沸石轉(zhuǎn)輪吸附VOCs技術(shù)探討

 

VOCs來源廣泛，對人體和環(huán)境危害極***。隨著我***新的環(huán)境保護法律法規(guī)的頒布，對VOCs有機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***部分是從日本進口的或者是日本技術(shù)生產(chǎn)的，在***內(nèi)運行******，主要是因為其處理VOCs的能力強，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)的問題

 

與普通固定床吸附器相比，沸石轉(zhuǎn)輪(簡稱轉(zhuǎn)輪)***的***點是占地面積更小，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過程，成為廢氣處理的一體化裝置，因此更具***勢。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，必須從技術(shù)原理上對轉(zhuǎn)輪進行分析，以便正確選擇和使用轉(zhuǎn)輪。

 

從吸附原理來說，轉(zhuǎn)輪仍然遵循經(jīng)典的吸附理論。所以轉(zhuǎn)輪的運行程序還是吸附-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有關(guān)系的，比如易聚合的烯烴和炔烴(脫附時容易被聚合堵塞)、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)計時會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)后才能進行設(shè)計。

 

日本東洋紡織認為，設(shè)計處理裝置的基礎(chǔ)是根據(jù)廢氣中各組分的分子動力學(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，其實是制造加工精細化的問題。

 

“轉(zhuǎn)輪可以將廢氣濃縮20~40倍”，但這只是一個概念問題。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，恐怕濃度比達不到10倍。因此，實際上轉(zhuǎn)輪對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)更容易達標(biāo)，采用普通吸附裝置很難達標(biāo)。”其實是因為根本沒有從吸附原理來分析。任何吸附裝置都有吸附循環(huán)的問題，也就是說任何吸附裝置都有斷裂點的問題。如果在即將達到斷點時切換吸附操作，操作不穩(wěn)定時容易超標(biāo)；但是，如果開關(guān)是在離分界點很長一段時間后提前做出的，就不會超標(biāo)。所以一般轉(zhuǎn)輪設(shè)定的吸附時間比達到斷裂點的時間要短很多，很容易達到排放標(biāo)準(zhǔn)。

 

“轉(zhuǎn)輪可以使用高風(fēng)速，處理能力***”也是一個概念性問題。因為吸附速度極高，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，就會瞬間被吸附。因此，當(dāng)廢氣濃度很低時，廢氣會在吸附層中停留很短時間，吸附就完成了。因此，有觀點認為廢氣通過床層的風(fēng)速由其停留時間決定，對于濃度相對較低的廢氣可以采用較高的風(fēng)速。

 

設(shè)計轉(zhuǎn)輪風(fēng)速時，設(shè)計人員必須根據(jù)氣體濃度進行選擇。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，必須考慮阻力的問題。因此，轉(zhuǎn)輪吸附層的***厚度不會超過500mm。

 

此外，轉(zhuǎn)輪還有以下缺點:

 

(1)從結(jié)構(gòu)上看，轉(zhuǎn)輪雖然屬于固定移動床的范疇，但與普通固定床不同。運行時，轉(zhuǎn)輪會旋轉(zhuǎn)處理系統(tǒng)中的所有固定床，導(dǎo)致運行時能耗增加；將普通固定床用于氣體流量切換的閥門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，與每個旋轉(zhuǎn)吸附單元接觸，實現(xiàn)氣體切換。這種變化無疑會增加設(shè)備制造的難度。***別是印章，***內(nèi)很少生產(chǎn)，基本靠進口。

 

(2)許多轉(zhuǎn)子在高溫(180℃~200℃)下脫附，不僅造成能源浪費，也不利于資源回收。即使為了與隨后的催化燃燒連接，也沒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，實現(xiàn)節(jié)能。此時，節(jié)省了加熱整個吸附系統(tǒng)的能量，同時，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:對于含氯的VOCs，在轉(zhuǎn)輪中濃縮后，就不能再進行催化燃燒了，因為會產(chǎn)生更多有毒的光氣或二惡英！

 

(3)有人認為，由于沸石轉(zhuǎn)輪的脫附介質(zhì)是空氣或比熱相對較低的工業(yè)氮氣，需要依靠脫附來保證較高的再生效率。但這種觀點是基于“溫度越高脫附效果越***”的錯誤脫附規(guī)律。在實際生產(chǎn)中，脫附效率與脫附溫度并沒有正相關(guān)關(guān)系，即不同的吸附質(zhì)有對應(yīng)的理想脫附溫度，但這個溫度點與燃燒所需的溫度和吸附質(zhì)的沸點并沒有直接關(guān)系。

 

二、分析總結(jié)

 

轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)和運行有一些改進，但***重要的改進是吸附劑。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，其疏水性能遠遠***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，如:消除活性炭上的活性點，避免其低溫催化帶來的運行安全隱患；改變活性炭的孔徑***小和分布，增強其對不同VOCs分子的吸附性能。事實上，這種活性炭目前已經(jīng)出現(xiàn)在市場上，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)的分子動力學(xué)直徑結(jié)合起來，按照孔徑***小進行分類，做成模塊，這些模塊設(shè)計成固定床，會比轉(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)輪能在短時間內(nèi)影響活性炭吸附固定床濃縮過程的根本原因是轉(zhuǎn)輪和吸附劑類型的運行***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)，開發(fā)一種集成裝置，并在智能上做一些研究和開發(fā)，我們可以相信活性炭固定床無疑是控制VOCs污染的更理想的選擇。