沸石轉(zhuǎn)輪吸附-熱空氣脫附催化燃燒在VOCs治理方面的應(yīng)用

 

1 前言

 

目前，霧霾天氣時常發(fā)生，影響環(huán)境中的空氣質(zhì)量，揮發(fā)性有機物（簡稱VOCs）是污染環(huán)境質(zhì)量的重要因素[1,2]。VOCs是個成分多樣，***性不同，主要有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二異氰酸酯（TDI）、二異氰甲苯酯等，正常情況下利用原有的單一的廢氣處理模式無法達到治理要求的混合型氣體[3]；VOCs產(chǎn)生***致可以分為：工業(yè)企業(yè)排放、汽車尾氣排放、油品揮發(fā)、溶劑使用源、燃燒源等，因VOCs會對人體健康產(chǎn)生直接或間接傷害，且污染的范圍不僅是在排放地附近，也可通過氣流運動擴散到一個城市和區(qū)域[4,5]。為了保護******氣環(huán)境，還我們一個健康的生活，控制VOCs排放至關(guān)重要，***家也意識到了治理VOCs的重要性，已經(jīng)相應(yīng)的出臺了一系列環(huán)保政策，針對VOCs治理專項技術(shù)就應(yīng)運而生，其中沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+熱空氣脫附催化氧化技術(shù)就是將多種廢氣通過沸石轉(zhuǎn)輪進行吸附濃縮，同時再與催化燃燒組合的一種新技術(shù)。

 

2 治理原理

 

本技術(shù)是利用沸石吸附的面積***和不同溫度下分子間作用力不同的原理，經(jīng)催化燃燒后分解VOCs進行設(shè)計。

 

在低溫狀態(tài)下，***風(fēng)量的吸附風(fēng)機把車間內(nèi)的VOCs經(jīng)過過濾箱過濾掉***顆粒物質(zhì)，而后經(jīng)過沸石分子篩轉(zhuǎn)輪吸附，通過沸石轉(zhuǎn)輪的氣體可直接排放；當(dāng)吸附有***量VOCs的沸石轉(zhuǎn)輪進入高溫脫附區(qū)時，小風(fēng)量的熱空氣氣體將沸石轉(zhuǎn)輪上的VOCs分子脫附出來轉(zhuǎn)換成高濃度廢氣，利用脫附風(fēng)機送入后端的催化燃燒系統(tǒng)進行催化燃燒處理，分解產(chǎn)生的熱量部分通過內(nèi)部換熱再次進入催化燃燒系統(tǒng)，降低能量損耗，部分分解后的氣體直接排放到空氣中，在此過程中，電控系統(tǒng)嚴格控制催化產(chǎn)生的熱量，當(dāng)超過設(shè)定值時通過調(diào)節(jié)脫附管路的自動閥門補冷風(fēng)降低廢氣濃度，減少熱量的生成；兩部分子系統(tǒng)相互結(jié)合，反復(fù)循環(huán)，當(dāng)無VOCs產(chǎn)生后可停止設(shè)備運行，同時為了設(shè)備的治理和安全，在停止催化氧化系統(tǒng)后需對該部分設(shè)備進行一個降溫，保護設(shè)備正常使用。

 

3 廢氣處理過程

 

3.1 沸石分子篩轉(zhuǎn)輪吸附濃縮

 

沸石是一種晶體結(jié)構(gòu)的礦石，而我們用到的沸石分子篩就屬于沸石的化合物。

 

沸石分子篩轉(zhuǎn)輪分為三部分：吸附區(qū)、脫附區(qū)和冷卻區(qū)，每個部分都是由耐熱、耐溶劑的密封材料分隔開來。沸石轉(zhuǎn)輪可以在各個功能區(qū)域內(nèi)連續(xù)運轉(zhuǎn)，同步進行吸附脫附冷卻。

 

VOCs通過前端的過濾器進行初步過濾后，到沸石分子篩轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū)。在吸附區(qū)（吸附區(qū)面積為S1）有機廢氣中VOCs被沸石分子篩吸附除去，有機廢氣被凈化后從沸石分子篩轉(zhuǎn)輪直接排出，通過煙囪進入空氣。

 

吸附在轉(zhuǎn)輪上的VOCs，在脫附區(qū)經(jīng)過約200℃小風(fēng)量的熱風(fēng)處理而被脫附、濃縮，濃縮倍數(shù)一般為5~25倍。濃縮倍數(shù)n=吸附面積*吸附速度/脫附面積/脫附速度。

 

脫附后的沸石轉(zhuǎn)輪在冷卻區(qū)被冷卻。經(jīng)過冷卻區(qū)的空氣，經(jīng)過加熱后作為再生空氣使用，達到節(jié)能的效果。以上流程反復(fù)循環(huán)，達到廢氣凈化的目的。

 

3.2 催化燃燒

 

催化氧化燃燒利用轉(zhuǎn)輪經(jīng)過脫附區(qū)后，VOCs 進入脫附管路，經(jīng)過脫附風(fēng)機進入換熱器換熱，催化燃燒產(chǎn)生的部分熱量經(jīng)過換熱被VOCs重新帶入催化燃燒器內(nèi)，加熱升溫進行催化劑催化處理，催化燃燒技術(shù)可以在較低溫度（300℃~500℃）下實現(xiàn)對VOCs95%以上凈化效率，完全反應(yīng)后生成CO2和H2O，同時放出***量熱，產(chǎn)生的熱量一部分通過混合罐進入轉(zhuǎn)輪脫附區(qū)對吸附在轉(zhuǎn)輪上的VOCs進行脫附；一部分進入換熱器換熱，換熱后的部分熱量通過煙囪排出，另一部分被經(jīng)過換熱器的VOCs重新帶入催化燃燒器。反復(fù)循環(huán)利用，可以***限度的降低能量損耗，同時實現(xiàn)廢氣自我催化分解的效果。

 

3.3 電氣控制

 

沸石轉(zhuǎn)輪吸附－熱空氣脫附催化燃燒對VOCs治理的實現(xiàn)還需要一套相對應(yīng)的電控系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用PLC控制，具備設(shè)備自動/手動、本地/遠程、吸附風(fēng)機風(fēng)速切換控制、同時還配備了設(shè)備工況監(jiān)視、流程畫面顯示、參數(shù)顯示及設(shè)置、報警顯示、自動連鎖保護、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，并設(shè)有緊急停車，報警提示等功能。

 

PLC控制系統(tǒng)，對關(guān)鍵設(shè)備的運行狀態(tài)、關(guān)鍵點的溫度和壓力進行監(jiān)測，便于評估設(shè)備的運行情況；共設(shè)有吸附風(fēng)機控制、沸石分子篩轉(zhuǎn)輪單元控制、脫附風(fēng)機控制、燃燒器催化氧化控制、安全應(yīng)急控制、電路保護等控制單元。手動控制只能單***控制一個控制單元進行操作，自動控制可以按照程序設(shè)定使整套設(shè)備進行連續(xù)性運行，保證設(shè)備穩(wěn)定。

 

PLC自控系統(tǒng)包含以下幾個***點：

 

節(jié)能控制：設(shè)備啟動、停止、故障等不同狀態(tài)下，PLC 能夠自動執(zhí)行不同控制模式，***化降低設(shè)備的待機能耗。

 

預(yù)警防護：設(shè)備溫度、壓力等控制點發(fā)生異常時，發(fā)出聲光報警信號，并自動做應(yīng)急處理。

 

急停控制：設(shè)備PLC控制系統(tǒng)預(yù)留急停信號，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)緊急情況時作為***先控制等級***時間停止設(shè)備運行。

 

畫面監(jiān)控：實時監(jiān)測設(shè)備上各個信號點的運行狀態(tài)，通過畫面運行狀態(tài)對設(shè)備當(dāng)下的運行性能有直觀的了解。

 

轉(zhuǎn)輪吸附+催化燃燒可以在處理***風(fēng)量、高濃度的VOCs時，基本上可以凈化所有含有VOCs的廢氣，也可以自我調(diào)節(jié)處理廢氣中VOCs的組成和濃度的變化、波動，在合適的廢氣濃度條件下無需添加輔助燃料而實現(xiàn)自供熱操作。