沸石轉輪吸附-熱空氣脫附催化燃燒在VOCs處理中的應用
一、前言
目前霧霾天氣經常發(fā)生，影響環(huán)境中的空氣質量，VOCs(VOCs)是污染環(huán)境質量的重要因素[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，因為VOCs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附近，還可以通過氣流運動傳播到一個城市和地區(qū)[4，5]。為了保護***氣環(huán)境，給我們帶來健康的生活，控制VOCs的排放非常重要。***家也意識到控制VOCs的重要性，并相應出臺了一系列環(huán)保政策?？刂芕OCs的***殊技術應運而生。其中，沸石旋轉吸附濃縮+熱空氣脫附催化氧化技術是將各種廢氣與催化燃燒相結合的新技術。
二、治理原則
該技術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而設計的。
低溫時，車間內的VOCs通過過濾箱由***風量吸附風機過濾，再由沸石分子篩轉輪吸附，通過沸石轉輪的氣體可以直接排出；當吸附了***量VOCs的沸石轉輪進入高溫脫附區(qū)時，沸石轉輪上的VOCs分子被小風量的熱空氣脫附，轉化為高濃度廢氣，通過脫附風機送到后端的催化燃燒系統(tǒng)進行催化燃燒處理。分解產生的熱量一部分通過內部換熱重新進入催化燃燒系統(tǒng)，減少能量損失，一部分分解氣體直接排入空氣。在這個過程中，電控系統(tǒng)嚴格控制催化產生的熱量，當超過設定值時，通過調節(jié)脫附管道的自動閥來補充冷空氣，降低廢氣濃度。兩個子系統(tǒng)相互結合，反復循環(huán)，可以在沒有VOCs產生的情況下停止設備運行。同時，為了設備的處理和安全，有必要在停止催化氧化系統(tǒng)后降低這部分設備的溫度，以保護設備的正常使用。
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構的礦石，我們使用的沸石分子篩屬于沸石化合物。
沸石分子篩轉輪分為吸附區(qū)、脫附區(qū)和冷卻區(qū)三個部分，每個部分由耐熱和耐溶劑的密封材料隔開。沸石轉輪可以在每個功能區(qū)連續(xù)運行，同時進行吸附、脫附和冷卻。
VOCs由前端的過濾器初步過濾，然后進入沸石分子篩轉輪的吸附區(qū)。吸附區(qū)(吸附區(qū)占地S1)有機廢氣中的VOCs被沸石分子篩吸附去除，凈化后的有機廢氣直接從沸石分子篩轉輪排出，通過煙囪進入空氣。
吸附在轉輪上的VOCs經200℃左右小風量的熱空氣處理后，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，從而達到節(jié)能的效果。以上過程反復循環(huán)，達到廢氣凈化的目的。
3.2催化燃燒
VOCs經過脫附區(qū)后，進入脫附管道，通過脫附風機進入換熱器進行換熱。催化燃燒產生的部分熱量通過熱交換被VOCs帶回到催化燃燒器中，被加熱進行催化劑催化處理。催化燃燒技術在較低溫度(300℃~500℃)下可達到95%以上的VOCs凈化效率，完全反應后產生CO2和H2O，同時釋放出***量的熱量，產生的熱量一部分通過混合罐進入，一部分進入換熱器進行換熱，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。重復回收可以***限度地減少能量損失，達到廢氣自催化分解的效果。
3.3電氣控制
沸石轉輪吸附-熱空氣脫附催化燃燒實現(xiàn)VOCs控制還需要一套相應的電控系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由PLC控制，具有設備自動手動控制、本地遠程控制、吸附風機風速切換控制、設備工況監(jiān)控、過程屏幕顯示、參數(shù)顯示及設置、報警顯示、自動聯(lián)鎖保護、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，以及緊急停機和報警提示。
PLC控制系統(tǒng)監(jiān)控關鍵設備的運行狀態(tài)，關鍵點的溫度和壓力，便于評估設備的運行情況；共設置吸附風機控制、沸石分子篩轉輪單元控制、脫附風機控制、燃燒器催化氧化控制、安全應急控制、電路保護等控制單元。手動控制只能控制一個控制單元***立運行，自動控制可以使整套設備按照程序設置連續(xù)運行，保證設備的穩(wěn)定性。
可編程控制器自動控制系統(tǒng)包括以下***點:
節(jié)能控制:PLC可在設備啟動、停止、故障等不同狀態(tài)下自動執(zhí)行不同的控制模式。，從而***限度地降低設備的待機能耗。
預警保護:當設備的溫度、壓力等控制點出現(xiàn)異常時，會發(fā)出聲光報警信號，并自動進行應急處理。
急停控制:設備的PLC控制系統(tǒng)保留急停信號，當設備出現(xiàn)緊急情況時，會在***時間停止設備的運行，作為***先控制級別。
屏幕監(jiān)控:實時監(jiān)控設備上各信號點的運行狀態(tài)，通過屏幕運行狀態(tài)直觀了解設備當前的運行性能。
四、廢氣處理的效果
在目前的企業(yè)生產中，VOCs是在車間混合過程中使用的原始輔料。車間烘箱、捏合機、真空混合機、烘房等設備均在密閉空間內生產，產生的廢氣通過設備本身的廢氣收集管道排出，車間廢氣收集效率為95%。車間工藝廢氣經袋式除塵器處理后排放。通過除塵器的廢氣經過沸石轉輪+熱空氣脫附催化燃燒裝置，由電子控制系統(tǒng)進行***化控制，既能處理廢氣又能節(jié)能，處理效果顯著。
五、總結
轉輪吸附+催化燃燒在處理***風量、高濃度的VOCs時，基本可以凈化所有含VOCs的廢氣，還可以自調節(jié)處理后廢氣中VOCs組成和濃度的變化和波動。在合適的廢氣濃度條件下，
無需添加輔助燃料即可實現(xiàn)自熱運行。
隨著***家和公民環(huán)保意識的增強，對環(huán)境保護的治理要求也會越來越高；與此同時，轉輪和催化燃燒技術也在日益完善，未來會在更多的行業(yè)使用，VOCs控制的效果會更加有效。
來源:北極星VOCs在線
