揮發(fā)性有機(jī)物廢氣治理中的沸石轉(zhuǎn)輪技術(shù)

錢冰冰

（蘇州常衛(wèi)環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇蘇州 215000）

VOCs 就是揮發(fā)性有機(jī)化合物，是工業(yè)生產(chǎn)中常見的污染物，由于其物理性質(zhì)決定其在常溫下容易揮發(fā)到空氣中。VOCs 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員健康有影響，且在大氣擴(kuò)散的作用下，會(huì)轉(zhuǎn)移擴(kuò)散至土壤或者水體中，進(jìn)而危害動(dòng)植物和周圍生活環(huán)境。針對(duì)VOCs 的危害影響，應(yīng)認(rèn)真分析其成因，并采取針對(duì)性的治理措施。

1 揮發(fā)性有機(jī)物成因

1.1 石油化工的產(chǎn)品或者副產(chǎn)物

VOCs 是揮發(fā)性有機(jī)物，指具有揮發(fā)性的有機(jī)化合物。常見的有300 多種，包括苯、甲苯、苯乙烯、氯仿、氰化物等。在石油的煉化過(guò)程中，或者化工化學(xué)品生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、甚至食品加工車間，都會(huì)產(chǎn)生VOCs，只是種類和量上有較大差異。有些VOCs 是生產(chǎn)的副產(chǎn)物，直接逸出，有些是產(chǎn)物，在儲(chǔ)存過(guò)程中由于密封不良等原因揮發(fā)到空氣中。

1.2 企業(yè)生產(chǎn)條件不達(dá)標(biāo)

企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，要對(duì)產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行收集或者密閉作業(yè)，從而避免對(duì)環(huán)境造成污染，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)工作人員的生命健康。由于這些工作與產(chǎn)量關(guān)系不大，相關(guān)的設(shè)備或者工藝優(yōu)化等亦需要投入更多的成本，在降本增效的理念下，大部分企業(yè)生產(chǎn)條件等不達(dá)標(biāo)，造成了空氣中揮發(fā)性有機(jī)物含量超標(biāo)。

1.3 環(huán)保設(shè)備不給力

生產(chǎn)企業(yè)特別是化工類型企業(yè)，在生產(chǎn)中產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)幾乎是不可避免的，并且并非所有揮發(fā)性有機(jī)物都可以當(dāng)作相關(guān)化工生產(chǎn)的原料，所以運(yùn)用環(huán)保設(shè)備對(duì)這些氣體進(jìn)行處理是有效的方式。雖然，我國(guó)對(duì)生產(chǎn)企業(yè)有排污要求，向環(huán)境中排出廢氣需要得到排污許可證才可以，但是選用的環(huán)保設(shè)備或其處理方案本身對(duì)VOCs 處理能力和效果有限，這也是造成VOCs 排放量大的根本原因。

1.4 原子化生產(chǎn)工藝未落實(shí)

化學(xué)類工業(yè)企業(yè)是產(chǎn)生有機(jī)廢氣的主要行業(yè)，環(huán)境友好型化學(xué)要求化學(xué)生產(chǎn)原料的每個(gè)原子都轉(zhuǎn)化成為生成物，最大限度地使用能源，避免浪費(fèi)，同時(shí)也避免副產(chǎn)物成為污染物。然而，在實(shí)際的化工工藝中，很難徹底做到原子化，這些都是VOCs 廢氣產(chǎn)生量較大的成因。

2 揮發(fā)性有機(jī)物的常見治理方法

2.1 冷凝法

有機(jī)物氣體常常可以用冷凝回流的方式來(lái)收集，這是有機(jī)物自身的物理性質(zhì)決定的。在VOCs 治理中，可以將揮發(fā)性有機(jī)物廢氣通過(guò)冷凝管實(shí)現(xiàn)物質(zhì)回收。冷凝方式可以采用空氣冷凝和水冷凝等，具體根據(jù)有機(jī)物的性質(zhì)來(lái)確定。冷凝技術(shù)成本較低，但是對(duì)設(shè)備要求較高，國(guó)內(nèi)設(shè)備冷凝效果差強(qiáng)人意，國(guó)外設(shè)備成本高，應(yīng)用較少。

2.2 燃燒法

根據(jù)有機(jī)物可燃性，將揮發(fā)性有機(jī)氣體進(jìn)行燃燒，產(chǎn)物是水、二氧化碳等。燃燒法的優(yōu)點(diǎn)是處理效率高，無(wú)須與其他技術(shù)聯(lián)合使用，同時(shí)成本較低；并且，燃燒法產(chǎn)生的熱量可以供生產(chǎn)使用。燃燒法的應(yīng)用對(duì)有機(jī)物揮發(fā)性大小和有機(jī)物的量有一定要求，當(dāng)空氣和有機(jī)物的比例太大時(shí)，可燃物太少，燃燒需要其他能源來(lái)提高熱值。這就相對(duì)來(lái)說(shuō)增加了成本。所以，對(duì)于廢氣中有機(jī)物較少的情況，燃燒法的成本相對(duì)提升。

2.3 吸附技術(shù)

吸收技術(shù)是指用疏松多孔的物質(zhì)作為吸附劑，將有機(jī)物作為吸附質(zhì)，通過(guò)物理性或者化學(xué)性反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)吸附質(zhì)（即VOCs）與吸附劑之間的吸附作用，這樣就實(shí)現(xiàn)了有機(jī)物在固態(tài)物質(zhì)上的固定，實(shí)現(xiàn)VOCs 廢氣的有效治理。常選用的吸附劑主要有活性炭、硅藻土和沸石等。相比較而言，由于活性炭?jī)r(jià)格低廉且易獲取，因而應(yīng)用較為廣泛。吸附技術(shù)常常與燃燒法或者熱力氧化聯(lián)合使用?；钚蕴康娜秉c(diǎn)是容易吸附飽和，且在高溫下容易燃燒，若無(wú)法吸附再生，將無(wú)法重復(fù)利用，相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)增加成本。

2.4 溶劑吸收

主要為物理吸收，大多數(shù)有機(jī)物是非極性的，根據(jù)相似相容的特性，選用有機(jī)溶劑作為吸收劑。常用的溶劑一般為柴油和煤油，通過(guò)吸收裝置，將VOCs 由氣相轉(zhuǎn)回液相，從而使得VOCs 廢氣得到凈化。對(duì)于吸收進(jìn)入液相的VOCs，需通過(guò)其他技術(shù)將有機(jī)物提取出來(lái)，回收VOCs 并重新用于化工等生產(chǎn)中。溶劑吸收的優(yōu)點(diǎn)是可以凈化廢氣，同時(shí)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的再利用；其缺點(diǎn)是將吸收來(lái)的有機(jī)物與溶劑分離提純時(shí)，又需要其他技術(shù)，無(wú)法單獨(dú)使用。

2.5 熱力氧化

將揮發(fā)性有機(jī)物通過(guò)熱力氧化爐，經(jīng)過(guò)氧化后再排出，這樣就實(shí)現(xiàn)了廢氣處理，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)。該技術(shù)的處理效率決定于熱力氧化爐的處理量，有機(jī)物在爐中的停留時(shí)間和總量決定處理量。為了提高處理效率，常用吸附劑來(lái)增加爐中有機(jī)物總量，硅鋁分子篩是常用的吸附劑，分子篩經(jīng)過(guò)疏水處理可以與大部分有機(jī)物結(jié)合，固定效果更好。熱力氧化的優(yōu)點(diǎn)是成本相對(duì)較低，缺點(diǎn)是含有有機(jī)物的空氣直接送入爐子，會(huì)降低爐內(nèi)溫度，且空氣中的有機(jī)物含量有限。所以，人力氧化技術(shù)常和濃縮裝置聯(lián)用。

3 沸石轉(zhuǎn)輪技術(shù)在VOCs治理中的運(yùn)用

沸石轉(zhuǎn)輪技術(shù)主要應(yīng)用于風(fēng)量大，濃度低的有機(jī)廢氣處理。沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)主要可以分為三個(gè)單元：即沸石吸附區(qū)、熱脫附區(qū)以及濃縮廢氣后處理區(qū)。

沸石轉(zhuǎn)輪裝置的主體是1個(gè)裝滿吸附劑的旋轉(zhuǎn)輪盤，即吸附區(qū)。VOCs 廢氣經(jīng)收集后首先進(jìn)入吸附區(qū)通過(guò)轉(zhuǎn)輪內(nèi)的沸石進(jìn)行吸附，吸附處理后的潔凈氣體排出。沸石轉(zhuǎn)輪吸附飽和時(shí)，轉(zhuǎn)到脫附區(qū)，通過(guò)熱交換器作用脫附出來(lái)高濃度的廢氣，進(jìn)行后續(xù)的處理（如焚燒處理）。轉(zhuǎn)盤脫附完成后，進(jìn)入冷卻過(guò)程，然后轉(zhuǎn)動(dòng)至吸附區(qū)重復(fù)吸附。

3.1 吸附劑的選擇

目前，市場(chǎng)中常見的吸附劑種類主要有活性炭、分子篩、硅膠、吸附樹脂等。這些種類的吸附劑中，活性炭與沸石分子篩對(duì)于VOCs 具有非常好的吸附性，在VOCs 廢氣治理中應(yīng)用最為廣泛。

沸石的成分是多微孔式硅酸鹽或硅鋁酸鹽晶體，能夠依靠物理吸附作用，將小于其直徑的分子吸附，亦可將沸點(diǎn)、極性、飽和度等不同的分子分離，故而又可稱之為分子篩。對(duì)比常見的吸附劑活性炭來(lái)說(shuō)，沸石具有不燃性，吸附能力強(qiáng)，且穩(wěn)定性強(qiáng)，有較長(zhǎng)的使用壽命。同時(shí)沸石具有較高的抗?jié)裥阅?，在相?duì)濕度較高的情況下，沸石吸附的水分少于活性炭，由此，沸石能更好地應(yīng)用于沸石轉(zhuǎn)輪技術(shù)中的吸附劑。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究與探索，沸石分子篩的種類已經(jīng)超過(guò)180種，在實(shí)際的VOCs 處理中，工作人員可以結(jié)合VOCs 組分構(gòu)成等實(shí)際情況來(lái)選用合適的沸石分子篩。

3.2 轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)

沸石轉(zhuǎn)輪主要存在兩種形式，即盤式轉(zhuǎn)輪與筒式轉(zhuǎn)輪。

3.2.1 盤式轉(zhuǎn)輪

盤式轉(zhuǎn)輪為類似輪盤的轉(zhuǎn)輪。主要由吸附轉(zhuǎn)芯、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、風(fēng)機(jī)、殼體等部件構(gòu)成。其中，吸附轉(zhuǎn)芯是核心部分，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)芯由耐高溫、耐腐蝕的分隔板分隔為三個(gè)區(qū)域：吸附區(qū)、再生區(qū)、冷卻區(qū)，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置作用，實(shí)現(xiàn)三個(gè)區(qū)域位置的變動(dòng)，有效完成廢氣的處理。

3.2.2 筒式轉(zhuǎn)輪

筒式轉(zhuǎn)輪是近些年伴隨著沸石轉(zhuǎn)輪技術(shù)發(fā)展而新形成的一種轉(zhuǎn)輪形式，主要由外殼體、轉(zhuǎn)輪殼體、沸石轉(zhuǎn)子、風(fēng)管、儀表等構(gòu)成。筒式轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)只有吸附區(qū)以及脫附區(qū)，并沒(méi)有冷卻區(qū)。這主要是由于筒式轉(zhuǎn)輪本身的比表面積比較大，能夠進(jìn)行自然冷卻。同時(shí)筒式轉(zhuǎn)輪選擇了模塊化的設(shè)計(jì)方式，進(jìn)一步提升了零部件更換的靈活度與便捷性。

3.3 影響設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及預(yù)處理措施

3.3.1 影響參數(shù)

一套沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)的治理效率與進(jìn)氣參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的選取等息息相關(guān)。影響系統(tǒng)性能的操作參數(shù)主要有以下幾個(gè)方面。①?gòu)U氣進(jìn)氣參數(shù)：如VOCs 廢氣組分、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣濕度等；②設(shè)備運(yùn)行參數(shù)：脫附再生溫度、冷空氣流量、轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速、濃縮比等；③轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)參數(shù)：轉(zhuǎn)輪直徑、吸附 /脫附 /冷卻區(qū)面積比、沸石含有率、轉(zhuǎn)輪吸附厚度等。

3.3.2 預(yù)處理措施

沸石雖具有一定的疏水性能，但過(guò)高的濕度亦會(huì)影響其吸附效率，進(jìn)氣濕度易控制在80%以下，若進(jìn)氣濕度較高，則需要在沸石轉(zhuǎn)輪處理系統(tǒng)前增加除濕預(yù)處理。

進(jìn)氣中的粉塵、漆霧等會(huì)堵塞轉(zhuǎn)盤吸附孔道，因此對(duì)于含有粉塵、漆霧的VOCs 廢氣在處理前，需要增加除塵預(yù)處理裝置以保證沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)的治理效率。

3.4 脫附的濃縮廢氣的末端治理

VOCs 廢氣進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪后，由轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)進(jìn)入轉(zhuǎn)輪脫附區(qū)，脫附后的VOCs 為高濃度廢氣，針對(duì)高濃度VOCs 廢氣的處理，一般選用焚燒法進(jìn)行末端治理，使其最終氧化分解為H2O 和CO2，降低VOCs 廢氣的污染影響。

目前，最為常見的熱力焚燒方式有直燃式熱氧化爐（TO）、催化氧化爐（RCO）以及蓄熱式熱氧化爐（RTO）。這三種熱力焚燒方式中直燃式熱氧化爐（TO）投入最低，但是同時(shí)該設(shè)備的熱回收效率也較為低下，熱回收效率一般位于40%～65%。催化燃燒（RCO）在實(shí)際運(yùn)行中消耗能源相對(duì)較少，但是通常會(huì)用到貴金屬元素作為催化劑，運(yùn)行成本比較高。蓄熱式熱氧化爐（RTO）具有非常高的熱回收效率，相關(guān)實(shí)踐表明其熱回收效率能夠達(dá)到95%，但是同時(shí)這種熱焚燒系統(tǒng)在設(shè)備上的投入比較大，占地面積也相對(duì)較廣。

在對(duì)VOCs 焚燒處理的過(guò)程中， 燃燒溫度可達(dá)700～800℃。所以，熱力焚燒會(huì)消耗大量的能源。通過(guò)沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)中的脫附工序能夠使VOCs 廢氣達(dá)到較高的濃度和一定的溫度，從理論層面上分析，這能夠有效供給熱力焚燒所需要的熱值，從而降低對(duì)能源的消耗。但是熱力焚燒系統(tǒng)在實(shí)際使用中仍然需要消耗大量的柴油或天然氣等能源來(lái)維持設(shè)備運(yùn)行所需要的熱量和溫度。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，生態(tài)環(huán)保視域下，要嚴(yán)格控制生產(chǎn)企業(yè)有機(jī)廢氣污染物的組分和含量，結(jié)合實(shí)際情況采用多種方法治理VOCs 排放污染問(wèn)題。要通過(guò)技術(shù)發(fā)展來(lái)推動(dòng)VOCs 環(huán)保處理設(shè)備的有效性。沸石轉(zhuǎn)輪技術(shù)是當(dāng)下治理VOCs 非常有效的一種方法，沸石具有一定的耐高溫性及不可燃性，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，安全性較高。然而，任何一種廢氣處理方式都會(huì)有其優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，要結(jié)合廢氣組分及工藝參數(shù)有針對(duì)性地選擇合適的沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)以及沸石種類，從而更好地保障揮發(fā)性有機(jī)物治理效果，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。