當選擇高濃縮比有利於係統整體能效比提高（gāo）。

2轉輪轉速（sù）

吸附與脫附在轉輪運行周期中是同步進行的，兩者（zhě）互為影響並共（gòng）同決定轉（zhuǎn）輪的去除效率（lǜ），而（ér）轉速的大小意（yì）味著吸附和（hé）脫附時間長短。當轉速低於佳轉速時，相應的運行周期變長，其脫附區的（de）再生（shēng）充分，但是其相對吸（xī）附能力（lì）λ隨著轉速n的減小（xiǎo）而減小，在溫度分布（bù）曲線上（shàng）表（biǎo）現為吸附區的曲線下降明顯，這（zhè）是由吸附放（fàng）熱（rè）少引起的，反映了吸附率（lǜ）的降低。而當轉速大於佳轉速時，溫度曲線（xiàn）表現為隻有脫附區前段少部分能被加熱到再生溫（wēn）度，因此佳（jiā）轉速是脫附與吸附（fù）的佳平衡。佳轉速本質上是吸附和（hé）脫附時（shí）間的控（kòng）製，以（yǐ）實現（xiàn）轉輪去除率大。實際應用時，因受多種因素影響，轉（zhuǎn）輪（lún）轉速（sù）為配（pèi）合其他參數變化可控製在一區間值

3再生風溫度（dù）

吸附劑（jì）的解析再生存（cún）在一個特征溫度（dù）（低清洗溫度），高於該溫度可以獲（huò）得（dé）更快的解析速率，同時（shí）消耗更小的脫附風量（liàng）。

4進氣參數

3.4.1進氣濕度（dù）  
實際工程中，有機廢氣一般都（dōu）含有水分，部分相對濕度甚至達到80%。而水分可能與汙染物形（xíng）成吸附競爭，占（zhàn）據轉輪吸附空間而降低汙染（rǎn）物去除效率，因此抗濕性是衡量吸附性能的重要指標之一。  
3.4.2進氣流速  
在一定條（tiáo）件下，佳（jiā）轉速與進氣（qì）流速成正比，當進氣（qì）流速提高時，轉（zhuǎn）速應相應提（tí）高，如果轉速未根據流速（sù）進行相（xiàng）應提高，運行（háng）值低於佳轉速其相對吸附能力λ隨著轉速n的減小而減小，在溫度分布曲線上表（biǎo）現為吸附區的曲線下降明顯，反映了吸附率的降低。因此（cǐ）對於高濃度有機廢氣，控製低進（jìn）氣流速十分必要（yào），或可相（xiàng）應地提高轉速。
轉輪吸附濃縮+催化（huà）燃燒的關鍵點
吸附分離（lí）濃（nóng）縮+燃燒分解（jiě）淨化法的核心（xīn）技術是高效吸附分離濃縮過程以及所采用的具有蜂窩狀結構的吸附轉輪。

1沸石型號的選擇及性（xìng）能研究

疏水性沸石轉輪（lún）的研製，需（xū）要把加工成波紋形和平板形陶瓷纖維（wéi）紙用無機黏合劑黏接在（zài）一起後卷成具有（yǒu）蜂窩狀結構的轉輪，並將疏水性（xìng）分子篩（shāi）塗敷（fū）在蜂窩狀通道的表麵製成吸附轉輪，應（yīng）用（yòng）於工業廢氣中VOCs的淨化處理過（guò）程。

2轉輪工藝（yì）參數及結構優化

濃縮比：轉輪通過吸附-脫（tuō）附以獲得（dé）低流（liú）量的濃縮氣體，因此濃縮比（bǐ）是轉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。  
 
轉輪轉速：吸附與脫（tuō）附在（zài）轉輪運行周期（qī）中是同步進行的，兩者互相影（yǐng）響並共同決定轉（zhuǎn）輪（lún）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（zài）生風溫度（dù）：吸附劑的解析再生存在一個特征溫度（低（dī）清洗溫度），高於該溫度可以獲得更快的解析速率同時消耗（hào）更（gèng）小（xiǎo）的脫附（fù）風量（liàng）。  
 
密（mì）封性不佳會使轉（zhuǎn）輪在應用中存在竄風問題，因而結構的密封（fēng）是一個非常（cháng）重要的控製點。  
 
催化劑的（de）選擇。性能良（liáng）好的催化劑應滿足下列基本要求：1）具有優良的低溫活性，並適應（yīng）較高空速，並直接關（guān）係到裝置的（de）建設費用和運行費用；2）熱穩定性好，在廢氣濃度過高而產生大量（liàng）反應（yīng）熱的情況下，催化劑的溫度會急劇上升，此時催化劑應不發生（shēng）顯（xiǎn）著的物理化學變化；3）具有一定的機械強度和較小的阻力。
展望
隨著（zhe）新型吸附劑的開發及（jí）我國轉輪製作技術、密封技（jì）術（shù）的提高，轉輪吸附技術將會在更大範圍、更多的行（háng）業得到（dào）應用。轉輪運行的模型（xíng）研究也將更加深入，治理效果將更加（jiā）有效。