沸石转轮技术涂料行业VOCs治理应用实例_金小贤.pdf

第 卷第 期 年 月广 州 化 工 .沸石转轮技术涂料行业 治理应用实例金小贤，徐遵主，张纪文，刘 东（南京大学环境规划设计研究院集团股份公司，江苏省区域流域环境综合治理工程技术研究中心，江苏省空气污染治理工程研究中心，江苏 南京）摘 要：相对于活性炭吸附工艺，沸石转轮技术具有再生性能好、安全性高、使用寿命久的优点。针对涂料行业特征污染物，验证了由 及 型分子筛负载于陶瓷纤维制成的沸石转轮吸附材料的吸附效果，其净化效率均在 以上。将沸石转轮 工艺应用于涂料行业，净化效率高、系统安全性高、运行维护成本低，对于该行业废气治理具有一定参考价值。关键词：沸石转轮；涂料；挥发性有机物中图分类号：文献标志码：文章编号：（）第一作者：金小贤（），女，工程师，主要从事大气污染防治工作。，（，）：，.，.，.：；沸石转轮技术源于美国 年发明的除湿转轮技术，年被日本西部技研公司应用于 净化，现普遍应用于涂装、印刷、包装、电子等行业。相对于活性炭吸附，沸石转轮吸附采用无机材料，可有效避免因有机物积累造成的阴燃问题，极大提高了设备的安全性。活性炭热脱附温度不宜超过 ，一些沸点比较高的有机物易残留在孔道内，导致材料吸附效率下降；而沸石蜂窝整体采用无机材料，其耐受温度可以达到 以上，常规脱附温度高于活性炭，有机物残留率低，长时间运行后，可以通过提高脱附温度来减少有机物的残留，因此沸石转轮的材料使用寿命优于蜂窝活性炭。活性炭脱附是一个间歇过程，脱附周期内浓度波动较大，转轮由于其转动的连续性，脱附浓度较为稳定，可减少后端催化燃烧设备的能耗。沸石蜂窝由于基材本身高孔隙率、与气体接触表面积大，相同床层厚度下，其处理风量是活性炭的 倍。一台转轮设备集成了吸附、脱附、冷却等功能，活性炭则需要多个吸附床来达到同样的功效，且存在频繁的阀门切换，沸石转轮设备占地小、操作运维更加简单便捷。分子筛材料在转轮吸附系统的应用沸石分子筛转轮，是将分子筛吸附材料附着于蜂窝状多孔载体上制备而成的一种转轮吸附设备。其核心材料是以耐高温的玻璃纤维或陶瓷纤维作为基材，经过瓦楞机打折形成波纹形纤维纸，与平板型纤维纸粘合在一起，卷成盘状并经过硬化处理形成具有一定强度的高孔隙率基材，如图 所示，通过浸渍涂覆的方式将分子筛原粉负载在基材上。相对于直接挤出成型的沸石蜂窝，该方式极大程度上降低了分子筛用量，节省了材料成本，提高了吸附材料与废气组分的接触效率，高孔隙率的基材极大的降低了材料阻力。图 沸石转轮关键材料.分子筛的孔径相对比较均匀，可根据污染物的种类调整分子筛原粉配方，涂料行业主要特征污染物有甲苯、二甲苯、乙 广 州 化 工 年 月苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯 等，其 分 子 动 力 学 直 径 分 别 为.、.、.、.、.。型分子筛具有.以及.两种交叉的十元环孔道，型分子筛的孔径约为.，采用高疏水的 及 型分子筛组合使用的方式即可达到较高的净化效果。一般来讲，硅铝比越高，分子筛疏水性越好，吸附有机物的能力越强。用于 处理的 分子筛硅铝比在 以上，分子筛的硅铝比在 以上。图 实验装置流程图.选用市售的沸石转轮材料，切割后尺寸为 ，置于如图 所示的实验设备中，调节吸附温度（），湿度（），吸附风速为 ，停留时间为.，测试其对于不同污染物的处理效率，其效果如表 所示，可以看出，对于涂料行业的主要污染物，制备材料的吸附效率均在以上。表 沸石转轮吸附材料对于不同有机物的处理效率 特征污染物入口浓度 出口浓度 吸附效率 甲苯.二甲苯.乙苯.乙酸乙酯.乙酸丁酯.沸石转轮 在涂料行业的应用.废气排放特征及处理要求某涂料公司现有 的环保涂料项目，涉及具体产品有高固体份涂料、水性涂料及 涂料等。在涂料生产过程的有机溶剂主要是甲苯和二甲苯等苯系物，废气总收集风量为 ，排气筒设计高度为 ，参考当地地方标准，其污染物排放状况及排放限值要求见表。表 有机废气污染状况表 污染物类型排放浓度（）排放速度（）最高允许排放浓度（）最高允许排放速率（）处理效率要求甲苯与二甲苯合计.废气治理工艺图 为沸石转轮蓄热式催化燃烧工艺流程图，该工艺包含废气预处理系统、沸石转轮吸脱附系统、蓄热式催化燃烧系统。图 沸石转轮蓄热式催化燃烧工艺流程图.废气预处理待处理的有机混合废气经引风机作用，先经过预处理过滤装置（四级过滤）去除废气中的粉尘及杂质，确保颗粒物的浓度降低至 以下，然后再进入沸石转轮吸附净化处理。.沸石转轮吸附、脱附及冷却过程预处理后的废气直接进入沸石浓缩转轮吸附装置进行吸附净化处理，有机物质被沸石转轮吸附，洁净气体排出，经过一段时间吸附后，沸石转轮吸附区域达到饱和状态，自动转动进入冷却和高温脱附区域。除尘后的部分废气（约），进入转轮的冷却区域，将脱附后的高温沸石转轮冷却，冷却废气温度得到提高到 左右，再通过燃气加热使温度达到 ，进入转轮的脱附区域，沸石中的有机物受到热气影响后从沸石中脱附出来。.脱附废气高温氧化系统沸石转轮脱附出来的废气属于高浓度、小风量、高温度的有机废气，直接进入 进行催化氧化，有机物利用自身氧化燃烧释放出的热量维持自燃，正常使用时，需要少量的天然气，如果脱附废气浓度达到 系统可以维持自身热量平衡，不需要消耗天然气，可做到真正的节能、环保，同时，整套装置安全、可靠、无任何二次污染。.关键设备系统整体由过滤箱、沸石转轮、风机、烟囱、阀门及管路、电控系统组成，系统整体按非防爆设计。.过滤箱废气中含有粉尘及粘性物质，直接进入沸石转轮吸附系统会堵塞沸石吸附孔道，导致吸附效率降低甚至失效，为了确保转轮的吸附效果及使用寿命，在废气进入沸石转轮前采用过滤器去除颗粒物，过滤器通常采用四级，分别为、，过滤精度逐渐提高，确保进入转轮的废气颗粒物浓度低于 。设计风量为 ，过滤箱尺寸为 。.沸石转轮沸石转轮有三个区域，分别为吸附区、脱附区、冷却区，第 卷第 期金小贤，等：沸石转轮技术涂料行业 治理应用实例 面积比为 ，转轮以一定的速度在转动，吸附饱和后的沸石自动转入脱附区域进行脱附再生，形成了吸附浓缩和脱附再生同时运行，连续性生产。废气风机风量为 ，风压为 ，功率为 ，脱附风量为吸附风量的，沸石转轮尺寸为 。.蓄热式催化焚烧装置（简称）本项目选用三室，废气处理风量为 ，转轮脱附出来的高浓度有机废气直接进入 催化氧化室高温区，在贵金属催化剂、的作用下使废气中的 成分氧化分解成为无害的 和，同时释放出大量的热量，氧化后的高温气体热量被陶瓷蓄热体“贮存”起来用于预热新进入的有机废气，从而节省燃料，降低使用成本，原理说明如下：蓄热室：氧化后的高温气体进入蓄热室（此时陶瓷处于温度较低状态），高温气体释放大量热量给蓄热陶瓷，气体降温，而陶瓷蓄热室 吸收大量热量后升温贮存（用于下一个循环预热有机废气），经风机作用气体由烟囱排入大气，排气温度比进气温度高 。蓄热室：陶瓷蓄热室 处于清扫状态，上一循环结束阀门切换时，阀门与陶瓷蓄热体 的底部之间存有少量废气，采用来自氧化室的少量高温气体将其反吹到主风机进口端和有机废气一起进入陶瓷蓄热室。第二次循环：废气由蓄热室 进入，则由蓄热室 排出，蓄热室 进行反吹清扫；第三次循环：废气由蓄热室 进入，则由蓄热室 排出，蓄热室 进行反吹清扫；周而复始，更替交换。.安全保护系统.安全防护措施 设备的保温层采用耐高温陶瓷纤维制成，工作温度，保温层厚度 以上，充分保证设备表面温度低于国家标准值。进气管路配置防止逆火装置、预处理器，预处理器内装满了金属阻火网，当火焰进入阻火器时，金属网导热系数高，吸热分散热量，使温度降低，火焰熄灭从而起到阻火作用。设有泄爆口，一旦 内部压力异常，防爆膜片自动爆破，及时释放能量；系统配有气包，当压缩空气停气时，可维持一段时间。系统配有应急电源，可确保停电情况下，相应安全联锁动作实施；在 炉体内部及出口设温度监测点及温度报警控制系统。针对 内部温度工艺控制上，设计多个温度控制区间，每个温度控制区间，系统阀门、加热器有相应温控连锁动作。系统设置多层防护措施，如温度保护、阀门、风机、仪器仪表故障保护、压力保护、机械安全保护和防爆保护（防爆膜片等）等。多层保护存在共同控制点，系统设置控制级别，优先执行最高级别防护措施。.燃烧器的安全控制燃烧器的安全控制系统见图，当系统出现任何不满足以下安全连锁条件下，一秒钟内关闭燃烧机系统，确保整个燃烧过程在安全的范围内工作。（）风压连锁：只有助燃风机启动，风压开关得到稳定的风压或压差信号，风压连锁才能通过；（）燃气低压保护连锁：管路燃气压力过低时，低压保护开关常开点火会断开；（）燃气高压保护连锁：管路中燃气压力过高时，高压保护开关常闭点火会断开；（）风机连锁：连接 风机的启动信号，循环风机启动后才能通过；（）超温连锁：系统的温度超过设定的保护温度时，高温开关常闭点会断开；（）燃气泄漏连锁：燃烧使用过程中或启动前，燃气检测传感器若感应到天然气存在，则连锁也不会通过。图 燃烧器安全控制系统.进气浓度控制废气进入 前设置 检测装置，控制废气进入 的浓度小于废气爆炸下限的四分之一。.实际运行效果该项目实际运行效果见表，初始净化效率超过，运行期间企业检测净化效率均超过。分析吸附剂的结构强度、表面形貌均未发生明显变化，预计使用寿命超过 年。每个季度停产时仅需对预处理过滤器等耗材进行更换，风机上润滑油等简单维保。系统无需专人维护，运行超两年仍可做到零故障，关键设备和零部件未发生损坏。表 实际运行效果 风量（）测试因子处理效率 单位能耗（）热回收率 运行维护费用（万元 年）非甲烷总烃.结 论该项目采用沸石转轮蓄热催化燃烧的方式，实验室验证沸石转轮对于涂料行业常见 均有较高的处理效率，工程应用实际净化效率大于。相对于传统活性炭吸附催化燃烧工艺主要有以下优势：（）根据特征污染物种类选取合适的分子筛材料，选择吸附性好，净化效率高；（）沸石转轮核心材料主体为无机材料，相对于活性炭，材料本身不易燃，耐温性好，具有本质安全的特征；（）脱附温度高，脱附比较彻底，材料使用寿命比较久；（）占地面积小，运行维护费用低。参考文献 王旭，吴玉帅，杨欣，等.沸石分子筛用于 吸附脱除的应用研究进展化工进展，（）：.覃显益，高乃平，高久唯，等.热力平衡核算及天然气消耗量影响因素分析中国环境科学，（）：.，.，（）：.工业企业挥发性有机物排放控制标准 吸附法工业有机废气治理工程技术规范