沸石轉輪技術在廢氣處理中的應用
1.沸石轉輪技術簡介
一套完整的沸石轉輪系統用于處理VOC廢氣，通常包括沸石吸附區、熱脫附區和燃燒單元。
沸石轉輪系統的工作原理是:含低濃度VOCs的廢氣通過蜂窩狀沸石分子篩時，廢氣中的VOCs成分被吸附在沸石中，凈化后的氣體排入***氣。此時，吸附了VOCs的蜂窩狀沸石繼續旋轉，沸石模塊被少量熱空氣脫附再生。在這個過程中，低濃度的廢氣可以濃縮成高濃度的廢氣。沸石轉輪濃縮后的廢氣可采用燃燒法進行末端處理，通過燃燒將VOCs分解為無害的二氧化碳和水，使VOCs完全分解。
沸石轉輪系統***早在日本引進，經過當地實踐后逐漸發展到美***、歐洲、中***等地。目前市場上先進成熟的沸石轉輪設備制造商主要有***外品牌公司如蒙***利、瑞典、尼加思、西方技術研究院等。目前，青島納博科環保科技有限公司生產的Napotec沸石轉輪已達到***外沸石轉輪的指標，并已批量生產和產業化。
2.沸石轉輪技術的研究進展
2.1吸附劑
市場上常用的吸附劑有活性炭、沸石分子篩、硅膠、活性氧化鋁、高分子吸附樹脂等材料。其中，活性炭和沸石分子篩對有機化合物具有較高的吸附選擇性，廣泛應用于VOCs廢氣處理。
應用于吸附輪的吸附劑需要具備以下***點:吸附選擇性***，吸附容量***；易于再生和再利用；具有足夠的穩定性和機械強度；貨源廣，價格適中。沸石分子篩通常采用耐高溫陶瓷纖維作為基材，耐熱性***，機械強度高，能夠滿足吸附劑高頻脫附再生的要求。高硅鋁比的疏水分子篩具有******的防潮性能。因此，沸石分子篩已逐漸發展成為旋轉濃縮吸附法處理VOCs廢氣中***常用的吸附劑。
經過不斷的研究和探索，現在已經有180多種沸石分子篩。不同類型的沸石分子篩具有不同的有效孔徑和選擇性吸附性能。
2.2轉輪結構
目前市場上的沸石轉輪主要有兩種，圓盤轉輪和圓筒轉輪。
(1)圓盤轉輪
圓盤轉輪是傳統轉輪。圓盤轉輪系統的基本結構如圖1所示。該系統主要由分子篩吸附旋轉芯、氣體過濾裝置、旋轉裝置、風機等部件組成。吸附旋轉芯是核心部分，旋轉芯通過耐高溫耐腐蝕隔板可分為吸附區、再生區和冷卻區三個區域。
(2)桶轉輪
筒式轉輪是近年來發展起來的一種新型轉輪形式。圓柱形轉輪只有吸附區和脫附區，沒有冷卻區，靠其較***的比表面積自然冷卻。管式旋轉沸石采用模塊化設計，可由單個模塊安裝或更換，具有靈活性高、更換方便的***點。
2.3設備運行參數
沸石轉輪系統的處理效率與進水參數和設備運行參數的選擇密切相關。影響系統性能的運行參數主要包括以下幾個方面:
A.廢氣入口參數:廢氣溫度、廢氣濕度等。
B.設備運行參數:脫附再生溫度、冷風流量、轉輪轉速、濃度比等。
C.轉輪的結構參數:轉輪直徑、吸附/脫附/冷卻區面積比、轉輪厚度等。
根據吸附機理，吸附平衡容量與吸附溫度有關。低溫有利于吸附，高溫有利于脫附，所以廢氣溫度越低，吸附越***。此外，廢氣中的水分會在一定程度上堵塞沸石分子篩的孔結構，從而影響吸附性能。即使是疏水性沸石，其對進氣的濕度要求也不應超過80%。如果入口濕度過高，可以在進入沸石轉輪系統之前加入干燥除濕的預處理過程，以保證沸石轉輪的長期有效運行。
轉速是沸石轉輪吸附操作中***重要的參數之一。***轉速與吸附質性質、吸附劑性質、吸附床設計參數等諸多因素有關。是綜合因素。
濃度比(φ)是無量綱因子，定義為吸附區入口處的VOCs廢氣流量與脫附區入口處的VOCs廢氣流量之比。如果吸附區廢氣流量減少，脫附區廢氣流量增加，則濃度比降低。較低的濃度比有利于提高吸附和脫附效率。但是在實際應用過程中，會導致能耗增加。所以有一個******的濃度比。通過***化濃縮比，可以提高沸石轉輪系統的技術經濟性。
2.4燃燒系統
根據研究，常用的熱燃燒方法有直燃式熱氧化爐、催化氧化爐和蓄熱式熱氧化爐。直燃式熱氧化爐(TO)的***點是利用熱交換器從煙氣中回收熱量，用于預熱廢氣或其他熱能利用，以節約能源。***常用的換熱器是管殼式換熱器。一般來說，設備投資率低，但熱回收效率也低，通常為40~65%。
催化燃燒中常用的催化劑是貴金屬催化劑，以蜂窩陶瓷為基體，負載鈀、鉑等貴金屬。貴金屬催化劑具有活性高、適用范圍廣、起燃溫度低、使用壽命長(3年左右)的***點。與TO和RTO相比，RCO將具有更低的燃燒溫度和更低的能耗。但貴金屬催化劑價格昂貴，由于設備壓降***、催化劑易失活等缺點，其運行成本高于TO和RTO。并且熱回收效率也低。
蓄熱式熱氧化爐(RTO)的***點是換熱器采用陶瓷蓄熱床，氣體經過氧化分解后，傳遞***量熱量并儲存在蓄熱床中，然后進入氧化器的氣體與蓄熱床的熱量進行交換。RTO的熱回收效率可達95%，可***限度降低能耗，但設備投資率***，設備占地面積***。
熱燃燒通常需要700~800℃的燃燒溫度，才能獲得較高的VOCs燃燒效率。因此，熱燃燒需要使用***量的能源。濃縮后的VOCs廢氣濃度高，理論上可以提供熱燃燒所需的熱值，降低能耗。但在熱燃燒爐的實際使用中，往往需要補充***量的天然氣、柴油等能源，以維持設備運行所需的供熱。即使是熱回收效率高的RTO，在實際應用中仍然需要保證一定的燃料供應量。
2.5輔助支撐系統
沸石轉輪系統的輔助設施按類型可分為以下幾類:廢氣預處理裝置、儀表監控系統、防爆附件及其他附件等。
(1)廢氣預處理系統
有機廢氣在不同行業的情況是不同的。比如涂料和油墨行業的有機廢氣往往含有一定量的粉塵顆粒，半導體行業的有機廢氣往往含有高濕度，橡膠制品或噴涂行業的有機廢氣往往含有一定量的油霧。針對上述廢氣情況，有必要根據進口廢氣的實際情況，在沸石轉輪系統前端增加廢氣預處理裝置，以保證沸石轉輪系統的正常使用壽命和沸石轉輪系統的正常有效處理效率。常見的廢氣預處理裝置包括除濕機、除塵器和預濾器。
(2)監控系統
設計******的系統控制系統可以很***地實現系統的自動監控功能，很***地滿足工藝要求，******提高操作人員的工作效率。常用的自動監控技術有PLC控制系統、DCS、FCS等。根據張博等的分析比較，集散控制系統的***點是由傳統的撥號監控系統發展而來，以連續調節控制為主；PLC控制系統的***點是由傳統的繼電器電路發展而來，離散邏輯控制占主導地位；根據郭蘇宇等人的研究，現場總線控制系統是世界上***的控制系統，由可編程控制器和集散控制系統發展而來。對于VOCs廢氣末端處理裝置的自動控制系統，我們經常會注意到幾個監控模塊，分別是濃度監控、溫度監控、氣體體積監控、濕度監控等。監控技術可分為離線監控和在線監控。
(3)安全防爆附件
為了提高沸石轉輪處理系統的運行安全性，應根據需要在處理系統中安裝相應的阻火器(防火閥)、事故自動報警裝置、其他防爆裝置和其他附件。
3.沸石轉輪在廢氣處理中的應用
沸石轉輪系統主要用于后續制造過程中工業廢氣的分離凈化過程。
(1)印刷行業:印刷行業產生的廢氣，包括書籍、食品、日用品等包裝材料。主要的VOCs有甲苯、異丙醇、乙酸乙酯、甲乙酮等。
(2)涂裝行業:包括汽車涂裝、板材及鋼材涂裝產生的廢氣，其主要VOCs為甲苯、二甲苯、酯類、醇類等。
(3)涂布和涂膠:包括磁帶和膠帶生產中涂布和涂膠過程中產生的廢氣，其主要揮發性有機化合物為甲苯、酮類和醇類等。
(4)集成電路和液晶顯示器生產中的有機廢氣，其主要VOCs為異丙醇、丙二醇甲醚乙酯、丙酮、二甲基亞砜等。
(5)塑料和玻璃鋼加工廢氣的主要揮發性有機化合物是苯乙烯、酯類和醇類。
不同的生產行業和不同的生產工藝產生不同的廢氣。企業應根據自身實際情況選擇不同類型的沸水器系統和沸石分子篩，并通過試驗設定系統的運行參數。
4.結論
工業來源的揮發性有機化合物的處理還有很長的路要走。***內企業在選擇末端治理措施時，應根據自身***點進行選擇。對于使用沸石轉輪系統控制VOCs的企業，不應盲目采用通用沸石吸附劑和通用工藝設計參數。應有針對性地選擇不同的沸石轉輪系統和沸石分子篩，并通過測試設置系統運行參數，定期維護和保養，確保廢氣穩定達標，減少工業源VOCs的排放。
