鮑梅連

（山東交通職業(yè)學院，山東濰坊261206）

0 引言

VOCs（volatile organic compounds），揮發(fā)性有機化合物，是指會產生危害的那一類揮發(fā)性有機物，是空氣中普遍存在且組成復雜的一類有機污染物的統(tǒng)稱。

VOCs對大氣造成的危害主要有：（1）部分具有毒性和致癌性，危害人體健康；（2）VOCs中的碳氫化合物與氮氧化合物在紫外線的作用下反應生成臭氧，可導致大氣光化學煙霧事件發(fā)生，危害人類健康和植物生長；（3）參與大氣中二次氣溶膠的形成，二次氣溶膠多為細顆粒，不易沉降，能較長時間滯留在大氣中，對光線的散射力較強，能顯著降低大氣能見度。目前我國大部分城市大氣環(huán)境已呈現(xiàn)區(qū)域性霾污染、臭氧及酸雨等三大復合型污染特點，而VOCs是極重要的助推劑之一。

1 VOCs處理技術

VOCs對環(huán)境的極大危害和對人體健康的嚴重威脅，引起了全世界的高度重視。VOCs的治理在我國已是刻不容緩，目前VOCs的處理技術主要分為兩大類：

（1）在源頭上進行控制，具體是指在生產環(huán)節(jié)上防止或減少VOCs排放的措施，是治理有機廢氣污染的最佳方法。但由于技術水平的限制，會不可避免地向環(huán)境中排放和泄漏不同濃度的有機廢氣，實現(xiàn)難度較大。

（2）在生產末端控制并消除VOCs的治理方法，可分為回收技術和銷毀技術兩類。回收技術是采用物理方法將VOCs回收的非破壞性方法，主要有活性炭吸附法、冷凝法、膜處理法等。此類方法不僅能有效控制VOCs的排放，而且回收利用能夠節(jié)約資源，帶來經濟效益，目前越來越受到人們的關注。銷毀技術即通過化學或生物反應過程使VOCs廢氣氧化分解為無毒或低毒物質的破壞性方法，主要技術有燃燒、光催化降解、等離子體技術、生物降解等。

上述VOCs廢氣處理技術是單一處理工藝，須根據(jù)VOCs廢氣排放的具體情況和要求，選擇合適的工藝；因為VOCs種類繁多、成分復雜、性質各異，在很多情況下采用一種凈化技術往往難以達到治理要求，并且很不經濟。利用不同單元治理技術的優(yōu)勢，采用組合治理工藝，既可以滿足排放要求，又可以降低設備的運行費用，沸石轉輪濃縮技術即一種新型組合VOCs處理技術。

2 沸石濃縮轉輪技術發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外技術現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

20世紀60年代起，歐美等國已出現(xiàn)吸附富集—脫附濃縮—蓄熱催化氧化后處理技術的應用，其中德國Dürr公司，美國Megtec、Enguil公司和加拿大Biothermica公司等在行業(yè)中占有絕大部分市場。1986年，瑞典的Munters公司率先將蜂窩狀沸石轉輪用于VOCs廢氣處理。1988年，日本株式會社西部技研公司將加工成波紋形和平板形的陶瓷纖維紙用無機黏合劑粘結在一起后卷成具有蜂窩狀結構的轉輪，然后將疏水性沸石涂覆在蜂窩狀通道的表面得到吸附轉輪，并將其成功用于VOCs的凈化處理。目前，沸石濃縮轉輪系統(tǒng)在日本、美國、歐洲等國及臺灣地區(qū)獲得普遍使用，就技術而言，沸石吸附轉輪的生產技術還掌握在國外企業(yè)手中。

VOCs經轉輪濃縮后，再采用氫化燃燒技術和催化燃燒技術進行燃燒處理。國外對設備工藝進行持續(xù)的改進，日本三菱公司在20世紀就設計利用移動閥切換的蓄熱裝置，采用了具有高蓄熱能力的陶瓷蜂窩體，并實際應用。催化劑也是影響廢氣處理的關鍵內容，將Pd、Au、Ce等金屬催化劑用于催化燃燒降解的實驗結果在國外已見報道，德國的SüD-Chemie公司是目前研究較為成功的企業(yè)之一。目前，國外沸石濃縮轉輪的相關產品價格昂貴，在我國的VOCs廢氣處理中很難大規(guī)模應用。

2.2 國內技術現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

國內的沸石吸附濃縮設備起步較晚，生產企業(yè)多以組裝、代理為主要經營模式，作為核心的沸石吸附單元基本依賴進口，國外具有生產技術的企業(yè)也在國內相繼設立設備組裝廠。不過，國內現(xiàn)已有多家高校及科研院所如華南理工大學、浙江大學等對沸石轉輪進行了相關研究，使得國內現(xiàn)有的沸石轉輪成型及設備技術水平與國外的差距在逐步縮小。近幾年，我國在催化燃燒技術方面也已取得較大發(fā)展，國內已有工業(yè)應用及推廣的實例。對催化燃燒技術而言，采用蜂窩狀全效換熱器回收低品位熱源、進一步優(yōu)化系統(tǒng)的結構設計及實現(xiàn)標準化、模塊化設計是未來的發(fā)展趨勢。雖然我們已經有了較好的研究基礎，但是在核心材料研發(fā)、系統(tǒng)化集成、示范工程應用等方面還有待突破。

3 沸石濃縮轉輪技術

沸石濃縮轉輪系統(tǒng)是全球公認的最高效的廢氣濃縮技術，沸石轉輪吸附濃縮裝置采用吸附—脫附—濃縮焚化三項連續(xù)程序，主要用于有機廢氣的治理，特別適用于大風量、低濃度場合。該吸附裝置以陶瓷纖維為基材，做成蜂窩狀的大圓盤輪狀系統(tǒng)，輪子表面涂覆疏水性沸石做吸附劑。沸石轉輪吸附濃縮裝置主要由廢氣預處理系統(tǒng)、分子篩轉輪濃縮吸附系統(tǒng)、脫附系統(tǒng)、冷卻干燥系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)等組成。轉輪后有后處理系統(tǒng)。其核心技術是高效吸附分離濃縮過程以及所采用的具有蜂窩狀結構的吸附轉輪。

3.1 沸石轉輪基本構造

沸石轉輪濃縮區(qū)可分為處理區(qū)、再生區(qū)、冷卻區(qū)三部分，濃縮轉輪在各個區(qū)內連續(xù)運轉。VOCs有機廢氣通過前置過濾器過濾后，再通過濃縮轉輪裝置的處理區(qū)。在處理區(qū)VOCs被吸附劑吸附去除，凈化后的空氣從濃縮轉輪的處理區(qū)排出。吸附在濃縮轉輪中的有機廢氣VOCs，在再生區(qū)經熱風處理而被脫附、濃縮到5～15倍的程度。濃縮轉輪在冷卻區(qū)被冷卻，經過冷卻區(qū)的空氣，加熱后作為再生空氣使用，達到凈化節(jié)能的效果。沸石轉輪結構如圖1所示。

圖1 沸石轉輪基本構造

3.2 沸石轉輪工藝參數(shù)

（1）濃縮比：轉輪通過吸附—脫附以獲得低流量的濃縮氣體，濃縮比是轉輪性能的一個重要指標，定義為進氣流量與再生風流量的比值。

（2）轉輪轉速：吸附與脫附在轉輪運行周期中是同步進行的，兩者互為影響，共同決定轉輪的去除效率，而轉速的大小意味著吸附和脫附時間長短。

（3）再生風溫度：吸附劑的解析再生存在一個特征溫度，即最低清洗溫度，高于該溫度可以獲得更快的解析速率，同時消耗更小的脫附風量。

沸石轉輪結構的密封是一個非常重要的控制點，密封性不佳會使得轉輪應用上存在竄風的問題。

4 結語

沸石轉輪濃縮+催化燃燒進行工業(yè)有機廢氣的處理，現(xiàn)在我國已經廣泛應用于印刷業(yè)、半導體制造業(yè)、涂裝行業(yè)等多個工業(yè)生產領域，但是目前作為核心技術的沸石吸附單元仍依賴于進口，使得沸石濃縮轉輪系統(tǒng)在VOCs處理的使用中受到了很大限制。隨著新型吸附劑的開發(fā)及我國轉輪制作技術、密封技術的提高，轉輪吸附技術將會在更大范圍、更多產業(yè)中得到應用。

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