沸石轉(zhuǎn)輪吸附VOCs技術(shù)探討
VOCs來(lái)源廣泛，對(duì)人體和環(huán)境危害極***。隨著我***新的環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)的頒布，對(duì)VOCs有機(jī)廢氣排放限制的要求日益嚴(yán)格，VOCs污染控制如火如荼，VOCs污染控制技術(shù)不斷完善。其中“車輪濃縮-催化燃燒”工藝因其技術(shù)***勢(shì)受到車主青睞。目前***內(nèi)使用的轉(zhuǎn)輪技術(shù)和設(shè)備***部分是從日本進(jìn)口的或者是日本技術(shù)生產(chǎn)的，在***內(nèi)運(yùn)行******，主要是因?yàn)槠涮幚鞻OCs的能力強(qiáng)，處理成分復(fù)雜的VOCs性能***越，已經(jīng)成為控制VOCs污染的主要設(shè)備之一。
一、轉(zhuǎn)輪技術(shù)的問(wèn)題
與普通固定床吸附器相比，沸石轉(zhuǎn)輪(簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)輪)***的***點(diǎn)是占地面積更小，尤其是圓柱形轉(zhuǎn)輪，由于它結(jié)合了廢氣預(yù)處理、吸附脫附和催化燃燒幾個(gè)過(guò)程，成為廢氣處理的一體化裝置，因此更具***勢(shì)。但是，跑步者在任何情況下都不能使用。使用轉(zhuǎn)輪處理VOCs時(shí)，必須從技術(shù)原理上對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行分析，以便正確選擇和使用轉(zhuǎn)輪。
從吸附原理來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)輪仍然遵循經(jīng)典的吸附理論。所以轉(zhuǎn)輪的運(yùn)行程序還是吸附-脫附(再生)-冷卻-再吸收。
但并不是所有的氣體都能被轉(zhuǎn)輪處理。
一些不容易處理的廢氣還是沒(méi)有關(guān)系的，比如易聚合的烯烴和炔烴(脫附時(shí)容易被聚合堵塞)、苯乙烯、聚(丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸乙酯)等。
因此，轉(zhuǎn)輪制造商在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)要求用戶提供廢氣的成分和濃度，轉(zhuǎn)輪制造商只有在獲得這些數(shù)據(jù)后才能進(jìn)行設(shè)計(jì)。
日本東洋紡織認(rèn)為，設(shè)計(jì)處理裝置的基礎(chǔ)是根據(jù)廢氣中各組分的分子動(dòng)力學(xué)直徑選擇沸石分子篩，然后將適合廢氣組分的分子篩按比例混合，制成轉(zhuǎn)輪的吸附層，使轉(zhuǎn)輪能夠準(zhǔn)確處理廢氣，滿足用戶的要求。
但廠家供貨周期長(zhǎng)，其實(shí)是制造加工精細(xì)化的問(wèn)題。
“轉(zhuǎn)輪可以將廢氣濃縮20~40倍”，但這只是一個(gè)概念問(wèn)題。如果廢氣濃度很低，可以濃縮到40倍，即50倍和60倍。如果廢氣濃度高，比如1000mg/m3，恐怕濃度比達(dá)不到10倍。因此，實(shí)際上轉(zhuǎn)輪對(duì)廢氣的濃縮能力與其自身的吸附能力有關(guān)。
“采用轉(zhuǎn)輪技術(shù)更容易達(dá)標(biāo)，采用普通吸附裝置很難達(dá)標(biāo)。”其實(shí)是因?yàn)楦緵](méi)有從吸附原理來(lái)分析。任何吸附裝置都有吸附循環(huán)的問(wèn)題，也就是說(shuō)任何吸附裝置都有斷裂點(diǎn)的問(wèn)題。如果在即將達(dá)到斷點(diǎn)時(shí)切換吸附操作，操作不穩(wěn)定時(shí)容易超標(biāo)；但是，如果開(kāi)關(guān)是在離分界點(diǎn)很長(zhǎng)一段時(shí)間后提前做出的，就不會(huì)超標(biāo)。所以一般轉(zhuǎn)輪設(shè)定的吸附時(shí)間比達(dá)到斷裂點(diǎn)的時(shí)間要短很多，很容易達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
“轉(zhuǎn)輪可以使用高風(fēng)速，處理能力***”也是一個(gè)概念性問(wèn)題。因?yàn)槲剿俣葮O高，可以接近化學(xué)反應(yīng)速度(10-8s左右)，只要吸附質(zhì)與吸附劑接觸，就會(huì)瞬間被吸附。因此，當(dāng)廢氣濃度很低時(shí)，廢氣會(huì)在吸附層中停留很短時(shí)間，吸附就完成了。因此，有觀點(diǎn)認(rèn)為廢氣通過(guò)床層的風(fēng)速由其停留時(shí)間決定，對(duì)于濃度相對(duì)較低的廢氣可以采用較高的風(fēng)速。
設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)輪風(fēng)速時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)氣體濃度進(jìn)行選擇。由于轉(zhuǎn)輪處理的廢氣濃度普遍較低，可以采用較高的風(fēng)速。但是風(fēng)速不是隨意增加的，必須考慮阻力的問(wèn)題。因此，轉(zhuǎn)輪吸附層的***厚度不會(huì)超過(guò)500mm。
此外，轉(zhuǎn)輪還有以下缺點(diǎn):
(1)從結(jié)構(gòu)上看，轉(zhuǎn)輪雖然屬于固定移動(dòng)床的范疇，但與普通固定床不同。運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)輪會(huì)旋轉(zhuǎn)處理系統(tǒng)中的所有固定床，導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)能耗增加；將普通固定床用于氣體流量切換的閥門(mén)改為與吸附單元硬摩擦的密封件，這些密封件固定在不同位置，與每個(gè)旋轉(zhuǎn)吸附單元接觸，實(shí)現(xiàn)氣體切換。這種變化無(wú)疑會(huì)增加設(shè)備制造的難度。***別是印章，***內(nèi)很少生產(chǎn)，基本靠進(jìn)口。
(2)許多轉(zhuǎn)子在高溫(180℃~200℃)下脫附，不僅造成能源浪費(fèi)，也不利于資源回收。即使為了與隨后的催化燃燒連接，也沒(méi)有必要使用高溫脫附。脫附后的氣體可以在低溫下脫附后再加熱，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。此時(shí)，節(jié)省了加熱整個(gè)吸附系統(tǒng)的能量，同時(shí)，采用較低溫度的脫附，節(jié)省了冷卻床層的能量。
這里提醒一下:對(duì)于含氯的VOCs，在轉(zhuǎn)輪中濃縮后，就不能再進(jìn)行催化燃燒了，因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生更多有毒的光氣或二惡英！
(3)有人認(rèn)為，由于沸石轉(zhuǎn)輪的脫附介質(zhì)是空氣或比熱相對(duì)較低的工業(yè)氮?dú)?，需要依靠脫附?lái)保證較高的再生效率。但這種觀點(diǎn)是基于“溫度越高脫附效果越***”的錯(cuò)誤脫附規(guī)律。在實(shí)際生產(chǎn)中，脫附效率與脫附溫度并沒(méi)有正相關(guān)關(guān)系，即不同的吸附質(zhì)有對(duì)應(yīng)的理想脫附溫度，但這個(gè)溫度點(diǎn)與燃燒所需的溫度和吸附質(zhì)的沸點(diǎn)并沒(méi)有直接關(guān)系。
二、分析總結(jié)
轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行有一些改進(jìn)，但***重要的改進(jìn)是吸附劑。眾所周知，分子篩的吸附能力比活性炭差很多，而活性炭本身就是一種非極性吸附劑，其疏水性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)***于沸石。如果把分子篩換成活性炭吸附劑，在同等條件下其濃度比會(huì)成倍增加。沸石分子篩在轉(zhuǎn)輪中用作吸附劑的主要原因是不同類型的分子篩可以吸附不同的物質(zhì)，此外，它在高溫下仍具有******的吸附能力。
如果選擇或改性碳基吸附劑，活性炭具有與分子篩相似的性能***點(diǎn)，如:消除活性炭上的活性點(diǎn)，避免其低溫催化帶來(lái)的運(yùn)行安全隱患；改變活性炭的孔徑***小和分布，增強(qiáng)其對(duì)不同VOCs分子的吸附性能。事實(shí)上，這種活性炭目前已經(jīng)出現(xiàn)在市場(chǎng)上，如油氣回收用介孔活性炭、韓***的***種活性炭等。如果把吸附質(zhì)的分子動(dòng)力學(xué)直徑結(jié)合起來(lái)，按照孔徑***小進(jìn)行分類，做成模塊，這些模塊設(shè)計(jì)成固定床，會(huì)比轉(zhuǎn)輪得到更***的效果。
綜上所述，除了商業(yè)上的考慮，沸石轉(zhuǎn)輪能在短時(shí)間內(nèi)影響活性炭吸附固定床濃縮過(guò)程的根本原因是轉(zhuǎn)輪和吸附劑類型的運(yùn)行***性更適合廣泛的脫附條件和控制方式。如果我們能夠研究VOCs的脫附規(guī)律、活性炭的改性和復(fù)合技術(shù)，開(kāi)發(fā)一種集成裝置，并在智能上做一些研究和開(kāi)發(fā)，我們可以相信活性炭固定床無(wú)疑是控制VOCs污染的更理想的選擇。
