挥发性有机物废气治理中的沸石转轮技术

钱冰冰

（苏州常卫环保科技有限公司，江苏苏州 215000）

VOCs 就是挥发性有机化合物，是工业生产中常见的污染物，由于其物理性质决定其在常温下容易挥发到空气中。VOCs 对现场工作人员健康有影响，且在大气扩散的作用下，会转移扩散至土壤或者水体中，进而危害动植物和周围生活环境。针对VOCs 的危害影响，应认真分析其成因，并采取针对性的治理措施。

1 挥发性有机物成因

1.1 石油化工的产品或者副产物

VOCs 是挥发性有机物，指具有挥发性的有机化合物。常见的有300 多种，包括苯、甲苯、苯乙烯、氯仿、氰化物等。在石油的炼化过程中，或者化工化学品生产现场、甚至食品加工车间，都会产生VOCs，只是种类和量上有较大差异。有些VOCs 是生产的副产物，直接逸出，有些是产物，在储存过程中由于密封不良等原因挥发到空气中。

1.2 企业生产条件不达标

企业生产过程中，要对产生的挥发性有机化合物进行收集或者密闭作业，从而避免对环境造成污染，保护现场工作人员的生命健康。由于这些工作与产量关系不大，相关的设备或者工艺优化等亦需要投入更多的成本，在降本增效的理念下，大部分企业生产条件等不达标，造成了空气中挥发性有机物含量超标。

1.3 环保设备不给力

生产企业特别是化工类型企业，在生产中产生挥发性物质几乎是不可避免的，并且并非所有挥发性有机物都可以当作相关化工生产的原料，所以运用环保设备对这些气体进行处理是有效的方式。虽然，我国对生产企业有排污要求，向环境中排出废气需要得到排污许可证才可以，但是选用的环保设备或其处理方案本身对VOCs 处理能力和效果有限，这也是造成VOCs 排放量大的根本原因。

1.4 原子化生产工艺未落实

化学类工业企业是产生有机废气的主要行业，环境友好型化学要求化学生产原料的每个原子都转化成为生成物，最大限度地使用能源，避免浪费，同时也避免副产物成为污染物。然而，在实际的化工工艺中，很难彻底做到原子化，这些都是VOCs 废气产生量较大的成因。

2 挥发性有机物的常见治理方法

2.1 冷凝法

有机物气体常常可以用冷凝回流的方式来收集，这是有机物自身的物理性质决定的。在VOCs 治理中，可以将挥发性有机物废气通过冷凝管实现物质回收。冷凝方式可以采用空气冷凝和水冷凝等，具体根据有机物的性质来确定。冷凝技术成本较低，但是对设备要求较高，国内设备冷凝效果差强人意，国外设备成本高，应用较少。

2.2 燃烧法

根据有机物可燃性，将挥发性有机气体进行燃烧，产物是水、二氧化碳等。燃烧法的优点是处理效率高，无须与其他技术联合使用，同时成本较低；并且，燃烧法产生的热量可以供生产使用。燃烧法的应用对有机物挥发性大小和有机物的量有一定要求，当空气和有机物的比例太大时，可燃物太少，燃烧需要其他能源来提高热值。这就相对来说增加了成本。所以，对于废气中有机物较少的情况，燃烧法的成本相对提升。

2.3 吸附技术

吸收技术是指用疏松多孔的物质作为吸附剂，将有机物作为吸附质，通过物理性或者化学性反应来实现吸附质（即VOCs）与吸附剂之间的吸附作用，这样就实现了有机物在固态物质上的固定，实现VOCs 废气的有效治理。常选用的吸附剂主要有活性炭、硅藻土和沸石等。相比较而言，由于活性炭价格低廉且易获取，因而应用较为广泛。吸附技术常常与燃烧法或者热力氧化联合使用。活性炭的缺点是容易吸附饱和，且在高温下容易燃烧，若无法吸附再生，将无法重复利用，相对来说会增加成本。

2.4 溶剂吸收

主要为物理吸收，大多数有机物是非极性的，根据相似相容的特性，选用有机溶剂作为吸收剂。常用的溶剂一般为柴油和煤油，通过吸收装置，将VOCs 由气相转回液相，从而使得VOCs 废气得到净化。对于吸收进入液相的VOCs，需通过其他技术将有机物提取出来，回收VOCs 并重新用于化工等生产中。溶剂吸收的优点是可以净化废气，同时实现物质的再利用；其缺点是将吸收来的有机物与溶剂分离提纯时，又需要其他技术，无法单独使用。

2.5 热力氧化

将挥发性有机物通过热力氧化炉，经过氧化后再排出，这样就实现了废气处理，实现环境保护。该技术的处理效率决定于热力氧化炉的处理量，有机物在炉中的停留时间和总量决定处理量。为了提高处理效率，常用吸附剂来增加炉中有机物总量，硅铝分子筛是常用的吸附剂，分子筛经过疏水处理可以与大部分有机物结合，固定效果更好。热力氧化的优点是成本相对较低，缺点是含有有机物的空气直接送入炉子，会降低炉内温度，且空气中的有机物含量有限。所以，人力氧化技术常和浓缩装置联用。

3 沸石转轮技术在VOCs治理中的运用

沸石转轮技术主要应用于风量大，浓度低的有机废气处理。沸石转轮系统主要可以分为三个单元：即沸石吸附区、热脱附区以及浓缩废气后处理区。

沸石转轮装置的主体是1个装满吸附剂的旋转轮盘，即吸附区。VOCs 废气经收集后首先进入吸附区通过转轮内的沸石进行吸附，吸附处理后的洁净气体排出。沸石转轮吸附饱和时，转到脱附区，通过热交换器作用脱附出来高浓度的废气，进行后续的处理（如焚烧处理）。转盘脱附完成后，进入冷却过程，然后转动至吸附区重复吸附。

3.1 吸附剂的选择

目前，市场中常见的吸附剂种类主要有活性炭、分子筛、硅胶、吸附树脂等。这些种类的吸附剂中，活性炭与沸石分子筛对于VOCs 具有非常好的吸附性，在VOCs 废气治理中应用最为广泛。

沸石的成分是多微孔式硅酸盐或硅铝酸盐晶体，能够依靠物理吸附作用，将小于其直径的分子吸附，亦可将沸点、极性、饱和度等不同的分子分离，故而又可称之为分子筛。对比常见的吸附剂活性炭来说，沸石具有不燃性，吸附能力强，且稳定性强，有较长的使用寿命。同时沸石具有较高的抗湿性能，在相对湿度较高的情况下，沸石吸附的水分少于活性炭，由此，沸石能更好地应用于沸石转轮技术中的吸附剂。

经过长时间的研究与探索，沸石分子筛的种类已经超过180种，在实际的VOCs 处理中，工作人员可以结合VOCs 组分构成等实际情况来选用合适的沸石分子筛。

3.2 转轮结构

沸石转轮主要存在两种形式，即盘式转轮与筒式转轮。

3.2.1 盘式转轮

盘式转轮为类似轮盘的转轮。主要由吸附转芯、转动装置、风机、壳体等部件构成。其中，吸附转芯是核心部分，旋转转芯由耐高温、耐腐蚀的分隔板分隔为三个区域：吸附区、再生区、冷却区，通过转动装置作用，实现三个区域位置的变动，有效完成废气的处理。

3.2.2 筒式转轮

筒式转轮是近些年伴随着沸石转轮技术发展而新形成的一种转轮形式，主要由外壳体、转轮壳体、沸石转子、风管、仪表等构成。筒式转轮结构只有吸附区以及脱附区，并没有冷却区。这主要是由于筒式转轮本身的比表面积比较大，能够进行自然冷却。同时筒式转轮选择了模块化的设计方式，进一步提升了零部件更换的灵活度与便捷性。

3.3 影响设备运行参数及预处理措施

3.3.1 影响参数

一套沸石转轮系统的治理效率与进气参数、设备运行参数的选取等息息相关。影响系统性能的操作参数主要有以下几个方面。①废气进气参数：如VOCs 废气组分、进气温度、进气湿度等；②设备运行参数：脱附再生温度、冷空气流量、转轮转速、浓缩比等；③转轮结构参数：转轮直径、吸附 /脱附 /冷却区面积比、沸石含有率、转轮吸附厚度等。

3.3.2 预处理措施

沸石虽具有一定的疏水性能，但过高的湿度亦会影响其吸附效率，进气湿度易控制在80%以下，若进气湿度较高，则需要在沸石转轮处理系统前增加除湿预处理。

进气中的粉尘、漆雾等会堵塞转盘吸附孔道，因此对于含有粉尘、漆雾的VOCs 废气在处理前，需要增加除尘预处理装置以保证沸石转轮系统的治理效率。

3.4 脱附的浓缩废气的末端治理

VOCs 废气进入沸石转轮后，由转轮吸附区进入转轮脱附区，脱附后的VOCs 为高浓度废气，针对高浓度VOCs 废气的处理，一般选用焚烧法进行末端治理，使其最终氧化分解为H2O 和CO2，降低VOCs 废气的污染影响。

目前，最为常见的热力焚烧方式有直燃式热氧化炉（TO）、催化氧化炉（RCO）以及蓄热式热氧化炉（RTO）。这三种热力焚烧方式中直燃式热氧化炉（TO）投入最低，但是同时该设备的热回收效率也较为低下，热回收效率一般位于40%～65%。催化燃烧（RCO）在实际运行中消耗能源相对较少，但是通常会用到贵金属元素作为催化剂，运行成本比较高。蓄热式热氧化炉（RTO）具有非常高的热回收效率，相关实践表明其热回收效率能够达到95%，但是同时这种热焚烧系统在设备上的投入比较大，占地面积也相对较广。

在对VOCs 焚烧处理的过程中， 燃烧温度可达700～800℃。所以，热力焚烧会消耗大量的能源。通过沸石转轮系统中的脱附工序能够使VOCs 废气达到较高的浓度和一定的温度，从理论层面上分析，这能够有效供给热力焚烧所需要的热值，从而降低对能源的消耗。但是热力焚烧系统在实际使用中仍然需要消耗大量的柴油或天然气等能源来维持设备运行所需要的热量和温度。

4 结语

综上所述，生态环保视域下，要严格控制生产企业有机废气污染物的组分和含量，结合实际情况采用多种方法治理VOCs 排放污染问题。要通过技术发展来推动VOCs 环保处理设备的有效性。沸石转轮技术是当下治理VOCs 非常有效的一种方法，沸石具有一定的耐高温性及不可燃性，且化学性质稳定，安全性较高。然而，任何一种废气处理方式都会有其优缺点，在实际应用过程中，要结合废气组分及工艺参数有针对性地选择合适的沸石转轮系统以及沸石种类，从而更好地保障挥发性有机物治理效果，达到保护环境的目的。