1、沸石轉輪技術(shù)簡(jiǎn)介

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

沸石轉輪系統的工作原理如下：含低濃度VOCs的廢氣通過(guò)蜂窩狀沸石分子篩時(shí)，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(shí)，已吸附VOCs的蜂窩沸石繼續旋轉，通過(guò)少量的熱空氣對沸石模塊進(jìn)行解吸再生，在此過(guò)程中，能夠將低濃度的廢氣濃縮成高濃度廢氣。經(jīng)沸石轉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(wú)害的二氧化碳和水，使  VOCs得到較完全的分解。

沸石轉輪系統最初在日本問(wèn)世，經(jīng)過(guò)本土的實(shí)踐，逐漸發(fā)展至美國、歐洲、中國等地。目前市場(chǎng)上技術(shù)較為先進(jìn)和成熟的沸石轉輪設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。目前國內青島納博科環(huán)保科技有限公司生產(chǎn)的Napotec品牌沸石轉輪已經(jīng)達到國外沸石轉輪指標，且已經(jīng)進(jìn)行了批量化生產(chǎn)并進(jìn)行了工業(yè)化應用。

2、沸石轉輪技術(shù)研究進(jìn)展

2.1吸附劑

市場(chǎng)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(shù)脂等材料。其中，活性炭和沸石分子篩對有機化合物具有較高的吸附選擇性，被廣泛運用于VOCs廢氣治理。

應用于吸附轉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;具有足夠的穩定性和機械強度;來(lái)源廣泛、價(jià)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械強度，可滿(mǎn)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濕性能。因此，沸石分子篩逐漸發(fā)展成為轉輪濃縮吸附法治理VOCs廢氣技術(shù)中最常用的吸附劑類(lèi)型。

經(jīng)過(guò)不斷研究探索，如今沸石分子篩種類(lèi)已超過(guò)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轉輪結構

目前，市場(chǎng)上的沸石轉輪主要有兩種形式，分別為盤(pán)式轉輪和筒式轉輪。

(1)盤(pán)式轉輪

盤(pán)式轉輪為傳統的轉輪形式。盤(pán)式轉輪系統的基本構造如圖1所示。系統主要由分子篩吸附轉芯、氣體過(guò)濾裝置、轉動(dòng)裝置、風(fēng)機等部件構成。吸附轉芯是核心部分，轉芯可經(jīng)耐高溫、耐腐蝕的分隔板分隔為三個(gè)區域：吸附區、再生區、冷卻區。

(2)筒式轉輪

筒式轉輪是近年來(lái)新發(fā)展的轉輪形式。筒式轉輪只有吸附區和脫附區，不設冷卻區，通過(guò)自身較大的比表面積自然冷卻。筒式轉輪沸石采取了模塊化設計，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設備運行參數

一套沸石轉輪系統的治理效率與進(jìn)氣參數、設備運行參數的選取等息息相關(guān)。影響系統性能的操作參數主要有以下幾個(gè)方面：

a.廢氣進(jìn)氣參數：廢氣溫度、廢氣濕度等;

b.設備運行參數：脫附再生溫度、冷空氣流量、轉輪轉速、濃縮比等;

c.轉輪結構參數：轉輪直徑、吸附/脫附/冷卻區面積比、轉輪厚度等。

根據吸附機理，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(huì )在一定程度上堵塞沸石分子篩的孔道結構，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(guò)80%。若進(jìn)氣濕度過(guò)高，可在進(jìn)入沸石轉輪系統之前增加一道干燥除濕的預處理工序，以確保沸石轉輪的長(cháng)期、有效運行。

轉速是沸石轉輪吸附操作過(guò)程中非常重要的參數之一，最佳轉速與吸附質(zhì)性質(zhì)、吸附劑性質(zhì)、吸附床層設計參數等多方面的因素有關(guān)，是一個(gè)綜合因子。

濃縮比(Φ)是一個(gè)無(wú)量綱因子，其定義為吸附區進(jìn)口處的VOCs廢氣流量與解析區進(jìn)口處的VOCs廢氣流量的比值。若吸附區廢氣流量下降，解析區廢氣流量升高，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)際應用過(guò)程中，將導致能耗的增加。因此，濃縮比存在一個(gè)最優(yōu)值，通過(guò)優(yōu)化濃縮比，可提高沸石轉輪系統的技術(shù)經(jīng)濟性。

2.4焚燒系統

根據JiYang等人的研究，常見(jiàn)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熱廢氣或其他熱能利用以節省能源。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(cháng)(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(jià)格高昂，且因設備壓降大、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95%，可在最大程度上降低能源消耗，但設備投資率較大、設備占地面積較大。

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(guò)程中，往往仍需補充大量的天然氣、柴油等能源來(lái)維持設備運行所需的熱量供應。即使是熱回收效率較高的RTO在實(shí)際應用過(guò)程中仍需要保證一定量的燃料供應。

2.5配套輔助系統

沸石轉輪系統的配套輔助設施按類(lèi)型分可分為以下幾類(lèi)：廢氣預處理裝置、儀表監控系統、防爆配件和其他配件等。

(1)廢氣預處理系統

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

(2)監控系統

一套設計完善的系統控制系統可是很好的實(shí)現系統的自動(dòng)化監控功能，很好的滿(mǎn)足工藝要求，并大大提高操作人員的工作效率。

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

(3)安全防爆配件

為提高沸石轉輪治理系統運行的安全性，治理系統應根據要求安裝相應的阻火器(防火閥)、事故自動(dòng)報警裝置、其他防爆器件等配件。

3、沸石轉輪在廢氣處理中的應用

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

(1)印刷行業(yè)：包括圖書(shū)類(lèi)、食品類(lèi)、生活用品類(lèi)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(chē)噴涂、板材、鋼鐵制品噴漆過(guò)程廢氣，其主要的VOCs為甲苯、二甲苯、酯類(lèi)、醇類(lèi)等。

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

(4)集成電路及液晶顯示器生產(chǎn)中的有機廢氣，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(guò)程廢氣，其主要的VOCs為苯乙烯、酯類(lèi)、醇類(lèi)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)應根據自身實(shí)際情況，有針對性地選取不同形式的沸水轉輪系統和沸石分子篩，并通過(guò)測試來(lái)設定系統運行參數。

4、結語(yǔ)

工業(yè)源的VOCs廢氣治理任重而道遠，國內企業(yè)在選取廢氣末端治理措施時(shí)，應根據自身廢氣特點(diǎn)，有針對性地選取。對于采用沸石轉輪系統進(jìn)行VOCs治理的企業(yè)，也不可盲目地采用通用沸石吸附劑、通用工藝設計參數，應有針對性地選取不同的沸石轉輪系統、沸石分子篩形式，通過(guò)測試來(lái)設定系統運行參數，并定期保養、維護，以確保廢氣穩定達標排放，降低工業(yè)源 VOCs排放量。