揮發性有機物廢氣治理中的沸石轉輪技術

錢冰冰

（蘇州常衛環保科技有限公司，江蘇蘇州 215000）

VOCs 就是揮發性有機化合物，是工業生產中常見的污染物，由于其物理性質決定其在常溫下容易揮發到空氣中。VOCs 對現場工作人員健康有影響，且在大氣擴散的作用下，會轉移擴散至土壤或者水體中，進而危害動植物和周圍生活環境。針對VOCs 的危害影響，應認真分析其成因，并采取針對性的治理措施。

1 揮發性有機物成因

1.1 石油化工的產品或者副產物

VOCs 是揮發性有機物，指具有揮發性的有機化合物。常見的有300 多種，包括苯、甲苯、苯乙烯、氯仿、氰化物等。在石油的煉化過程中，或者化工化學品生產現場、甚至食品加工車間，都會產生VOCs，只是種類和量上有較大差異。有些VOCs 是生產的副產物，直接逸出，有些是產物，在儲存過程中由于密封不良等原因揮發到空氣中。

1.2 企業生產條件不達標

企業生產過程中，要對產生的揮發性有機化合物進行收集或者密閉作業，從而避免對環境造成污染，保護現場工作人員的生命健康。由于這些工作與產量關系不大，相關的設備或者工藝優化等亦需要投入更多的成本，在降本增效的理念下，大部分企業生產條件等不達標，造成了空氣中揮發性有機物含量超標。

1.3 環保設備不給力

生產企業特別是化工類型企業，在生產中產生揮發性物質幾乎是不可避免的，并且并非所有揮發性有機物都可以當作相關化工生產的原料，所以運用環保設備對這些氣體進行處理是有效的方式。雖然，我國對生產企業有排污要求，向環境中排出廢氣需要得到排污許可證才可以，但是選用的環保設備或其處理方案本身對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 原子化生產工藝未落實

化學類工業企業是產生有機廢氣的主要行業，環境友好型化學要求化學生產原料的每個原子都轉化成為生成物，最大限度地使用能源，避免浪費，同時也避免副產物成為污染物。然而，在實際的化工工藝中，很難徹底做到原子化，這些都是VOCs 廢氣產生量較大的成因。

2 揮發性有機物的常見治理方法

2.1 冷凝法

有機物氣體常常可以用冷凝回流的方式來收集，這是有機物自身的物理性質決定的。在VOCs 治理中，可以將揮發性有機物廢氣通過冷凝管實現物質回收。冷凝方式可以采用空氣冷凝和水冷凝等，具體根據有機物的性質來確定。冷凝技術成本較低，但是對設備要求較高，國內設備冷凝效果差強人意，國外設備成本高，應用較少。

2.2 燃燒法

根據有機物可燃性，將揮發性有機氣體進行燃燒，產物是水、二氧化碳等。燃燒法的優點是處理效率高，無須與其他技術聯合使用，同時成本較低；并且，燃燒法產生的熱量可以供生產使用。燃燒法的應用對有機物揮發性大小和有機物的量有一定要求，當空氣和有機物的比例太大時，可燃物太少，燃燒需要其他能源來提高熱值。這就相對來說增加了成本。所以，對于廢氣中有機物較少的情況，燃燒法的成本相對提升。

2.3 吸附技術

吸收技術是指用疏松多孔的物質作為吸附劑，將有機物作為吸附質，通過物理性或者化學性反應來實現吸附質（即VOCs）與吸附劑之間的吸附作用，這樣就實現了有機物在固態物質上的固定，實現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，由于活性炭價格低廉且易獲取，因而應用較為廣泛。吸附技術常常與燃燒法或者熱力氧化聯合使用。活性炭的缺點是容易吸附飽和，且在高溫下容易燃燒，若無法吸附再生，將無法重復利用，相對來說會增加成本。

2.4 溶劑吸收

主要為物理吸收，大多數有機物是非極性的，根據相似相容的特性，選用有機溶劑作為吸收劑。常用的溶劑一般為柴油和煤油，通過吸收裝置，將VOCs 由氣相轉回液相，從而使得VOCs 廢氣得到凈化。對于吸收進入液相的VOCs，需通過其他技術將有機物提取出來，回收VOCs 并重新用于化工等生產中。溶劑吸收的優點是可以凈化廢氣，同時實現物質的再利用；其缺點是將吸收來的有機物與溶劑分離提純時，又需要其他技術，無法單獨使用。

2.5 熱力氧化

將揮發性有機物通過熱力氧化爐，經過氧化后再排出，這樣就實現了廢氣處理，實現環境保護。該技術的處理效率決定于熱力氧化爐的處理量，有機物在爐中的停留時間和總量決定處理量。為了提高處理效率，常用吸附劑來增加爐中有機物總量，硅鋁分子篩是常用的吸附劑，分子篩經過疏水處理可以與大部分有機物結合，固定效果更好。熱力氧化的優點是成本相對較低，缺點是含有有機物的空氣直接送入爐子，會降低爐內溫度，且空氣中的有機物含量有限。所以，人力氧化技術常和濃縮裝置聯用。

3 沸石轉輪技術在VOCs治理中的運用

沸石轉輪技術主要應用于風量大，濃度低的有機廢氣處理。沸石轉輪系統主要可以分為三個單元：即沸石吸附區、熱脫附區以及濃縮廢氣后處理區。

沸石轉輪裝置的主體是1個裝滿吸附劑的旋轉輪盤，即吸附區。VOCs 廢氣經收集后首先進入吸附區通過轉輪內的沸石進行吸附，吸附處理后的潔凈氣體排出。沸石轉輪吸附飽和時，轉到脫附區，通過熱交換器作用脫附出來高濃度的廢氣，進行后續的處理（如焚燒處理）。轉盤脫附完成后，進入冷卻過程，然后轉動至吸附區重復吸附。

3.1 吸附劑的選擇

目前，市場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于VOCs 具有非常好的吸附性，在VOCs 廢氣治理中應用最為廣泛。

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、極性、飽和度等不同的分子分離，故而又可稱之為分子篩。對比常見的吸附劑活性炭來說，沸石具有不燃性，吸附能力強，且穩定性強，有較長的使用壽命。同時沸石具有較高的抗濕性能，在相對濕度較高的情況下，沸石吸附的水分少于活性炭，由此，沸石能更好地應用于沸石轉輪技術中的吸附劑。

經過長時間的研究與探索，沸石分子篩的種類已經超過180種，在實際的VOCs 處理中，工作人員可以結合VOCs 組分構成等實際情況來選用合適的沸石分子篩。

3.2 轉輪結構

沸石轉輪主要存在兩種形式，即盤式轉輪與筒式轉輪。

3.2.1 盤式轉輪

盤式轉輪為類似輪盤的轉輪。主要由吸附轉芯、轉動裝置、風機、殼體等部件構成。其中，吸附轉芯是核心部分，旋轉轉芯由耐高溫、耐腐蝕的分隔板分隔為三個區域：吸附區、再生區、冷卻區，通過轉動裝置作用，實現三個區域位置的變動，有效完成廢氣的處理。

3.2.2 筒式轉輪

筒式轉輪是近些年伴隨著沸石轉輪技術發展而新形成的一種轉輪形式，主要由外殼體、轉輪殼體、沸石轉子、風管、儀表等構成。筒式轉輪結構只有吸附區以及脫附區，并沒有冷卻區。這主要是由于筒式轉輪本身的比表面積比較大，能夠進行自然冷卻。同時筒式轉輪選擇了模塊化的設計方式，進一步提升了零部件更換的靈活度與便捷性。

3.3 影響設備運行參數及預處理措施

3.3.1 影響參數

一套沸石轉輪系統的治理效率與進氣參數、設備運行參數的選取等息息相關。影響系統性能的操作參數主要有以下幾個方面。①廢氣進氣參數：如VOCs 廢氣組分、進氣溫度、進氣濕度等；②設備運行參數：脫附再生溫度、冷空氣流量、轉輪轉速、濃縮比等；③轉輪結構參數：轉輪直徑、吸附 /脫附 /冷卻區面積比、沸石含有率、轉輪吸附厚度等。

3.3.2 預處理措施

沸石雖具有一定的疏水性能，但過高的濕度亦會影響其吸附效率，進氣濕度易控制在80%以下，若進氣濕度較高，則需要在沸石轉輪處理系統前增加除濕預處理。

進氣中的粉塵、漆霧等會堵塞轉盤吸附孔道，因此對于含有粉塵、漆霧的VOCs 廢氣在處理前，需要增加除塵預處理裝置以保證沸石轉輪系統的治理效率。

3.4 脫附的濃縮廢氣的末端治理

VOCs 廢氣進入沸石轉輪后，由轉輪吸附區進入轉輪脫附區，脫附后的VOCs 為高濃度廢氣，針對高濃度VOCs 廢氣的處理，一般選用焚燒法進行末端治理，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，但是同時該設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）在實際運行中消耗能源相對較少，但是通常會用到貴金屬元素作為催化劑，運行成本比較高。蓄熱式熱氧化爐（RTO）具有非常高的熱回收效率，相關實踐表明其熱回收效率能夠達到95%，但是同時這種熱焚燒系統在設備上的投入比較大，占地面積也相對較廣。

在對VOCs 焚燒處理的過程中， 燃燒溫度可達700～800℃。所以，熱力焚燒會消耗大量的能源。通過沸石轉輪系統中的脫附工序能夠使VOCs 廢氣達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，從而降低對能源的消耗。但是熱力焚燒系統在實際使用中仍然需要消耗大量的柴油或天然氣等能源來維持設備運行所需要的熱量和溫度。

4 結語

綜上所述，生態環保視域下，要嚴格控制生產企業有機廢氣污染物的組分和含量，結合實際情況采用多種方法治理VOCs 排放污染問題。要通過技術發展來推動VOCs 環保處理設備的有效性。沸石轉輪技術是當下治理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，且化學性質穩定，安全性較高。然而，任何一種廢氣處理方式都會有其優缺點，在實際應用過程中，要結合廢氣組分及工藝參數有針對性地選擇合適的沸石轉輪系統以及沸石種類，從而更好地保障揮發性有機物治理效果，達到保護環境的目的。