VOCs分子的动力学直径普遍小于1nm,当吸附剂的孔径与VOCs分子动力学直径相匹配时,被吸附的有机分子才不容易逃离,常用的微孔吸附材料主要包括活性炭和沸石分子筛,活性炭具有较大的比表面积,性能较好,但其热稳定性较差,易燃烧,VOCs的脱附较困难,而沸石分子筛具有丰富的微孔、较大的比表面积和优异的热稳定性,已被广泛用于VOCs吸附领域。
另外,沸石分子筛自身含有较多的酸位点,具有一定催化活性,十分适合作为催化剂载体材料。将沸石与活性组分复合制备沸石基负载型催化剂,用于VOCs的催化氧化处理,也是一种处理VOCs的重要方法。
沸石分子筛
沸石吸附剂的影响:
沸石分子筛对VOCs分子的吸附性能主要取决于内部孔道结构,不同沸石分子筛内部孔道结构不同,其吸附特性存在显著差异。
中博环保发现,与ZSM-5沸石和丝光沸石MOR相比,孔径大且具有“超笼”结构的FAU型沸石更容易吸附分子。通过计算FAU、MFⅠ型沸石对、、及等小分子VOCs的吸附特性,证实“超笼”结构有利于FAU型沸石对不同VOCs分子的吸附,其吸附总量更大。但孔径更小的MFⅠ型沸石对这些小分子VOCs的吸附力更大,较低压力下(<102Pa),MF型沸石仍具有优异吸附特性。
研究了不同多孔材料NaY、SBA-15、MCM-41及SiO2对的吸附性能,发现微孔含量对吸附影响较大,微孔含量多的NaY沸石对的吸附量,分析表明,一方面是由于其孔径更大,微孔体积和比表面积更大,另一方面是由于其骨架A1及平衡阳离子引起的表面酸度较高。
沸石转轮吸附+催化燃烧工艺
转轮+RTO工艺是传统吸附法与高温氧化法相结合的一种经典工艺,选用吸附、脱附效果好的材料,将大风量、低浓度的VOCs 气体, 经过吸附材料吸附后,VOCs 富集在吸附材料上,再采用高温脱附的方式,将吸附材料上的VOCs 脱附下来进行热力分解。
国内外近几年的研究发现, 由疏水性沸石制作成的分子筛转轮具有很好的吸附脱附效果。
沸石转轮吸附浓缩 + 催化燃烧工艺流程图,工业厂房的有机废气由收集管道送至预处理对粉尘、漆雾进行预处理避免引起沸石转轮的堵塞,有机废气进入转轮吸附区进行吸附浓缩,沸石转轮吸附区对有机废气进行吸附过滤后经吸附风机高空排放。通过冷却区的少量有机废气进入CO炉中的换热器升温至所需沸石转轮的脱附温度进入脱附区,被加热的有机废气将吸附于沸石转轮中的有机废气脱附下来,被脱附下来的高浓度有机废气进入CO炉进行催化燃烧后经换热器达标排放,经过预处理的少量有机废气进入沸石转轮的冷却区对沸石转轮的。系统中的压力传感器、温度传感器数据实时反馈PLC对系统进行调节,保证系统的安全运行。
沸石转轮处理效果的影响因素分析:
选定治理工艺后,一旦确定吸附材料,转轮的运行参数、进气参数,会影响吸附能力。国外学者研究称要想调整转轮的运行,可以改变浓缩比、转速、再生风温度等指标。结合相关研究成果,处理高浓度的 VOCs时,将浓缩比降低至8,转速提高至6.5r/h ,再生风温度控制在220℃,此时去除效率维持在90% 以上。以下具体分析转轮吸附的影响因素。
1、浓缩比
转轮经过吸附、脱附,可以得到低流量的浓缩气体,浓缩比就是进气流量、再生风流量的比值,使用 F 表示。低浓缩比能提高去除效率,但也会增加再生风量,脱附能耗。结合实践,浓缩比从15降低至6 ,出口浓度从4.7mg/m³,降低至1.5mg/m³ ,不利于后续燃烧。因此,在保证去除率的前提下,合理设置浓缩比,才能兼顾效率、能耗两个指标,提高系统的整体能效。
2、转轮转速
在转轮运行过程中,吸附、脱附是同时进行的,两个动作相互影响,并且决定了去除效率。从本质上来看,转速的大小,会改变吸附时间、脱附时间的长短。以转速为准,如果实际转速较低,其运行周期变长,虽然增强了脱附区的再生能力,但吸附能力会降低。原因在于吸附放热,导致吸附率降低。如果实际转速较高,脱附区前段可以加热到再生温度,后段则达不到再生温度,继而影响去除效果。设置转速,就是控制吸附时间、脱附时间,上提高去除率。
3、进气参数
进气参数包含多个指标,其中影响转轮吸附性能的主要有两个:一是进气温度:对 VOCs处理时,废气中常含有一定水分,相对湿度能达到80% 以上。这些水分的存在,会和污染物相互吸附,不仅占据了转轮的吸附空间,还会降低去除效率。因此,控制进气温度,可以提高转轮吸附能力;二是进气流速:一定条件下,转轮的转速和进气流速之间呈现正比关系。随着进气流速提高,转速也会提高;如果转速没有提高,实际转速就会低于转速,导致吸附能力降低。因此,需要处理高浓度的VOCs时,一般提高转轮的转速,或者降低进气流速,均能提高吸附效率;三是预处理效果,就喷漆工况的废气而言废气中会含有漆雾、水分、粉尘,如果预处理效果不理想会直接造成转轮的堵塞,影响沸石转轮的吸附效果,以及会影响沸石转轮的整体使用寿命。
4、再生风温度
沸石转轮的脱附效果与脱附温度有着直接的关系,沸点低于220℃的有机物适合应用沸石转轮。不同 VOC 的沸点不同,例如的沸点是 20 ~ 160℃,三 164.7℃,对 138.3℃,邻 144.4℃,间 139.1℃,正丁酯 126.℃, 117.2℃,2−丁氧基 171 ℃,乙酯 ℃。现场使用的油漆与清洗剂中有机物的含量配比。
沸石转轮-催化燃烧设备技术特点:
1、系统选用双级换热,经过CO炉燃烧的有机废气进入CO内部换热器进行换热后进入第二级预热回收板式换热器,对于从沸石转轮的脱附下来的有机废气进入CO炉之前再次升温,以减小CO电加热功耗。
2、当CO炉T1107反馈温度过高时MV1108旁通阀打开,MV1101补冷阀打开以降低炉内温度,保证设备安全运行。
3、当T1103反馈温度过高时高温泄放阀MV1103打开,避免温度过高引起有机废气起燃。
4、P1101、P1102检测到压差报警时,及时更换预处理。
5、整体系统可实现远程与云端控制,提高的系统的安全运行与人机交互。
沸石转轮-催化燃烧设备特点:
1)撬采用的转轮浓缩技术,可将废气浓缩倍数介于10倍到25倍之间时;
2)根据客户需求,可设计两室、三室、多室或旋转式RTO装置,处理100,000m3/h风量;
3)的换热系统和余热回收系统,热量利用率达95%以上,有效降低系统能耗;
4)采用“蓄热式焚烧炉尾气切换峰值净化系统”,将阀门切换期间泄露的VOCs气体重新收集送入处理装置,处理更完全;
5)可实现无人值守连续运行,确保长时间有效运转;
6)整体系统采用模块化设计,同时可结合转轮系统效果,减少占地面积
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