沸石轉(zhuǎn)輪濃縮+TO工藝在含硅VOCs治理中的應(yīng)用

涂裝是現(xiàn)代產(chǎn)品制造工藝中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。防銹、防蝕涂裝質(zhì)量是產(chǎn)品全面質(zhì)量的重要方面之一。產(chǎn)品外觀質(zhì)量不僅反映了產(chǎn)品防護(hù)、裝飾性能，而且也是構(gòu)成產(chǎn)品價(jià)值的重要因素。涂裝的過(guò)程中，使用到的油漆輔料等，在噴涂和干燥成膜的過(guò)程中，會(huì)揮發(fā)出有機(jī)化合物，在生產(chǎn)場(chǎng)所的環(huán)境造成污染，并對(duì)生產(chǎn)工人的身體健康造成不好的影響。本文介紹一家高溫閥門(mén)制造企業(yè)，在產(chǎn)品表面涂裝過(guò)程中，使用的增強(qiáng)油漆在高溫情況下的附著力輔材烷氧基硅烷，使得生產(chǎn)廢氣中含有機(jī)硅成分。
廢氣中含硅一直都是業(yè)內(nèi)一大難題，有機(jī)硅不溶于水，無(wú)法用噴淋塔這種傳統(tǒng)方式治理，有機(jī)硅在高溫條件下與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生二氧化硅結(jié)晶體，這種結(jié)晶體很容易造成催化劑表面微孔的堵塞而永久失活，所以不適合使用各種催化劑，這種結(jié)晶體同樣會(huì)堵塞RTO里面的陶瓷蓄熱體孔道，因此，RTO工藝也不適合使用。本文采用沸石轉(zhuǎn)輪濃縮技術(shù)協(xié)調(diào)直燃爐工藝處理此類廢氣，取得理想的效果，對(duì)此類廢氣的處理有一定的指導(dǎo)意義。
一、VOCs治理方法概述
揮發(fā)性有機(jī)物，常用VOCs表示，它是VolatileOrganicCompounds3個(gè)詞第一個(gè)字母的縮寫(xiě)。根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的定義，VOCs是在常溫下，沸點(diǎn)為50℃至260℃的各種有機(jī)化合物。VOCs參與大氣環(huán)境中臭氧和二次氣溶膠的形成，其對(duì)區(qū)域性大氣臭氧污染、PM2.5污染具有重要的影響。大多數(shù)VOCs具有令人不適的特殊氣味，并具有毒性、刺激性、致畸性和致癌作用，特別是苯、甲苯及甲醛等對(duì)人體健康會(huì)造成很大的傷害。流行病學(xué)統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)人群中癌癥發(fā)病率持續(xù)增高，與環(huán)境中VOCs毒性物質(zhì)的持續(xù)增加有密切關(guān)系。涂裝行業(yè)一直是揮發(fā)性有機(jī)物產(chǎn)生的“大戶”，涂裝廢氣的特征之一是大風(fēng)量、低濃度，因此，研究涂裝過(guò)程中VOCs的產(chǎn)生、排放、危害及其控制對(duì)策和措施，具有十分重要的意義。
目前，針對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的末端治理方法主要有：吸附法、吸收法、膜分離法、生物降解法、低溫等離子法、冷凝法和燃燒法?？紤]項(xiàng)目建設(shè)的成本、處理效果及經(jīng)濟(jì)適用性，針對(duì)本案所提及的大風(fēng)量、低濃度的含硅廢氣，原采用處理工藝為活性炭吸附+催化氧化工藝，但由于有機(jī)硅在高溫下產(chǎn)生結(jié)晶，則更適用于采用濃縮之后再直燃式熱力焚燒的組合工藝。
二、沸石轉(zhuǎn)輪+TO工藝
在有機(jī)廢氣治理行業(yè)中，將質(zhì)量濃度低于1000mg/m3的有機(jī)廢氣統(tǒng)稱為低濃度有機(jī)廢氣。對(duì)于低濃度有機(jī)廢氣的治理，沸石轉(zhuǎn)輪濃縮+TO工藝得到廣泛應(yīng)用，即采用疏水性沸石分子作為吸附劑將廢氣中的低濃度的VOCs吸附下來(lái)，使廢氣凈化后排放，經(jīng)一段時(shí)間的吸附后，沸石分子達(dá)到飽和狀態(tài)，再用熱空氣對(duì)沸石分子進(jìn)行脫附解吸，形成小風(fēng)量、高濃度的有機(jī)廢氣，再進(jìn)行高溫分解無(wú)害化處理，反應(yīng)方程如下：

這種工藝凈化效率高，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，后期維護(hù)簡(jiǎn)單方便，但對(duì)工藝設(shè)計(jì)要求也相對(duì)較高。廢氣處理工藝流程如圖1所示。

2.1-沸石轉(zhuǎn)輪濃縮技術(shù)
沸石轉(zhuǎn)輪濃縮是一種應(yīng)用于大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣凈化技術(shù)，沸石轉(zhuǎn)輪主體為一個(gè)裝滿沸石分子篩的旋轉(zhuǎn)輪，根據(jù)其在實(shí)際工作中的狀態(tài)，沸石轉(zhuǎn)輪分為吸附區(qū)、脫附區(qū)及冷卻區(qū)。
沸石分子篩的化學(xué)通式為Mx/m[(AlO2)x•(SiO2)y]•zH2O，是一種結(jié)晶硅酸鋁金屬鹽的多孔晶體，其中的硅氧四面體和鋁氧四面體通過(guò)共享氧原子相互連接形成骨架結(jié)構(gòu)。
沸石分子篩是沸石轉(zhuǎn)輪的核心，本身作為一種疏水性材料，能適應(yīng)更高的廢氣濕度，且有耐高溫的特性，區(qū)別于活性炭這種廣譜吸附劑，其具有較為均一的吸附孔徑，故其孔洞直徑具有“分子篩分”的作用，具有選擇吸附性，更加安全可靠。
沸石轉(zhuǎn)輪濃縮吸附是一個(gè)不斷循環(huán)往復(fù)的旋轉(zhuǎn)過(guò)程，如圖1所示，從生產(chǎn)車間收集的廢氣，經(jīng)過(guò)G4、F7、F9三級(jí)過(guò)濾后，進(jìn)入到沸石轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū)，有機(jī)廢氣在主風(fēng)機(jī)的作用下，通過(guò)轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū)本體，廢氣中的有機(jī)成分被吸附在分子篩內(nèi)從而截留下來(lái)，干凈的氣體經(jīng)煙囪排出。沸石轉(zhuǎn)輪繼續(xù)轉(zhuǎn)到脫附區(qū)，截留在分子篩內(nèi)的有機(jī)物，在此區(qū)域內(nèi)被180～220℃的高溫氣體“蒸”出，帶出轉(zhuǎn)輪，在脫附區(qū)吸附飽和的分子篩得到“重生”，但此時(shí)高溫的輪體仍未恢復(fù)完全的吸附作用，轉(zhuǎn)輪需要繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到冷卻區(qū)，在冷卻區(qū)高溫干凈的輪體，與過(guò)濾后的室外新風(fēng)進(jìn)行換熱，使輪盤(pán)的溫度下降至40℃以下，從而具備重新轉(zhuǎn)入下一個(gè)循環(huán)的吸附條件，同時(shí)在換熱過(guò)程中對(duì)脫附的熱風(fēng)進(jìn)行了一次溫度提升，為脫附風(fēng)的快速升溫提供條件，同時(shí)起到節(jié)約能源的效果。沸石轉(zhuǎn)輪就是這樣不斷循環(huán)往復(fù)地重復(fù)著“吸附-脫附-冷卻”的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣處理的功能。
2.2-TO燃燒爐
針對(duì)成分復(fù)雜的高濃度處理的方式，主流工藝為熱力氧化法。熱力氧化法可分為催化氧化法（CO）、蓄熱式熱力氧化法（RTO）及直接焚燒法（TO）。本文所提及的廢氣為含硅廢氣，含硅廢氣目前仍是行業(yè)中一種較難處理的廢氣，由于有機(jī)硅在高溫的條件下容易與氧氣反應(yīng)形成二氧化硅結(jié)晶體，這種結(jié)晶體容易堵塞催化劑表面微孔，致使催化劑物理失活；同時(shí)這種結(jié)晶體也能堵塞陶瓷蓄熱體的廢氣孔道，一方面影響廢氣的通過(guò)效率，同時(shí)又大大降低了陶瓷蓄熱體的換熱效率，所以上述含硅廢氣的處理，既不能適用催化氧化法，也不適用蓄熱式熱力氧化法，這樣一來(lái)TO爐成為唯一適用的處理工藝。
TO爐即直燃式廢氣焚燒爐，是直接采用燃?xì)狻⑷加突蛘唠姷裙岱绞剑瑢t內(nèi)溫度提高至有機(jī)物起燃溫度之上，廢氣在爐內(nèi)高溫條件下停留2s以上，被完全氧化分解成CO2和H2O等小分子無(wú)機(jī)物，從而得到無(wú)害化處理，反應(yīng)方程式如上式（1）。TO爐出口的廢氣高溫通過(guò)板式換熱器進(jìn)行能量回收，與TO的進(jìn)氣換熱，基本能實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行，TO爐自供熱，無(wú)需額外的能源補(bǔ)充，降低系統(tǒng)運(yùn)行的成本。
2.3-活性炭吸附+CO與沸石轉(zhuǎn)輪+TO的比較
目前常用的吸附材料主要有活性炭、活性氧化鋁及沸石分子篩[2]；在國(guó)內(nèi)，最常用的有機(jī)廢氣吸附材料是活性炭，但隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)新型吸附材料的不斷研究及探索，具有吸附能力強(qiáng)、不可燃及較大的吸附、脫附能力等特點(diǎn)的沸石分子篩逐步替代了常規(guī)的活性炭，作為一種新型的有機(jī)廢氣吸附材料，在有機(jī)廢氣治理行業(yè)中大量使用，并逐步得到市場(chǎng)認(rèn)可。

關(guān)于活性炭吸附+CO與沸石轉(zhuǎn)輪+TO2種工藝在含硅廢氣中的處理優(yōu)缺點(diǎn)比較詳見(jiàn)表1。從表1可知，選擇沸石轉(zhuǎn)輪作為吸附凈化材料，并配套TO來(lái)無(wú)害化分解高濃度VOCs氣體，是治理大風(fēng)量低濃度含硅有機(jī)廢氣的最佳選擇。
三、結(jié)論
針對(duì)本文所述的大風(fēng)量低濃度混合型的有機(jī)含硅廢氣，沸石轉(zhuǎn)輪吸脫附+TO凈化裝置具有高效、安全、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，對(duì)廢氣中苯系物、酯類、醇類物質(zhì)的吸附效率可達(dá)90%～97%。沸石轉(zhuǎn)輪分子篩材質(zhì)不可燃、安全性好，可在高溫下進(jìn)行脫附再生，其使用壽命長(zhǎng)達(dá)8～10年。TO爐直接燃燒裂解的方式對(duì)VOCs處理效率高達(dá)95%～98%，對(duì)于廢氣處理過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)硅結(jié)晶成分，對(duì)TO的處理效率幾乎無(wú)影響，只需定期打開(kāi)設(shè)備預(yù)留的檢修門(mén)清理掉結(jié)晶體即可。整體裝置采用實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控，多級(jí)能量回收，既節(jié)約能源，又具有極高的安全性。但使用過(guò)程中也需防止諸如因轉(zhuǎn)輪內(nèi)積聚高質(zhì)量濃度VOCs而導(dǎo)致悶燒等情況的發(fā)生，因此，需要做好對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控與保養(yǎng)。
在工業(yè)迅速發(fā)展及環(huán)境保護(hù)形勢(shì)日益嚴(yán)峻的今天，沸石轉(zhuǎn)輪+TO裝置將會(huì)在含硅廢氣處理的領(lǐng)域中得到更廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。
來(lái)源：相章分享環(huán)保技術(shù)