沸石转轮吸附浓缩+催化燃烧

1、VOCs的种类繁多、成分复杂、性质各异，在很多情况下采用一种净化技术 往往难以达到治理要求，且不经济。利用不同单元治理技术的优势，采用组合治 理工艺，不仅可满足排放要求，而且可降低净化设备的运行费用。因此，在有机 废气治理中，采用两种或多种净化技术的组合工艺得到了迅速发展。沸石转轮浓 缩技术就是针对低浓度VOCs的治理而发展起来的一种新技术，与催化燃烧或高 温焚烧进行组合，形成了沸石转轮吸附浓缩+焚烧技术。技术研究现状蜂窝转轮吸附+催化燃烧处理技术是20世纪70年代由日本发明的一种有机 废气处理系统，吸附装置是用分子筛、活性碳纤维或含碳材料制备的瓦楞型纸板 组装起来的蜂窝转轮，吸附与脱附气流的

2、流向相反，两个过程同时进行。这种系 统在20世纪80年代初被我国引进和仿制，但由于吸附元件（蜂窝转轮）以及系 统关键部位连接技术都不过关，吸附与脱附的窜风问题未得到根本解决，设备性 能不稳定，因此国内应用较少，一直未能得到推广。20世纪80年代末研制设计了固定床吸附+催化燃烧处理系统。该系统是将 吸附材料装填在固定床中，再将吸附床与催化燃烧装置组合成净化处理系统。该 工艺系统的原理与上述蜂窝转轮吸附+催化燃烧技术基本相同，但由于单件吸附 床的吸附与脱附再生过程分开进行，在操作上克服了蜂窝转轮净化系统吸、脱附 易串气的缺点。经不断改进，系统配置更加合理，净化效率高，运行节能效果显 著，在技术上达

3、到国际先进水平。该工艺系统非常适合处理大气体量、低浓度的 VOCs废气，其单套系统的废气处理量可以从几千m3/h到十几万m3/h。该技术 是我国真正自主创新的VOCs废气治理工艺，自1989年首次在国内推广，到目 前已有数百套该类系统与装置在使用。已经成为国内工业VOCs废气治理的主流 产品之一，并预计在未来仍将有很大的应用前景。利用催化燃烧法进行工业有机废气治理，已普遍应用于汽车喷涂、磁带制造 和飞机零部件喷涂等。催化燃烧技术将挥发出来的大量有机溶剂充分燃烧。催化 剂采用多孔陶瓷载体催化剂，催化前的预热温度视VOCs种类而不同：聚氨酯 380C480C，聚酯亚胺480C580C ；有机物浓度

4、约1600mg/m3，净化效率 平均为99%。转轮浓缩+催化燃烧新工艺1技术概况针对现行各种方法在处理低浓度、大风量的VOCs污染物时存在的设备投资 大、运行成本高、去除效率低等问题，国内企业研发了一种用于处理低VOCs浓 度、大风量工业废气的高效率、安全的处理工艺。该方法的基本构思是：采用吸 附分离法对低浓度、大风量工业废气中的VOCs进行分离浓缩，对浓缩后的高浓 度、小风量的污染空气采用燃烧法进行分解净化，通称吸附分离浓缩+燃烧分解 净化法。具有蜂窝状结构的吸附转轮被安装在分隔成吸附、再生、冷却三个区的 壳体中，在调速马达的驱动下以每小时38转的速度缓慢回转。吸附、再生、冷却三个区分别与处

5、理空气、冷却空气、再生空气风道相连接。 而且，为了防止各个区之间窜风及吸附转轮的圆周与壳体之间的空气泄漏，各个 区的分隔板与吸附转轮之间、吸附转轮的圆周与壳体之间均装有耐高温、耐溶剂 的氟橡胶密封材料。含有VOCs的污染空气由鼓风机送到吸附转轮的吸附区，污 染空气在通过转轮蜂窝状通道时，所含VOCs成分被吸附剂所吸附，空气得到净 化。随着吸附转轮的回转，接近吸附饱和状态的吸附转轮进入到再生区，在与高 温再生空气接触的过程中，VOCs被脱附下来进入到再生空气中，吸附转轮得到 再生。再生后的吸附转轮经过冷却区冷却降温后，返回到吸附区，完成吸附/脱 附/冷却的循环过程。由于该过程再生空气的风量一般仅

6、为处理风量的1/10，再 生过程出口空气中VOCs浓度被浓缩为处理空气中浓度的10倍，因此，该过程 又被称为VOCs浓缩除去过程。1号风机带动含VOCs废气经过转轮a区域，a区域为吸附区，根据不同的目 标物可在转轮中填充不同的吸附材料。吸附了 VOCs的a区域随转轮转动来到b 区域进行脱附。流经传热1的高温气流将吸附于转轮上的VOCs脱附下来，并经 过传热2达到起燃温度，随后进入催化燃烧室进行催化氧化反应。由于转轮脱附 之后又要进行吸附，所以在脱附区域旁边设冷却区域c，以空气进行冷却，冷却 之后的温空气经传热1变成脱附用热空气。催化燃烧反应之后的热气流将部分热 量传递给传热2、传热1后排至空气

7、。为了防止催化燃烧室温度过高，设置第三 方冷却线路用于催化燃烧室的紧急降温。整个系统由2个监控系统组成，PC1负 责监控催化燃烧室、传热器的温度（其内部设电辅热装置以平衡温度波动），PC2 负责风机控制，根据实际情况调节进气流量。PC2属于PC1的子级系统，当PC1 监测到温度波动超过允许范围时立刻将信息传递给PC2, PC2将收到的信息转成 指令传递给各风机。2新工艺的特点（1）吸附区旁路内循环的建立。当废气经过吸附区吸附后不达标，进入旁 路内循环，再次进行吸附处理。此旁路内循环的基本思路为消灭现有污染再吸纳 新的污染。（2）冷却风旁路建立。在工况十分复杂的情况下，VOCs浓度有可能陡然升

8、高，此时将部分冷却风引入到吸附区以降低脱附风量，同时在传热2后补充新风， 以维系进入催化反应器的风量在预设范围以内。此旁路的基本思想是以新风对高 浓度VOCs进行稀释，因而从效果上看，此法也会延长治理时间。（3）与传统工艺相比，该整个系统采用引风机设计，便于对旁路的调控。 去掉给催化燃烧装置用的降温鼓风机，此机治标不治本，改为在转轮部分控制 VOCs浓度。（4）催化燃烧室去掉电辅热系统，改由传热2对空气加热到VOCs起燃温 度，并利用反应放热使催化燃烧室温度稳定在500C600C范围内。（5）转轮转速易调，则在2的情况下可以适当提高转轮转速，减少单位面 积转轮单位时间内吸附VOCs的量，从而保

9、障系统的安全。转轮吸附的影响因素当吸附材料确定后，影响转轮装置吸附性能的主要因素是转轮运行转轮吸附 浓缩-催化燃烧工艺流程图参数和进气参数。Yosuke等认为，一定范围内进气负 荷的变化可通过转速、浓缩比、再生风温度等转轮运行参数调节，以维持预定的 性能；Lin等将蜂窝转轮应用于TFT-LCD产业废气处理，当处理高排放浓度时， 将入流速度降至1.5m/s，浓缩比降至8,转速增至6.5r/h，再生风温度升至220C， 系统去除效率可达90%以上;Hisashi等指出最佳转速由再生风热容量与吸附剂热 容量平衡决定。1浓缩比转轮通过吸附-脱附以获得低流量的浓缩气体，因此浓缩比是转轮性能的一 个重要指

10、标，定义为进气流量与再生风流量的比值F，低浓缩比虽然可以保证高 去除效率，但增加再生风量的同时也增加了脱附能耗，而且浓缩气体的浓度亦随 着脱附风量的增加而降低。当浓缩比从14减少至6时，甲苯的出口浓度仅从4.7mg/m3降低至01.5mg/m3，但浓缩后的甲苯浓度从1345mg/m3降至576mg/m3, 如此低的浓度不利于后续燃烧或冷凝单元处理。因此，在确保系统设定的去除率 前提下，合理选择浓缩比至关重要。工程应用上，浓缩比应兼顾效率与能耗，对 于高浓度废气，可选择低浓缩比以确保去除率；而对于低浓度废气，适当选择高 浓缩比有利于系统整体能效比提高。2转轮转速吸附与脱附在转轮运行周期中是同步进

11、行的，两者互为影响并共同决定转轮 的去除效率，而转速的大小意味着吸附和脱附时间长短。当转速低于最佳转速时， 相应的运行周期变长，其脱附区的再生充分，但是其相对吸附能力入随着转速n 的减小而减小，在温度分布曲线上表现为吸附区的曲线下降明显，这是由吸附放 热少引起的，反映了吸附率的降低。而当转速大于最佳转速时，温度曲线表现为 只有脱附区前段少部分能被加热到再生温度，因此最佳转速是脱附与吸附的最佳 平衡。最佳转速本质上是吸附和脱附时间的控制，以实现转轮去除率最大。实际 应用时，因受多种因素影响，转轮转速为配合其他参数变化可控制在一区间值。3再生风温度吸附剂的解析再生存在一个特征温度（最低清洗温度），

12、高于该温度可以获 得更快的解析速率，同时消耗更小的脱附风量。4进气参数实际工程中，有机废气一般都含有水分，部分相对湿度甚至达到80%。而水 分可能与污染物形成吸附竞争，占据转轮吸附空间而降低污染物去除效率，因此 抗湿性是衡量吸附性能的重要指标之一。在一定条件下，最佳转速与进气流速成正比，当进气流速提高时，转速应相 应提高，如果转速未根据流速进行相应提高，运行值低于最佳转速其相对吸附能 力入随着转速n的减小而减小，在温度分布曲线上表现为吸附区的曲线下降明显， 反映了吸附率的降低。因此对于高浓度有机废气，控制低进气流速十分必要，或 可相应地提高转速。转轮吸附浓缩+催化燃烧的关键点吸附分离浓缩+燃烧

13、分解净化法的核心技术是高效吸附分离浓缩过程以及所 采用的具有蜂窝状结构的吸附转轮。1沸石型号的选择及性能研究疏水性沸石转轮的研制，需要把加工成波纹形和平板形陶瓷纤维纸用无机黏 合剂黏接在一起后卷成具有蜂窝状结构的转轮，并将疏水性分子筛涂敷在蜂窝状 通道的表面制成吸附转轮，应用于工业废气中VOCs的净化处理过程。2转轮工艺参数及结构优化浓缩比：转轮通过吸附-脱附以获得低流量的浓缩气体，因此浓缩比是转轮 性能的一个重要指标，定义为进气流量与再生风流量的比值F。转轮转速：吸附与脱附在转轮运行周期中是同步进行的，两者互相影响并共 同决定转轮的去除效率，而转速的大小意味着吸附和脱附时间长短。再生风温度：吸附剂的解析再生存在一个特征温度（最低清洗温度），高于 该温度可以获得更快的解析速率同时消耗更小的脱附风量。密封性不佳会使转轮在应用中存在窜风问题，因而结构的密封是一个非常重 要的控制点。催化剂的选择。性能良好的催化剂应