沸石轉輪吸附VOCs技術探討

 

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格，VOCs污染控制如火如荼，VOCs污染控制技術不斷完善。其中“車輪濃縮-催化燃燒”工藝因其技術***勢受到車主青睞。目前***內(nèi)使用的轉輪技術和設備***部分是從日本進口的或者是日本技術生產(chǎn)的，在***內(nèi)運行******，主要是因為其處理VOCs的能力強，處理成分復雜的VOCs性能***越，已經(jīng)成為控制VOCs污染的主要設備之一。

 

一、轉輪技術的問題

 

與普通固定床吸附器相比，沸石轉輪(簡稱轉輪)***的***點是占地面積更小，尤其是圓柱形轉輪，由于它結合了廢氣預處理、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。使用轉輪處理VOCs時，必須從技術原理上對轉輪進行分析，以便正確選擇和使用轉輪。

 

從吸附原理來說，轉輪仍然遵循經(jīng)典的吸附理論。所以轉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輪處理。

 

一些不容易處理的廢氣還是沒有關系的，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，轉輪制造商在設計時會要求用戶提供廢氣的成分和濃度，轉輪制造商只有在獲得這些數(shù)據(jù)后才能進行設計。

 

日本東洋紡織認為，設計處理裝置的基礎是根據(jù)廢氣中各組分的分子動力學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，制成轉輪的吸附層，使轉輪能夠準確處理廢氣，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，實際上轉輪對廢氣的濃縮能力與其自身的吸附能力有關。

 

“采用轉輪技術更容易達標，采用普通吸附裝置很難達標。”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；但是，如果開關是在離分界點很長一段時間后提前做出的，就不會超標。所以一般轉輪設定的吸附時間比達到斷裂點的時間要短很多，很容易達到排放標準。

 

“轉輪可以使用高風速，處理能力***”也是一個概念性問題。因為吸附速度極高，可以接近化學反應速度(10-8s左右)，只要吸附質與吸附劑接觸，就會瞬間被吸附。因此，當廢氣濃度很低時，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速。

 

設計轉輪風速時，設計人員必須根據(jù)氣體濃度進行選擇。由于轉輪處理的廢氣濃度普遍較低，可以采用較高的風速。但是風速不是隨意增加的，必須考慮阻力的問題。因此，轉輪吸附層的***厚度不會超過500mm。

 

此外，轉輪還有以下缺點:

 

(1)從結構上看，轉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，轉輪會旋轉處理系統(tǒng)中的所有固定床，導致運行時能耗增加；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，與每個旋轉吸附單元接觸，實現(xiàn)氣體切換。這種變化無疑會增加設備制造的難度。***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，由于沸石轉輪的脫附介質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關系，即不同的吸附質有對應的理想脫附溫度，但這個溫度點與燃燒所需的溫度和吸附質的沸點并沒有直接關系。

 

二、分析總結

 

轉輪的結構和運行有一些改進，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，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。如果把吸附質的分子動力學直徑結合起來，按照孔徑***小進行分類，做成模塊，這些模塊設計成固定床，會比轉輪得到更***的效果。

 

綜上所述，除了商業(yè)上的考慮，沸石轉輪能在短時間內(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、活性炭的改性和復合技術，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。