沸石轉輪+RTO 工藝在低濃度VOCs 廢氣治理中的應用

楊 旭，王 濤，王翼鵬，蔣 偉，孫 莉

（1.宇星科技發展（深圳）有限公司；2.廣東省環境監測和治理工程技術研究開發中心；3.深圳盈和環境物聯科技有限公司，廣東 深圳 518057）

揮發性有機物（VOCs）可以分為多個類別，包括烷烴類、芳香烴類、烯烴類、鹵代烴類、酯類、醛類、酮類和其他化合物[1]。大多數VOCs 具有令人不適的特殊氣味[2]，并具有毒性、刺激性、致畸性和致癌作用，特別是苯、甲苯及甲醛等會對人體健康造成很大的傷害[3]。工業源VOCs排放是大氣污染的重要來源[4]，主要源自煤化工、石油化工、燃料涂料制造、溶劑制造與使用等過程。環境保護上，主要關注苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、甲苯二異氰酸酯、二異氰酸甲苯酯等活潑VOCs 的去向。

VOCs是細顆粒物（PM2.5）和臭氧的重要前體物[5]，控制VOCs 排放，有助于加強PM2.5與臭氧協同控制，實現減污降碳協同增效，持續改善生態環境。VOCs污染防治應遵循源頭和過程控制與末端治理相結合的原則。典型治理技術主要分為回收、銷毀及兩者組合的新技術。其中，沸石轉輪+RTO 工藝處理效率高，具有較高的經濟性，近年來備受環保工作者的青睞，主要適用于低濃度、大風量的化工、燃料涂料制造、醫藥農藥制造、電子產品制造、家具制造、包裝印刷、涂裝等場景的VOCs 治理。

1 工藝流程設計

某新材料企業位于浙江省紹興市上虞區，建有年產20 000 t 的涂料生產車間。經核算，車間生產區、灌裝間、包裝間等區域的風量合計124 400 m3/h。進口VOCs 檢測數據顯示，該車間廢氣主要成分為顆粒物、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二氯甲烷（微量）等，混合廢氣濃度為181 mg/m3。該廢氣具有低濃度、大風量的典型特點。

1.1 設計目標

根據《大氣污染物綜合排放標準》（GB 16297—1996）的二級排放限值，最高允許的污染物排放濃度與排放速率如表1 所示。從適用范圍來看，顆粒物涉及碳黑塵、染料塵、顏料塵和醫藥塵。

表1 最高允許的污染物排放濃度與排放速率

1.2 工藝選擇

針對廢氣特點及現場情況，本項目擬采用“預處理（噴淋洗滌+多級過濾）+轉輪濃縮+RTO+噴淋洗滌”的處理工藝（簡稱沸石轉輪+RTO 工藝）。前端的噴淋洗滌采用水洗，以去除漆霧液滴及顆粒物，后端采用堿液噴淋，以去除二氯甲烷燃燒產生的酸性氣體。低濃度VOCs 廢氣進入轉輪濃縮后進入RTO，經高溫焚燒，再次噴淋洗滌，然后通過煙囪排放。主要工藝流程如圖1 所示。

圖1 工藝流程

通過查詢該企業環評報告，產品有光固化涂料。光固化涂料在紫外燈的照射下會產生固化，便于固化后的漆霧在后續過濾階段去除，且在紫外燈的照射下，大分子也能轉化為小分子，因為小分子的沸點低，便于轉輪吸附和脫附。因此，多級過濾采用金屬濾網+紫外線（UV）光催化+兩級過濾的組合方法。綜上，整套廢氣治理系統最終采用“噴淋洗滌（2 套并聯水洗）+多級過濾（金屬濾網+UV 光催化+兩級過濾）+轉輪濃縮+RTO+噴淋洗滌（堿液）”的組合工藝。

1.3 工藝流程分析

低濃度VOCs 廢氣匯總后進行噴淋洗滌（水洗），去除漆霧液滴和顆粒物。隨后，處理后的廢氣進入過濾系統。過濾系統分為4 級，采用金屬濾網+UV 光催化+兩級過濾的組合方法，每一級針對不同物質進行去除，充分考慮材料更換頻次，減少更換時間，從而延長設備連續運轉周期。預處理的廢氣由管道進入沸石轉輪濃縮，其中的有機物被沸石轉輪吸附，同時脫附風機、加熱器開始工作，利用高溫空氣反向將轉輪吸附的有機物脫附出來，隨著轉輪旋轉，濃縮廢氣連續穩定地輸送至RTO 并被催化降解為CO2與H2O，之后經過降溫噴淋和堿液噴淋，通過煙囪排放。

過濾系統主要過濾易引發濃縮設備阻塞和失效的雜質和顆粒物，可基本去除粉塵、漆霧，氣體中粒徑0.5 μm 以上的粉塵凈化效率不低于98%。該系統主要通過纖維材料改變漆霧液滴的慣性力方向，將其從廢氣中分離。不同過濾材料可以組合使用，提高過濾效率。噴淋吸收系統主要由填料、噴淋裝置、除霧裝置、噴淋液循環泵和吸收塔組成，主要利用氣液兩相充分接觸吸收的中和反應，凈化分解各種有機溶劑和無機酸堿廢氣。

沸石轉輪被分為吸附區、脫附區、冷卻區3 個功能區，它在各個功能區內連續運轉，氣體脫附與轉輪再生在轉輪上同時完成，并將低濃度、大風量的有機廢氣濃縮成高濃度、小風量的氣體（濃縮倍率5～25倍），可降低后處理設備的規格，降低運行成本。RTO 的主體結構由燃燒室、陶瓷填料床和切換閥等組成，它可在高溫下將可燃廢氣氧化成CO2和H2O，從而凈化廢氣并回收廢氣焚燒釋放的熱量，廢氣分解率大于99%，熱回收率大于95%。有機廢氣被預熱至大于760 ℃，在燃燒室加熱升溫至800 ℃左右，氧化分解成無害的CO2和H2O。氧化時，高溫氣體的熱量被特制的陶瓷蓄熱體儲存起來，用于預熱下一循環新進入的有機廢氣，從而節省升溫需要消耗的燃料，降低運行成本。

2 治理效果分析

本項目廢氣處理規模為124 400 m3/h，采用“預處理（噴淋洗滌+多級過濾）+轉輪濃縮+RTO+噴淋洗滌”的處理工藝。項目進口混合廢氣濃度為181 mg/m3，通過轉輪濃縮后，廢氣濃度為2 529 mg/m3，濃縮倍率約為14 倍。經檢測，出口廢氣濃度如表2所示。

表2 出口廢氣濃度檢測結果

表2 中，非甲烷總烴依據《固定污染源廢氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定 氣相色譜法》（HJ 38—2017）采樣，并采用氣相色譜質譜聯用儀檢測；其他檢測項目采用《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法》（GB/T 16157—1996）采樣，并采用氣相色譜儀進行檢測。由檢測結果可知，出口廢氣濃度低于《大氣污染物綜合排放標準》（GB 16297—1996）的二級排放限值，VOCs 排放濃度符合行業排放標準及浙江省地方排放標準的要求，實現持續環保達標排放，為該新材料企業的連續生產提供基礎保障。經測算，該項目每年可削減VOCs 排放量197 t，具有較高的環境效益、經濟效益和社會效益。

3 結語

在沸石轉輪+RTO 工藝中，轉輪脫附溫度約為200 ℃，可保證高沸點組分完全脫附，有效提高工藝的整體凈化效率，保障出口廢氣達標排放。同時，轉輪吸附濃縮大大縮減了廢氣處理量，使RTO 規模變小，降低設備投資費用。RTO 燃燒產生的熱量用于預熱廢氣，熱利用效率高，運行能耗低，大幅減少能源消耗。總的來說，該組合工藝具有高效、節能的優勢，值得廣泛推廣應用。針對涂料生產車間大風量、低濃度的廢氣特點，本項目選用沸石轉輪+RTO 工藝進行工程設計，治理效果良好。該工程的設計和應用為低濃度VOCs 廢氣處理提供數據支撐，具有一定的參考價值和指導意義。未來，要開展深入研究，加強應用實踐，開發針對其他行業VOCs 的高效處理技術。