沸石轉輪吸附催化燃燒廢氣處理新技術

 

目前經常出現霧霾天氣，影響環境中的空氣質量。揮發性有機物是污染環境質量的重要因素。揮發性有機化合物種類繁多，成分復雜，性質各異。在許多情況下，難以滿足處理要求，并且采用凈化技術不經濟。VOCs是成分多樣、特性各異的混合氣體，主要包括苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、氯仿、三氯乙烷、二異氰酸酯(TDI)、二異氰基甲苯酯等。正常情況下，原有的單一廢氣處理模式無法滿足處理要求。VOCs的產生大致可分為工業企業排放、汽車尾氣排放、油品揮發、溶劑使用源、燃燒源等，因為VOCs可直接或間接危害人體健康，且污染范圍不僅在排放場所附近，還可通過氣流運動傳播到一個城市和地區。為了保護大氣環境，給我們帶來健康的生活，控制揮發性有機化合物的排放非常重要。國家也意識到控制VOCs的重要性，并相應出臺了一系列環保政策。控制VOCs廢氣的特殊技術應運而生，其中沸石轉輪吸附濃縮+熱風脫附催化氧化技術是將多種廢氣同時與催化燃燒相結合的新技術。

 

蜂窩轉輪吸附+催化燃燒處理技術是日本于20世紀70年代發明的一種有機廢氣處理系統。吸附裝置是由分子篩、活性炭纖維或含碳材料制成的瓦楞紙板組成的蜂窩轉輪。吸附氣流和脫附氣流的流向相反，兩個過程同時進行。這一制度是20世紀80年代初在中國引進和復制的。但由于吸附元件(蜂窩轉輪)與關鍵部件技術上不相關，吸附脫附中的空氣竄漏問題還沒有得到根本解決，設備不穩定，國內使用較少，尚未推廣。

 

針對現有各種低濃度大風量VOCs處理方法存在的設備投資大、運行成本高、去除效率低等問題，國內企業開發了一種高效、安全的低VCOs濃度大風量工業廢氣處理工藝。該方法的基本思路是采用吸附分離法對低濃度、大風量工業廢氣中的VOCs進行分離濃縮，對濃縮后的高濃度、小風量污染空氣采用燃燒法進行分解凈化，統稱為吸附分離濃縮+燃燒分解凈化法。蜂窩結構的吸附轉輪安裝在分為吸附、再生和冷卻三個殼體內，由調速電機驅動，以每小時3~8轉的速度緩慢轉輪。吸附、再生和冷卻區分別與處理空氣、冷卻空氣和再生空氣導管相連。此外，為了防止吸附輪圓周與外殼之間漏氣，在隔板與吸附輪之間以及吸附輪圓周與外殼之間安裝了耐高溫、耐溶劑的氟橡膠密封材料。含有揮發性有機化合物的污染空氣由鼓風機送到吸附輪的吸附區。當污染空氣通過車輪蜂窩通道時，VOCs被吸附劑吸附，空氣得到凈化。隨著吸附輪的轉動，接近吸附飽和狀態的吸附輪進入再生區。在與高溫再生空氣接觸的過程中，揮發性有機化合物被脫附并進入再生空氣，吸附輪被再生。再生后的吸附轉輪經冷卻區冷卻后返回吸附區，完成吸附/脫附/冷卻的循環過程。該工藝再生空氣的風量一般僅為處理后風量的1/10，再生工藝出口空氣中的VOCs濃度濃縮至處理后空氣中的10倍，因此該工藝也稱為VOCS濃縮去除工藝。

 

1號風機帶動含有VOCs的廢氣通過轉輪的A區，即吸附區。根據不同的日常標準，跑步巾中可以填充不同的吸附材料。a區吸附的VOCs隨著轉輪的轉動到達b區進行脫附。吸附在轉輪上的VOCs被流經傳熱1的高溫氣流脫附，通過傳熱2達到起燃溫度，然后進入催化燃燒空間進行催化氧化反應。由于轉輪在脫附后需要吸附，在脫附區旁邊設置冷卻區C，用空氣冷卻，冷卻后的暖風通過傳熱1變成脫附用的熱風。在催化燃燒反應之后，熱氣流將部分熱量傳遞給傳熱裝置2，傳熱裝置1被排放到空氣中。為了防止催化燃燒室的溫度過高，提供了第三方冷卻回路用于催化燃燒室的緊急冷卻。整個系統由兩個監控系統組成，PC1負責監控催化燃燒室和換熱器的溫度(內部設置電動輔助加熱裝置，平衡溫度波動)，PC2負責控制風機，根據實際情況調節進氣流量。PC2屬于PC1的子級系統。當PC1監測到溫度波動超過允許范圍時，它會立即將信息傳輸到pc2，pc2會將接收到的信息轉換為指令，并將其傳輸到每個風機。

 

(1)在吸附區建立旁路內循環。廢氣在吸附區吸附后不達標時，會在旁路爐內循環，再次被吸附。旁路爐循環的基本思路是消除現有污染，吸收新污染。(2)建立冷支撐爐。在復雜的工作條件下，VCo的濃度可能會突然增加。此時，一些冷卻空氣被引入吸附區以減少脫附空氣量，并且在傳熱2之后補充新鮮空氣以將進入催化反應器的空氣量保持在預設范圍內。這種旁路爐的基本思路是用新鮮空氣稀釋高濃度的VOCS，所以從效果來看，這種方法也會延長處理時間。(3)與傳統工藝相比，整個系統采用引風機設計，便于側爐的調節和控制。催化燃燒裝置冷卻風機拆除，治標不治本，改為控制轉輪內VOCs濃度。(4)催化燃燒室取消電輔助加熱系統，通過傳熱將燃燒室溫度穩定在500℃~600℃范圍內。(5)如果轉輪轉速容易調節，可以在2的條件下適當提高轉輪轉速，降低轉輪單位面積單位時間內吸附的VOCs量，從而保證系統的安全性。

 

轉輪吸附+催化燃燒在處理大風量、高濃度的VOCs時，可以基本凈化所有含VOCs的廢氣，還可以自調節處理后廢氣中VOCs組成和濃度的變化和波動，在適當的廢氣濃度條件下，無需添加輔助燃料即可實現自加熱運行。

 

隨著國家和公民環保意識的不斷增強，對環境保護的治理要求也會越來越高；與此同時，轉輪和催化燃燒技術日益完善，未來將在更多行業得到應用，VOCs廢氣處理效果將更加有效。