沸石轉輪吸附-熱空氣脫附催化燃燒在VOCs治理方面的應用
摘要：文章主要概述了沸石轉輪吸附-熱空氣脫附催化燃燒的工藝流程,轉輪吸附原理,催化氧化,電氣控制。沸石轉輪可以有效吸附VOCs,對治理該類廢氣有著獨特的效果。
1 前言
目前，霧霾天氣時常發生，影響環境中的空氣質量，揮發性有機物（簡稱VOCs）是污染環境質量的重要因素[1,2]。VOCs是個成分多樣，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法達到治理要求的混合型氣體[3]；VOCs產生大致可以分為：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VOCs會對人體健康產生直接或間接傷害，且污染的范圍不僅是在排放地附近，也可通過氣流運動擴散到一個城市和區域[4,5]。為了保護好大氣環境，還我們一個健康的生活，控制VOCs排放至關重要，國家也意識到了治理VOCs的重要性，已經相應的出臺了一系列環保政策，針對VOCs治理專項技術就應運而生，其中沸石轉輪吸附濃縮+熱空氣脫附催化氧化技術就是將多種廢氣通過沸石轉輪進行吸附濃縮，同時再與催化燃燒組合的一種新技術。
2 治理原理
本技術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，經催化燃燒后分解VOCs進行設計。
在低溫狀態下，大風量的吸附風機把車間內的VOCs經過過濾箱過濾掉大顆粒物質，而后經過沸石分子篩轉輪吸附，通過沸石轉輪的氣體可直接排放；當吸附有大量VOCs的沸石轉輪進入高溫脫附區時，小風量的熱空氣氣體將沸石轉輪上的VOCs分子脫附出來轉換成高濃度廢氣，利用脫附風機送入后端的催化燃燒系統進行催化燃燒處理，分解產生的熱量部分通過內部換熱再次進入催化燃燒系統，降低能量損耗，部分分解后的氣體直接排放到空氣中，在此過程中，電控系統嚴格控制催化產生的熱量，當超過設定值時通過調節脫附管路的自動閥門補冷風降低廢氣濃度，減少熱量的生成；兩部分子系統相互結合，反復循環，當無VOCs產生后可停止設備運行，同時為了設備的治理和安全，在停止催化氧化系統后需對該部分設備進行一個降溫，保護設備正常使用。
3 廢氣處理過程
3.1 沸石分子篩轉輪吸附濃縮
沸石是一種晶體結構的礦石，而我們用到的沸石分子篩就屬于沸石的化合物。
沸石分子篩轉輪分為三部分：吸附區、脫附區和冷卻區，每個部分都是由耐熱、耐溶劑的密封材料分隔開來。沸石轉輪可以在各個功能區域內連續運轉，同步進行吸附脫附冷卻。
VOCs通過前端的過濾器進行初步過濾后，到沸石分子篩轉輪的吸附區。在吸附區（吸附區面積為S1）有機廢氣中VOCs被沸石分子篩吸附除去，有機廢氣被凈化后從沸石分子篩轉輪直接排出，通過煙囪進入空氣。
吸附在轉輪上的VOCs，在脫附區經過約200℃小風量的熱風處理而被脫附、濃縮，濃縮倍數一般為5~25倍。濃縮倍數n=吸附面積*吸附速度/脫附面積/脫附速度。
脫附后的沸石轉輪在冷卻區被冷卻。經過冷卻區的空氣，經過加熱后作為再生空氣使用，達到節能的效果。以上流程反復循環，達到廢氣凈化的目的。
3.2 催化燃燒
催化氧化燃燒利用轉輪經過脫附區后，VOCs 進入脫附管路，經過脫附風機進入換熱器換熱，催化燃燒產生的部分熱量經過換熱被VOCs重新帶入催化燃燒器內，加熱升溫進行催化劑催化處理，催化燃燒技術可以在較低溫度（300℃~500℃）下實現對VOCs95%以上凈化效率，完全反應后生成CO2和H2O，同時放出大量熱，產生的熱量一部分通過混合罐進入轉輪脫附區對吸附在轉輪上的VOCs進行脫附；一部分進入換熱器換熱，換熱后的部分熱量通過煙囪排出，另一部分被經過換熱器的VOCs重新帶入催化燃燒器。反復循環利用，可以最大限度的降低能量損耗，同時實現廢氣自我催化分解的效果。
3.3 電氣控制
沸石轉輪吸附－熱空氣脫附催化燃燒對VOCs治理的實現還需要一套相對應的電控系統，控制系統采用PLC控制，具備設備自動/手動、本地/遠程、吸附風機風速切換控制、同時還配備了設備工況監視、流程畫面顯示、參數顯示及設置、報警顯示、自動連鎖保護、數據顯示、數據傳輸等功能，并設有緊急停車，報警提示等功能。
PLC控制系統，對關鍵設備的運行狀態、關鍵點的溫度和壓力進行監測，便于評估設備的運行情況；共設有吸附風機控制、沸石分子篩轉輪單元控制、脫附風機控制、燃燒器催化氧化控制、安全應急控制、電路保護等控制單元。手動控制只能單獨控制一個控制單元進行操作，自動控制可以按照程序設定使整套設備進行連續性運行，保證設備穩定。
PLC自控系統包含以下幾個特點：
節能控制：設備啟動、停止、故障等不同狀態下，PLC 能夠自動執行不同控制模式，最大化降低設備的待機能耗。
預警防護：設備溫度、壓力等控制點發生異常時，發出聲光報警信號，并自動做應急處理。
急？刂疲涸O備PLC控制系統預留急停信號，當設備出現緊急情況時作為優先控制等級第一時間停止設備運行。
畫面監控：實時監測設備上各個信號點的運行狀態，通過畫面運行狀態對設備當下的運行性能有直觀的了解。
4 廢氣處理效果
企業現狀生產中，車間混粉工序中原輔材料中使用含有揮發性有機物。車間烘箱、混捏機、真空混勻機及干燥室等設備，這些設備都是在密閉空間中生產，產生的廢氣都是通過設備自身的廢氣收集管道排出，車間廢氣捕集效率為95%。車間工藝廢氣經布袋除塵器處理后排放。通過除塵器的廢氣經過沸石轉輪+熱空氣脫附催化燃燒裝置，經電控系統最優化的控制，在既可以處理廢氣又節能的狀態下，處理效果顯著。數據見表1。
表1 減排前后企業VOCs排放量對比
由表可知，減排前企業VOCs排放量為52.937t/a。增加了一套“沸石轉輪+熱空氣脫附催化燃燒裝置”對VOCs進行減排治理；減排工作后，企業VOCs排放量為5.38t/a，企業VOCs削減量47.557t/a，削減百分比為89.8%。可知，VOCs減排后減排效果較明顯。
5 總結
轉輪吸附+催化燃燒可以在處理大風量、高濃度的VOCs時，基本上可以凈化所有含有VOCs的廢氣，也可以自我調節處理廢氣中VOCs的組成和濃度的變化、波動，在合適的廢氣濃度條件下無需添加輔助燃料而實現自供熱操作。
隨著國家和公民的環保意識越來越強，針對環保的治理要求也會越來越高；同時轉輪和催化燃燒的技術也在日益提高，未來會在更多的行業內得到使用，VOCs治理的效果也將更加的有效。
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