沸石轉(zhuǎn)輪吸附-熱空氣脫附催化燃燒在VOCs處理中的應(yīng)用
一、前言
目前霧霾天氣經(jīng)常發(fā)生，影響環(huán)境中的空氣質(zhì)量，VOCs(VOCs)是污染環(huán)境質(zhì)量的重要因素[1，2]。VOCs是一種成分多樣、***性各異的混合氣體，主要包括苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、氯仿、三氯乙烷、二異氰酸酯(TDI)、二異氰基甲苯酯等，正常情況下使用原單一廢氣處理方式無法滿足處理要求[3]；VOCs的產(chǎn)生***致可分為:工業(yè)企業(yè)排放、汽車尾氣排放、石油揮發(fā)、溶劑使用源、燃燒源等，因?yàn)閂OCs可以直接或間接危害人體健康，而且污染范圍不僅在排放地點(diǎn)附近，還可以通過氣流運(yùn)動(dòng)傳播到一個(gè)城市和地區(qū)[4，5]。為了保護(hù)***氣環(huán)境，給我們帶來健康的生活，控制VOCs的排放非常重要。***家也意識(shí)到控制VOCs的重要性，并相應(yīng)出臺(tái)了一系列環(huán)保政策。控制VOCs的***殊技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。其中，沸石旋轉(zhuǎn)吸附濃縮+熱空氣脫附催化氧化技術(shù)是將各種廢氣與催化燃燒相結(jié)合的新技術(shù)。
二、治理原則
該技術(shù)是基于沸石吸附面積***、不同溫度下分子間作用力不同的原理，通過催化燃燒后分解VOCs而設(shè)計(jì)的。
低溫時(shí)，車間內(nèi)的VOCs通過過濾箱由***風(fēng)量吸附風(fēng)機(jī)過濾，再由沸石分子篩轉(zhuǎn)輪吸附，通過沸石轉(zhuǎn)輪的氣體可以直接排出；當(dāng)吸附了***量VOCs的沸石轉(zhuǎn)輪進(jìn)入高溫脫附區(qū)時(shí)，沸石轉(zhuǎn)輪上的VOCs分子被小風(fēng)量的熱空氣脫附，轉(zhuǎn)化為高濃度廢氣，通過脫附風(fēng)機(jī)送到后端的催化燃燒系統(tǒng)進(jìn)行催化燃燒處理。分解產(chǎn)生的熱量一部分通過內(nèi)部換熱重新進(jìn)入催化燃燒系統(tǒng)，減少能量損失，一部分分解氣體直接排入空氣。在這個(gè)過程中，電控系統(tǒng)嚴(yán)格控制催化產(chǎn)生的熱量，當(dāng)超過設(shè)定值時(shí)，通過調(diào)節(jié)脫附管道的自動(dòng)閥來補(bǔ)充冷空氣，降低廢氣濃度。兩個(gè)子系統(tǒng)相互結(jié)合，反復(fù)循環(huán)，可以在沒有VOCs產(chǎn)生的情況下停止設(shè)備運(yùn)行。同時(shí)，為了設(shè)備的處理和安全，有必要在停止催化氧化系統(tǒng)后降低這部分設(shè)備的溫度，以保護(hù)設(shè)備的正常使用。
三、廢氣處理流程
3.1沸石分子篩輪吸附濃度
沸石是一種具有晶體結(jié)構(gòu)的礦石，我們使用的沸石分子篩屬于沸石化合物。
沸石分子篩轉(zhuǎn)輪分為吸附區(qū)、脫附區(qū)和冷卻區(qū)三個(gè)部分，每個(gè)部分由耐熱和耐溶劑的密封材料隔開。沸石轉(zhuǎn)輪可以在每個(gè)功能區(qū)連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)進(jìn)行吸附、脫附和冷卻。
VOCs由前端的過濾器初步過濾，然后進(jìn)入沸石分子篩轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū)。吸附區(qū)(吸附區(qū)占地S1)有機(jī)廢氣中的VOCs被沸石分子篩吸附去除，凈化后的有機(jī)廢氣直接從沸石分子篩轉(zhuǎn)輪排出，通過煙囪進(jìn)入空氣。
吸附在轉(zhuǎn)輪上的VOCs經(jīng)200℃左右小風(fēng)量的熱空氣處理后，在脫附區(qū)脫附濃縮，濃縮倍數(shù)一般為5-25倍。濃度因子n=吸附面積*吸附速度/脫附面積/脫附速度。
脫附的沸石轉(zhuǎn)輪在冷卻區(qū)冷卻。通過冷卻區(qū)的空氣被加熱作為再生空氣，從而達(dá)到節(jié)能的效果。以上過程反復(fù)循環(huán)，達(dá)到廢氣凈化的目的。
3.2催化燃燒
VOCs經(jīng)過脫附區(qū)后，進(jìn)入脫附管道，通過脫附風(fēng)機(jī)進(jìn)入換熱器進(jìn)行換熱。催化燃燒產(chǎn)生的部分熱量通過熱交換被VOCs帶回到催化燃燒器中，被加熱進(jìn)行催化劑催化處理。催化燃燒技術(shù)在較低溫度(300℃~500℃)下可達(dá)到95%以上的VOCs凈化效率，完全反應(yīng)后產(chǎn)生CO2和H2O，同時(shí)釋放出***量的熱量，產(chǎn)生的熱量一部分通過混合罐進(jìn)入，一部分進(jìn)入換熱器進(jìn)行換熱，換熱后的熱量一部分通過煙囪排出，另一部分由穿過換熱器的VOCs帶回催化燃燒器。重復(fù)回收可以***限度地減少能量損失，達(dá)到廢氣自催化分解的效果。
3.3電氣控制
沸石轉(zhuǎn)輪吸附-熱空氣脫附催化燃燒實(shí)現(xiàn)VOCs控制還需要一套相應(yīng)的電控系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由PLC控制，具有設(shè)備自動(dòng)手動(dòng)控制、本地遠(yuǎn)程控制、吸附風(fēng)機(jī)風(fēng)速切換控制、設(shè)備工況監(jiān)控、過程屏幕顯示、參數(shù)顯示及設(shè)置、報(bào)警顯示、自動(dòng)聯(lián)鎖保護(hù)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽约熬o急停機(jī)和報(bào)警提示。
PLC控制系統(tǒng)監(jiān)控關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，關(guān)鍵點(diǎn)的溫度和壓力，便于評估設(shè)備的運(yùn)行情況；共設(shè)置吸附風(fēng)機(jī)控制、沸石分子篩轉(zhuǎn)輪單元控制、脫附風(fēng)機(jī)控制、燃燒器催化氧化控制、安全應(yīng)急控制、電路保護(hù)等控制單元。手動(dòng)控制只能控制一個(gè)控制單元***立運(yùn)行，自動(dòng)控制可以使整套設(shè)備按照程序設(shè)置連續(xù)運(yùn)行，保證設(shè)備的穩(wěn)定性。
可編程控制器自動(dòng)控制系統(tǒng)包括以下***點(diǎn):
節(jié)能控制:PLC可在設(shè)備啟動(dòng)、停止、故障等不同狀態(tài)下自動(dòng)執(zhí)行不同的控制模式。，從而***限度地降低設(shè)備的待機(jī)能耗。
預(yù)警保護(hù):當(dāng)設(shè)備的溫度、壓力等控制點(diǎn)出現(xiàn)異常時(shí)，會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號，并自動(dòng)進(jìn)行應(yīng)急處理。
急停控制:設(shè)備的PLC控制系統(tǒng)保留急停信號，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)緊急情況時(shí)，會(huì)在***時(shí)間停止設(shè)備的運(yùn)行，作為***先控制級別。
屏幕監(jiān)控:實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備上各信號點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，通過屏幕運(yùn)行狀態(tài)直觀了解設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行性能。
四、廢氣處理的效果
在目前的企業(yè)生產(chǎn)中，VOCs是在車間混合過程中使用的原始輔料。車間烘箱、捏合機(jī)、真空混合機(jī)、烘房等設(shè)備均在密閉空間內(nèi)生產(chǎn)，產(chǎn)生的廢氣通過設(shè)備本身的廢氣收集管道排出，車間廢氣收集效率為95%。車間工藝廢氣經(jīng)袋式除塵器處理后排放。通過除塵器的廢氣經(jīng)過沸石轉(zhuǎn)輪+熱空氣脫附催化燃燒裝置，由電子控制系統(tǒng)進(jìn)行***化控制，既能處理廢氣又能節(jié)能，處理效果顯著。
五、總結(jié)
轉(zhuǎn)輪吸附+催化燃燒在處理***風(fēng)量、高濃度的VOCs時(shí)，基本可以凈化所有含VOCs的廢氣，還可以自調(diào)節(jié)處理后廢氣中VOCs組成和濃度的變化和波動(dòng)。在合適的廢氣濃度條件下，
無需添加輔助燃料即可實(shí)現(xiàn)自熱運(yùn)行。
隨著***家和公民環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，對環(huán)境保護(hù)的治理要求也會(huì)越來越高；與此同時(shí)，轉(zhuǎn)輪和催化燃燒技術(shù)也在日益完善，未來會(huì)在更多的行業(yè)使用，VOCs控制的效果會(huì)更加有效。
來源:北極星VOCs在線
