沸石轉(zhuǎn)輪催化燃燒有機(jī)廢氣一體化治理技術(shù)

一、背景
我國(guó)是全世界唯一擁有聯(lián)合國(guó)產(chǎn)業(yè)分類當(dāng)中全部工業(yè)門類的國(guó)家，其中占有較大比重的石化、油品儲(chǔ)運(yùn)銷、家具、涂裝、醫(yī)藥、包裝印刷等行業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs），是VOCs排放的重點(diǎn)行業(yè)。VOCs 是指常溫下飽和蒸汽壓大于133. 32 Pa、常壓下沸點(diǎn)在 50~260°C以下的有機(jī)化合物，主要成分包括苯系物、石油烴化合物、有機(jī)氯化物、有機(jī)酮、胺、醇、醚、酯、醇、酮等，氣體具有種類繁多、成分復(fù)雜、性質(zhì)各異，污染源極其分散的特點(diǎn)。VOCs是促進(jìn)臭氧和PM2.5形成的主要前體物之一，還易引發(fā)人體的畸變和癌變，如不加以防治直接排放到大氣中，會(huì)對(duì)環(huán)境和人類健康造成極大威脅。
2021年8月生態(tài)環(huán)境部印發(fā)《關(guān)于加快解決當(dāng)前揮發(fā)性有機(jī)物治理突出問(wèn)題的通知》，提出要深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)，強(qiáng)化細(xì)顆粒物和臭氧協(xié)同控制。“十四五”規(guī)劃提出主要目標(biāo)任務(wù)包括持續(xù)改善環(huán)境治理，基本消除重污染天氣。在污染物排放指標(biāo)方面，將SO2和NOx換成了VOCs和NOx。我國(guó)VOCs治理已從前期的粗放型治理過(guò)渡到精細(xì)化和深度治理的發(fā)展方向，不難看出，VOCs治理在我國(guó)已是刻不容緩。
針對(duì)VOCs的末端治理技術(shù)主要有兩大類：回收技術(shù)和銷毀技術(shù)?；厥占夹g(shù)包含：吸收技術(shù)、吸附技術(shù)、冷凝技術(shù)。銷毀技術(shù)包含：燃燒技術(shù)、生物技術(shù)。其中燃燒技術(shù)是比較徹底處理VOCs的方法，適用于較高濃度有機(jī)廢氣的治理，可應(yīng)用在汽車制造、化工、工業(yè)涂裝、制藥等行業(yè)。燃燒技術(shù)主要包含蓄熱式催化燃燒技術(shù)（RCO）和蓄熱式熱力燃燒技術(shù)（RTO）。其中，RCO技術(shù)可凈化多組分有機(jī)廢氣，流程簡(jiǎn)單、安全性高、運(yùn)行成本低、熱回收效率和處理效率高；RTO技術(shù)系統(tǒng)彈性化，操作風(fēng)量上下限范圍大、熱回收率高、固定結(jié)構(gòu)式蓄熱陶瓷模塊，分解溫度高，去除效率高。但相較于RCO技術(shù)，RTO技術(shù)存在嚴(yán)重的二次污染（氮氧化物和二噁英）、熱損失大能耗高、裝置體積重量大、投資成本高、風(fēng)險(xiǎn)高等問(wèn)題。
二、有機(jī)廢氣一體化治理技術(shù)
有機(jī)廢氣（VOCs）的一體化治理技術(shù)可廣泛應(yīng)用于石化、醫(yī)藥、家具、汽車、噴涂、橡膠等行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的多種有機(jī)廢氣綜合治理，具有適用行業(yè)范圍廣、處理效率高、起燃溫度低、能耗低、無(wú)二次污染、投資成本低等優(yōu)勢(shì)。
2.1 工藝原理

有機(jī)廢氣治理技術(shù)主要依據(jù)高效率吸附和低能耗催化氧化兩個(gè)基本原理設(shè)計(jì)開發(fā)，即吸脫附濃縮—催化氧化法，主要采用“沸石轉(zhuǎn)輪吸脫附濃縮+催化氧化”工藝。在低溫條件下，大風(fēng)量、低濃度的VOCs通過(guò)沸石轉(zhuǎn)輪吸附凈化并脫附后轉(zhuǎn)換成小風(fēng)量、高濃度有機(jī)廢氣，輸送到后端催化氧化系統(tǒng)進(jìn)行氧化處理，處理效果可達(dá)98%以上。同時(shí)催化氧化過(guò)程中生成的熱量通過(guò)換熱系統(tǒng)應(yīng)用于沸石轉(zhuǎn)輪脫附過(guò)程，實(shí)現(xiàn)熱量的高效利用。

2.2 工藝流程

有機(jī)混合廢氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)引至多級(jí)過(guò)濾系統(tǒng)，去除廢氣中粘性物質(zhì)、粉塵等雜質(zhì)后進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪吸附裝置進(jìn)行吸附凈化處理；VOCs被沸石轉(zhuǎn)輪特有的作用力吸附在其內(nèi)部，潔凈氣體排出，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間吸附，達(dá)到飽和后區(qū)域轉(zhuǎn)到高溫脫附區(qū)；熱空氣使沸石轉(zhuǎn)輪升溫，將里面吸附的VOCs成分脫附出來(lái)，形成小風(fēng)量、高濃度的有機(jī)廢氣。在脫附風(fēng)機(jī)的作用下引進(jìn)催化氧化系統(tǒng)進(jìn)行凈化處理，并釋放出大量熱量輔助燃燒；最后催化氧化凈化后的高溫氣體與轉(zhuǎn)輪吹掃冷卻區(qū)域后的氣體通過(guò)獨(dú)立換熱器進(jìn)行熱量交換，用來(lái)提供下一個(gè)脫附周期預(yù)加熱廢氣，以降低整體設(shè)備運(yùn)行成本。

沸石轉(zhuǎn)輪+催化燃燒工藝流程圖
2.3 催化劑
低溫高效催化劑主要以堇青石蜂窩陶瓷為載體、負(fù)載復(fù)合型過(guò)渡金屬/貴金屬作為活性組分。該催化劑具有起燃溫度低、穩(wěn)定性高、壽命長(zhǎng)、成本低等優(yōu)勢(shì)，更有適用于高沸點(diǎn)，含硫含氯的VOCs組分治理。
2.3.1催化劑工作原理
低溫催化劑治理VOCs的方法為催化氧化法，主要是利用催化劑進(jìn)行氣-固相間的催化反應(yīng)，降低有機(jī)廢氣氧化反應(yīng)的活化能，使有機(jī)廢氣在中低溫條件下（<260℃）實(shí)現(xiàn)無(wú)二次污染催化氧化，最終將有機(jī)廢氣轉(zhuǎn)化為無(wú)毒、無(wú)污染的CO2和H2O排出。
催化劑工作原理

2.3.2催化劑主要指標(biāo)

2.4技術(shù)優(yōu)勢(shì)
（1）適用行業(yè)范圍廣：可廣泛應(yīng)用于石化、汽車、噴涂、印刷、醫(yī)藥、化工、電子、橡膠、家具等行業(yè)的VOCs治理。
（2）適用工況范圍廣：適應(yīng)風(fēng)量梯度大、濃度多變、成分復(fù)雜、作業(yè)無(wú)規(guī)律的復(fù)雜運(yùn)行工況。
（3）設(shè)備布局合理：采用最優(yōu)的工藝結(jié)構(gòu)布局，將換熱系統(tǒng)部件外置，解決了目前設(shè)備內(nèi)部溫度過(guò)高問(wèn)題。
（4）運(yùn)行成本低：采用自主研發(fā)催化劑，反應(yīng)溫度低，起燃后不需要再供熱，系統(tǒng)整體運(yùn)行成本較同類RCO設(shè)備降低10-20%。
（5）起燃溫度低，節(jié)省能源：有機(jī)廢氣催化氧化與直接燃燒相比，具有起燃溫度低、運(yùn)行能耗低、低碳排等顯著特點(diǎn)。在某些情況下，催化氧化達(dá)到起燃溫度后便無(wú)需外界供熱。
（6）處理效率高，無(wú)二次污染：采用催化氧化法處理VOCs的凈化率一般都在98%以上，最終產(chǎn)物為無(wú)害的 CO2和 H2O，且由于燃燒溫度低，無(wú)二噁英和自由基等二次污染物質(zhì)。
（7）投資成本低：一體化設(shè)計(jì)，便于拆裝、運(yùn)輸，人工及運(yùn)輸成本低，整體投入成本低，性價(jià)比高。
（8）智能化運(yùn)維：采用中晶環(huán)境自主研發(fā)的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)排放數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)和互聯(lián)網(wǎng)共享，該系統(tǒng)還具備自動(dòng)化控制、自我診斷、自動(dòng)報(bào)警等功能。
三、結(jié)語(yǔ)
有機(jī)廢氣治理技術(shù)在VOCs治理過(guò)程中，可適應(yīng)復(fù)雜的工況條件，凈化率可達(dá)98%以上，較好解決了蓄熱式熱力燃燒技術(shù)（RTO）在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中產(chǎn)生的二次污染（氮氧化物和二噁英）、熱損失大能耗高、裝置體積重量大、投資成本高、風(fēng)險(xiǎn)高等問(wèn)題。在“十四五”規(guī)劃強(qiáng)化細(xì)顆粒物和臭氧協(xié)同治理的大背景下，有機(jī)廢氣治理技術(shù)可為企業(yè)提供更全面、更高效的VOCs治理解決方案，為實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的精準(zhǔn)治理、協(xié)同治污、低碳治污提供了新選擇。
來(lái)源：環(huán)保