VOCs的種類(lèi)繁多、成分復雜、性質(zhì)各異，在很多情況下采用一種凈化技術(shù)往往難以達到治理要求，且不經(jīng)濟。利用不同單元治理技術(shù)的優(yōu)勢，采用組合治理工藝，不僅可滿(mǎn)足排放要求，而且可降低凈化設備的運行費用。因此，在有機廢氣治理中，采用兩種或多種凈化技術(shù)的組合工藝得到了迅速發(fā)展。沸石轉輪濃縮技術(shù)就是針對低濃度VOCs的治理而發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)，與催化燃燒或高溫焚燒進(jìn)行組合，形成了沸石轉輪吸附濃縮+焚燒技術(shù)。

技術(shù)研究現狀

蜂窩轉輪吸附+催化燃燒處理技術(shù)是20世紀70年代由日本發(fā)明的一種有機廢氣處理系統，吸附裝置是用分子篩、活性碳纖維或含碳材料制備的瓦楞型紙板組裝起來(lái)的蜂窩轉輪，吸附與脫附氣流的流向相反，兩個(gè)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行。這種系統在20世紀80年代初被我國引進(jìn)和仿制，但由于吸附元件（蜂窩轉輪）以及系統關(guān)鍵部位連接技術(shù)都不過(guò)關(guān)，吸附與脫附的竄風(fēng)問(wèn)題未得到根本解決，設備性能不穩定，因此國內應用較少，一直未能得到推廣。  

20世紀80年代末研制設計了固定床吸附+催化燃燒處理系統。該系統是將吸附材料裝填在固定床中，再將吸附床與催化燃燒裝置組合成凈化處理系統。該工藝系統的原理與上述蜂窩轉輪吸附+催化燃燒技術(shù)基本相同，但由于單件吸附床的吸附與脫附再生過(guò)程分開(kāi)進(jìn)行，在操作上克服了蜂窩轉輪凈化系統吸、脫附易串氣的缺點(diǎn)。經(jīng)不斷改進(jìn)，系統配置更加合理，凈化效率高，運行節能效果顯著(zhù)，在技術(shù)上達到國際先進(jìn)水平。該工藝系統非常適合處理大氣體量、低濃度的VOCs廢氣，其單套系統的廢氣處理量可以從幾千m3/h到十幾萬(wàn)m3/h。該技術(shù)是我國真正自主創(chuàng )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(lèi)系統與裝置在使用。已經(jīng)成為國內工業(yè)VOCs廢氣治理的主流產(chǎn)品之一，并預計在未來(lái)仍將有很大的應用前景。  

利用催化燃燒法進(jìn)行工業(yè)有機廢氣治理，已普遍應用于汽車(chē)噴涂、磁帶制造和飛機零部件噴涂等。催化燃燒技術(shù)將揮發(fā)出來(lái)的大量有機溶劑充分燃燒。催化劑采用多孔陶瓷載體催化劑，催化前的預熱溫度視VOCs種類(lèi)而不同：聚氨酯380℃～480℃，聚酯亞胺480℃～580℃；有機物濃度約1600mg/m3，凈化效率平均為99%。

轉輪濃縮+催化燃燒新工藝

1技術(shù)概況

針對現行各種方法在處理低濃度、大風(fēng)量的VOCs污染物時(shí)存在的設備投資大、運行成本高、去除效率低等問(wèn)題，國內企業(yè)研發(fā)了一種用于處理低VOCs濃度、大風(fēng)量工業(yè)廢氣的高效率、安全的處理工藝。該方法的基本構思是：采用吸附分離法對低濃度、大風(fēng)量工業(yè)廢氣中的VOCs進(jìn)行分離濃縮，對濃縮后的高濃度、小風(fēng)量的污染空氣采用燃燒法進(jìn)行分解凈化，通稱(chēng)吸附分離濃縮+燃燒分解凈化法。具有蜂窩狀結構的吸附轉輪被安裝在分隔成吸附、再生、冷卻三個(gè)區的殼體中，在調速馬達的驅動(dòng)下以每小時(shí)3～8轉的速度緩慢回轉。

吸附、再生、冷卻三個(gè)區分別與處理空氣、冷卻空氣、再生空氣風(fēng)道相連接。而且，為了防止各個(gè)區之間竄風(fēng)及吸附轉輪的圓周與殼體之間的空氣泄漏，各個(gè)區的分隔板與吸附轉輪之間、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的污染空氣由鼓風(fēng)機送到吸附轉輪的吸附區，污染空氣在通過(guò)轉輪蜂窩狀通道時(shí)，所含VOCs成分被吸附劑所吸附，空氣得到凈化。隨著(zhù)吸附轉輪的回轉，接近吸附飽和狀態(tài)的吸附轉輪進(jìn)入到再生區，在與高溫再生空氣接觸的過(guò)程中，VOCs被脫附下來(lái)進(jìn)入到再生空氣中，吸附轉輪得到再生。再生后的吸附轉輪經(jīng)過(guò)冷卻區冷卻降溫后，返回到吸附區，完成吸附/脫附/冷卻的循環(huán)過(guò)程。由于該過(guò)程再生空氣的風(fēng)量一般僅為處理風(fēng)量的1/10，再生過(guò)程出口空氣中VOCs濃度被濃縮為處理空氣中濃度的10倍，因此，該過(guò)程又被稱(chēng)為VOCs濃縮除去過(guò)程。

轉輪吸附濃縮-催化燃燒工藝流程見(jiàn)下圖。

轉輪吸附濃縮-催化燃燒工藝流程圖

1號風(fēng)機帶動(dòng)含VOCs廢氣經(jīng)過(guò)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同的吸附材料。吸附了VOCs的a區域隨轉輪轉動(dòng)來(lái)到b區域進(jìn)行脫附。流經(jīng)傳熱1的高溫氣流將吸附于轉輪上的VOCs脫附下來(lái)，并經(jīng)過(guò)傳熱2達到起燃溫度，隨后進(jìn)入催化燃燒室進(jìn)行催化氧化反應。由于轉輪脫附之后又要進(jìn)行吸附，所以在脫附區域旁邊設冷卻區域c，以空氣進(jìn)行冷卻，冷卻之后的溫空氣經(jīng)傳熱1變成脫附用熱空氣。催化燃燒反應之后的熱氣流將部分熱量傳遞給傳熱2、傳熱1后排至空氣。為了防止催化燃燒室溫度過(guò)高，設置第三方冷卻線(xiàn)路用于催化燃燒室的緊急降溫。整個(gè)系統由2個(gè)監控系統組成，PC1負責監控催化燃燒室、傳熱器的溫度（其內部設電輔熱裝置以平衡溫度波動(dòng)），PC2負責風(fēng)機控制，根據實(shí)際情況調節進(jìn)氣流量。PC2屬于PC1的子級系統，當PC1監測到溫度波動(dòng)超過(guò)允許范圍時(shí)立刻將信息傳遞給PC2，PC2將收到的信息轉成指令傳遞給各風(fēng)機。

2新工藝的特點(diǎn)

（1）吸附區旁路內循環(huán)的建立。當廢氣經(jīng)過(guò)吸附區吸附后不達標，進(jìn)入旁路內循環(huán)，再次進(jìn)行吸附處理。此旁路內循環(huán)的基本思路為消滅現有污染再吸納新的污染。  

（2）冷卻風(fēng)旁路建立。在工況十分復雜的情況下，VOCs濃度有可能陡然升高，此時(shí)將部分冷卻風(fēng)引入到吸附區以降低脫附風(fēng)量，同時(shí)在傳熱2后補充新風(fēng)，以維系進(jìn)入催化反應器的風(fēng)量在預設范圍以?xún)取４伺月返幕舅枷胧且孕嘛L(fēng)對高濃度VOCs進(jìn)行稀釋?zhuān)蚨鴱男Ч峡矗朔ㄒ矔?huì )延長(cháng)治理時(shí)間。

（3）與傳統工藝相比，該整個(gè)系統采用引風(fēng)機設計，便于對旁路的調控。去掉給催化燃燒裝置用的降溫鼓風(fēng)機，此機治標不治本，改為在轉輪部分控制VOCs濃度。

（4）催化燃燒室去掉電輔熱系統，改由傳熱2對空氣加熱到VOCs起燃溫度，并利用反應放熱使催化燃燒室溫度穩定在500℃～600℃范圍內。  

（5）轉輪轉速易調，則在2的情況下可以適當提高轉輪轉速，減少單位面積轉輪單位時(shí)間內吸附VOCs的量，從而保障系統的安全。

轉輪吸附的影響因素

當吸附材料確定后，影響轉輪裝置吸附性能的主要因素是轉輪運行轉輪吸附濃縮-催化燃燒工藝流程圖參數和進(jìn)氣參數。Yosuke等認為，一定范圍內進(jìn)氣負荷的變化可通過(guò)轉速、濃縮比、再生風(fēng)溫度等轉輪運行參數調節，以維持預定的性能；Lin等將蜂窩轉輪應用于TFT-LCD產(chǎn)業(yè)廢氣處理，當處理高排放濃度時(shí)，將入流速度降至1.5m/s，濃縮比降至8，轉速增至6.5r/h，再生風(fēng)溫度升至220℃，系統去除效率可達90%以上；Hisashi等指出最佳轉速由再生風(fēng)熱容量與吸附劑熱容量平衡決定。

1濃縮比

轉輪通過(guò)吸附-脫附以獲得低流量的濃縮氣體，因此濃縮比是轉輪性能的一個(gè)重要指標，定義為進(jìn)氣流量與再生風(fēng)流量的比值F，低濃縮比雖然可以保證高去除效率，但增加再生風(fēng)量的同時(shí)也增加了脫附能耗，而且濃縮氣體的濃度亦隨著(zhù)脫附風(fēng)量的增加而降低。當濃縮比從14減少至6時(shí)，甲苯的出口濃度僅從4.7mg/m3降低到1.5mg/m3，但濃縮后的甲苯濃度從1345mg/m3降至576mg/m3，如此低的濃度不利于后續燃燒或冷凝單元處理。因此，在確保系統設定的去除率前提下，合理選擇濃縮比至關(guān)重要。工程應用上，濃縮比應兼顧效率與能耗，對于高濃度廢氣，可選擇低濃縮比以確保去除率；而對于低濃度廢氣，適當選擇高濃縮比有利于系統整體能效比提高。

2轉輪轉速

吸附與脫附在轉輪運行周期中是同步進(jìn)行的，兩者互為影響并共同決定轉輪的去除效率，而轉速的大小意味著(zhù)吸附和脫附時(shí)間長(cháng)短。當轉速低于最佳轉速時(shí)，相應的運行周期變長(cháng)，其脫附區的再生充分，但是其相對吸附能力λ隨著(zhù)轉速n的減小而減小，在溫度分布曲線(xiàn)上表現為吸附區的曲線(xiàn)下降明顯，這是由吸附放熱少引起的，反映了吸附率的降低。而當轉速大于最佳轉速時(shí)，溫度曲線(xiàn)表現為只有脫附區前段少部分能被加熱到再生溫度，因此最佳轉速是脫附與吸附的最佳平衡。最佳轉速本質(zhì)上是吸附和脫附時(shí)間的控制，以實(shí)現轉輪去除率最大。實(shí)際應用時(shí)，因受多種因素影響，轉輪轉速為配合其他參數變化可控制在一區間值。

3再生風(fēng)溫度

吸附劑的解析再生存在一個(gè)特征溫度（最低清洗溫度），高于該溫度可以獲得更快的解析速率，同時(shí)消耗更小的脫附風(fēng)量。

4進(jìn)氣參數

3.4.1進(jìn)氣濕度  

實(shí)際工程中，有機廢氣一般都含有水分，部分相對濕度甚至達到80%。而水分可能與污染物形成吸附競爭，占據轉輪吸附空間而降低污染物去除效率，因此抗濕性是衡量吸附性能的重要指標之一。  

3.4.2進(jìn)氣流速  

在一定條件下，最佳轉速與進(jìn)氣流速成正比，當進(jìn)氣流速提高時(shí)，轉速應相應提高，如果轉速未根據流速進(jìn)行相應提高，運行值低于最佳轉速其相對吸附能力λ隨著(zhù)轉速n的減小而減小，在溫度分布曲線(xiàn)上表現為吸附區的曲線(xiàn)下降明顯，反映了吸附率的降低。因此對于高濃度有機廢氣，控制低進(jìn)氣流速十分必要，或可相應地提高轉速。

轉輪吸附濃縮+催化燃燒的關(guān)鍵點(diǎn)

吸附分離濃縮+燃燒分解凈化法的核心技術(shù)是高效吸附分離濃縮過(guò)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能研究

疏水性沸石轉輪的研制，需要把加工成波紋形和平板形陶瓷纖維紙用無(wú)機黏合劑黏接在一起后卷成具有蜂窩狀結構的轉輪，并將疏水性分子篩涂敷在蜂窩狀通道的表面制成吸附轉輪，應用于工業(yè)廢氣中VOCs的凈化處理過(guò)程。

2轉輪工藝參數及結構優(yōu)化

濃縮比：轉輪通過(guò)吸附-脫附以獲得低流量的濃縮氣體，因此濃縮比是轉輪性能的一個(gè)重要指標，定義為進(jìn)氣流量與再生風(fēng)流量的比值F。  

轉輪轉速：吸附與脫附在轉輪運行周期中是同步進(jìn)行的，兩者互相影響并共同決定轉輪的去除效率，而轉速的大小意味著(zhù)吸附和脫附時(shí)間長(cháng)短。