1、沸石轉(zhuǎn)輪技術(shù)簡介

一套完善的用于VOC廢氣治理的沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)通常包括沸石吸附區(qū)、熱脫附區(qū)以及焚燒單元三個部分。

沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)的工作原理如下：含低濃度VOCs的廢氣通過蜂窩狀沸石分子篩時，廢氣中的VOCs成分被吸附在沸石中，凈化后的氣體排放到大氣中。此時，已吸附VOCs的蜂窩沸石繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，通過少量的熱空氣對沸石模塊進(jìn)行解吸再生，在此過程中，能夠?qū)⒌蜐舛鹊膹U氣濃縮成高濃度廢氣。經(jīng)沸石轉(zhuǎn)輪濃縮的廢氣可采用燃燒法進(jìn)行末端治理，將VOCs燃燒分解為無害的二氧化碳和水，使  VOCs得到較完全的分解。

沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)最初在日本問世，經(jīng)過本土的實(shí)踐，逐漸發(fā)展至美國、歐洲、中國等地。目前市場上技術(shù)較為先進(jìn)和成熟的沸石轉(zhuǎn)輪設(shè)備制造商主要有瑞典蒙特、日本倪佳斯、西部技研等國外品牌公司。目前國內(nèi)青島納博科環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)的Napotec品牌沸石轉(zhuǎn)輪已經(jīng)達(dá)到國外沸石轉(zhuǎn)輪指標(biāo)，且已經(jīng)進(jìn)行了批量化生產(chǎn)并進(jìn)行了工業(yè)化應(yīng)用。

2、沸石轉(zhuǎn)輪技術(shù)研究進(jìn)展

2.1吸附劑

市場上常用的吸附劑有活性炭、沸石分子篩、硅膠、活性氧化鋁、高聚物吸附樹脂等材料。其中，活性炭和沸石分子篩對有機(jī)化合物具有較高的吸附選擇性，被廣泛運(yùn)用于VOCs廢氣治理。

應(yīng)用于吸附轉(zhuǎn)輪的吸附劑需要具備以下特點(diǎn)：吸附選擇性好、吸附容量大;容易再生和再利用;具有足夠的穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度;來源廣泛、價格適中。沸石分子篩通常采用耐高溫的陶瓷纖維為基材，具有較好的耐熱性和較高的機(jī)械強(qiáng)度，可滿足吸附劑高頻次脫附再生的

需求。高硅鋁比的疏水性分子篩具有良好的抗?jié)裥阅?。因此，沸石分子篩逐漸發(fā)展成為轉(zhuǎn)輪濃縮吸附法治理VOCs廢氣技術(shù)中最常用的吸附劑類型。

經(jīng)過不斷研究探索，如今沸石分子篩種類已超過180種。不同型號的沸石分子篩具有不同的有效孔徑、選擇吸附性能。

2.2轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)

目前，市場上的沸石轉(zhuǎn)輪主要有兩種形式，分別為盤式轉(zhuǎn)輪和筒式轉(zhuǎn)輪。

(1)盤式轉(zhuǎn)輪

盤式轉(zhuǎn)輪為傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)輪形式。盤式轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)的基本構(gòu)造如圖1所示。系統(tǒng)主要由分子篩吸附轉(zhuǎn)芯、氣體過濾裝置、轉(zhuǎn)動裝置、風(fēng)機(jī)等部件構(gòu)成。吸附轉(zhuǎn)芯是核心部分，轉(zhuǎn)芯可經(jīng)耐高溫、耐腐蝕的分隔板分隔為三個區(qū)域：吸附區(qū)、再生區(qū)、冷卻區(qū)。

(2)筒式轉(zhuǎn)輪

筒式轉(zhuǎn)輪是近年來新發(fā)展的轉(zhuǎn)輪形式。筒式轉(zhuǎn)輪只有吸附區(qū)和脫附區(qū)，不設(shè)冷卻區(qū)，通過自身較大的比表面積自然冷卻。筒式轉(zhuǎn)輪沸石采取了模塊化設(shè)計(jì)，可單模塊安裝或更換，具有靈活度高、更換便捷等特點(diǎn)。

2.3設(shè)備運(yùn)行參數(shù)

一套沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)的治理效率與進(jìn)氣參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的選取等息息相關(guān)。影響系統(tǒng)性能的操作參數(shù)主要有以下幾個方面：

a.廢氣進(jìn)氣參數(shù)：廢氣溫度、廢氣濕度等;

b.設(shè)備運(yùn)行參數(shù)：脫附再生溫度、冷空氣流量、轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速、濃縮比等;

c.轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)參數(shù)：轉(zhuǎn)輪直徑、吸附/脫附/冷卻區(qū)面積比、轉(zhuǎn)輪厚度等。

根據(jù)吸附機(jī)理，吸附平衡容量與吸附溫度有關(guān)。低溫有利于吸附，高溫有利于脫附，因此廢氣溫度越低越利于吸附的進(jìn)行。此外，廢氣中的水份會在一定程度上堵塞沸石分子篩的孔道結(jié)構(gòu)，從而影響吸附性能。即使是疏水性沸石，其對進(jìn)氣的濕度要求也不可超過80%。若進(jìn)氣濕度過高，可在進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)之前增加一道干燥除濕的預(yù)處理工序，以確保沸石轉(zhuǎn)輪的長期、有效運(yùn)行。

轉(zhuǎn)速是沸石轉(zhuǎn)輪吸附操作過程中非常重要的參數(shù)之一，最佳轉(zhuǎn)速與吸附質(zhì)性質(zhì)、吸附劑性質(zhì)、吸附床層設(shè)計(jì)參數(shù)等多方面的因素有關(guān)，是一個綜合因子。

濃縮比(Φ)是一個無量綱因子，其定義為吸附區(qū)進(jìn)口處的VOCs廢氣流量與解析區(qū)進(jìn)口處的VOCs廢氣流量的比值。若吸附區(qū)廢氣流量下降，解析區(qū)廢氣流量升高，則濃縮比下降。較低的濃縮比有利于提高吸附、脫附效率。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，將導(dǎo)致能耗的增加。因此，濃縮比存在一個最優(yōu)值，通過優(yōu)化濃縮比，可提高沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

2.4焚燒系統(tǒng)

根據(jù)JiYang等人的研究，常見的熱力焚燒方式有直燃式熱氧化爐(TO)、催化氧化爐(RCO)以及蓄熱式熱氧化爐(RTO)。直燃式熱氧化爐(TO)的特點(diǎn)為利用熱交換器從煙氣中回收熱量用于預(yù)熱廢氣或其他熱能利用以節(jié)省能源。最常用的熱交換器為管殼式換熱器。一般情況下，具有較低的設(shè)備投資率，但熱回收效率也較低，通常為  40~65%。

催化燃燒(RCO)常用的催化劑為貴金屬催化劑，以蜂窩狀的陶瓷作為基體，負(fù)載鈀、鉑等貴金屬。貴金屬催化劑具有活性高、適用范圍廣、起燃溫度低、使用壽命相對較長(3年左右)等優(yōu)點(diǎn)。RCO將較于TO、RTO燃燒溫度較低，具有能耗較小的優(yōu)點(diǎn)。但貴金屬催化劑價格高昂，且因設(shè)備壓降大、催化劑易失活等缺點(diǎn)，使得其操作成本高于  TO、RTO。且熱回收效率也較低。

蓄熱式熱氧化爐(RTO)的特點(diǎn)是換熱器采用陶瓷蓄熱床，氧化分解后氣體將自身攜帶大量熱量傳遞并儲蓄在蓄熱床中，然后讓進(jìn)入氧化器的氣體從蓄熱床中獲得換取熱量，RTO的熱回收效率可高達(dá)95%，可在最大程度上降低能源消耗，但設(shè)備投資率較大、設(shè)備占地面積較大。

熱力焚燒通常需要700~800℃的燃燒溫度，才能獲得較高的VOCs焚毀效率。因此，熱力焚燒需要使用大量的能源。經(jīng)濃縮的VOCs廢氣具有較高的濃度，理論上可提供熱力焚燒所需的熱值，以降低能源消耗。然而，熱力焚燒爐在實(shí)際使用過程中，往往仍需補(bǔ)充大量的天然氣、柴油等能源來維持設(shè)備運(yùn)行所需的熱量供應(yīng)。即使是熱回收效率較高的RTO在實(shí)際應(yīng)用過程中仍需要保證一定量的燃料供應(yīng)。

2.5配套輔助系統(tǒng)

沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)的配套輔助設(shè)施按類型分可分為以下幾類：廢氣預(yù)處理裝置、儀表監(jiān)控系統(tǒng)、防爆配件和其他配件等。

(1)廢氣預(yù)處理系統(tǒng)

不同行業(yè)的有機(jī)廢氣情況不盡相同。如涂料、油墨行業(yè)有機(jī)廢氣中往往含有一定量的粉塵顆粒物，半導(dǎo)體行業(yè)有機(jī)廢氣中往往含有較高的濕度，橡膠制品或噴涂行業(yè)有機(jī)廢氣中往往含有一定量的油霧。針對以上廢氣情況，需要根據(jù)進(jìn)口廢氣的實(shí)際情況，在沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)前端增設(shè)廢氣預(yù)處理裝置，以保證沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)的正常使用壽命，確保沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)正常有效的治理效率。常見的廢氣預(yù)處理裝置有除濕器、除塵器、前置過濾器等。

(2)監(jiān)控系統(tǒng)

一套設(shè)計(jì)完善的系統(tǒng)控制系統(tǒng)可是很好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動化監(jiān)控功能，很好的滿足工藝要求，并大大提高操作人員的工作效率。

常用的自動監(jiān)控技術(shù)有PLC控制系統(tǒng)、DCS、FCS等。根據(jù)張博等人的分析比較可知，DCS控制系統(tǒng)的特點(diǎn)為從傳統(tǒng)的表盤監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展而來且連續(xù)調(diào)節(jié)性控制占支配地位;PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)為從傳統(tǒng)的繼電器回路發(fā)展而來且離散邏輯控制處于主導(dǎo)地位  ;根據(jù)郭蘇煜等人的研究可知，FCS控制系統(tǒng)是目前世界上最新型的控制系統(tǒng)，由PLC和DCS發(fā)展而來。對于VOCs廢氣末端治理裝置的自動控制系統(tǒng)，往往主要關(guān)注其中的幾個監(jiān)控模塊，分別為濃度監(jiān)控、溫度監(jiān)控、氣量監(jiān)控、濕度監(jiān)控等。監(jiān)控技術(shù)按監(jiān)控方式可分為離線監(jiān)控和在線監(jiān)控兩大類。

(3)安全防爆配件

為提高沸石轉(zhuǎn)輪治理系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，治理系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)要求安裝相應(yīng)的阻火器(防火閥)、事故自動報(bào)警裝置、其他防爆器件等配件。

3、沸石轉(zhuǎn)輪在廢氣處理中的應(yīng)用

金偉力等人的研究顯示，沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)主要應(yīng)用于以下生產(chǎn)制造過程的工業(yè)廢氣的分離凈化處理過程。

(1)印刷行業(yè)：包括圖書類、食品類、生活用品類等各種包裝材料印刷業(yè)廢氣，其主要的VOCs為甲苯、異丙醇、乙酸乙酯、甲乙酮等。

(2)噴漆行業(yè)：包括汽車噴涂、板材、鋼鐵制品噴漆過程廢氣，其主要的VOCs為甲苯、二甲苯、酯類、醇類等。

(3)涂覆、上膠：包括磁帶、膠帶生產(chǎn)中的涂覆、上膠過程廢氣，其主要的VOCs為甲苯、酮類、醇類等。

(4)集成電路及液晶顯示器生產(chǎn)中的有機(jī)廢氣，其主要VOCs為異丙醇、丙二醇甲醚乙酯、丙酮、二甲亞砜等。

(5)塑料、玻璃鋼加工過程廢氣，其主要的VOCs為苯乙烯、酯類、醇類等。

不同生產(chǎn)行業(yè)、不同生產(chǎn)工藝，產(chǎn)生的廢氣情況均不盡相同，企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身實(shí)際情況，有針對性地選取不同形式的沸水轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)和沸石分子篩，并通過測試來設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。

4、結(jié)語

工業(yè)源的VOCs廢氣治理任重而道遠(yuǎn)，國內(nèi)企業(yè)在選取廢氣末端治理措施時，應(yīng)根據(jù)自身廢氣特點(diǎn)，有針對性地選取。對于采用沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)進(jìn)行VOCs治理的企業(yè)，也不可盲目地采用通用沸石吸附劑、通用工藝設(shè)計(jì)參數(shù)，應(yīng)有針對性地選取不同的沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)、沸石分子篩形式，通過測試來設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，并定期保養(yǎng)、維護(hù)，以確保廢氣穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，降低工業(yè)源 VOCs排放量。