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一、前言
隨著社會的不斷進步與科學技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)在人們越來越關心我們賴以生存的地球。近兩年，汽車整車廠周圍的居民投訴量與日俱增，國家出臺了新環(huán)保法、大氣保護法等，部分地區(qū)地方標準相繼出臺，環(huán)境保護已然提升到了國家發(fā)展戰(zhàn)略層面的新高度。
為支撐國家重點區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃，某司作為環(huán)保急先鋒，立即著手對汽車整車涂裝車間有機廢氣VOC 進行治理。有機污染物種類繁多，特性各異，因此相應采用的治理方法也各不相同，常用的有：冷凝法、吸收法、燃燒法、催化法、吸附法等。涂裝生產(chǎn)線噴漆室排放氣體主要為烴類、醇類、酯類、丙二醇類、二甲苯等物質(zhì)等。針對汽車涂裝噴漆室有機廢氣污染物物理特性，且具有低濃度、大風量、易燃燒的特點，采取先濃縮+焚燒的清潔凈化技術，將VOC 氣體轉(zhuǎn)換為二氧化碳(CO2)和水(H2O)，從而實實在在降低VOC排放量，以保護我們賴以生存的大氣環(huán)保。
二、濃縮+焚燒技術的選擇
根據(jù)濃縮+焚燒技術清潔凈化理論，目前可供選擇的方式主要有活性碳+催化燃燒法和沸石濃縮轉(zhuǎn)輪+高溫焚燒法兩種。
2.1活性碳吸附+催化燃燒法原理
含有機物的廢氣經(jīng)風機的作用，經(jīng)過漆霧過濾器再經(jīng)過活性炭吸附層，有機物質(zhì)被活性炭特有的作用力截留在其內(nèi)部，潔凈氣體排出；經(jīng)過一段時間后，活性炭達到飽和狀態(tài)時，停止吸附，此時有機物已被濃縮在活性炭內(nèi)。
催化凈化裝置內(nèi)設加熱室，啟動加熱裝置，進入內(nèi)部循環(huán)，當熱氣源達到有機物的沸點時，有機物從活性炭內(nèi)脫附出來，進入催化室進行催化分解成CO2和H2O，同時釋放出能量。利用釋放出的能量再進入吸附床脫附時，此時加熱裝置完全停止工作，有機廢氣在催化燃燒室內(nèi)維持自燃，尾氣再生，循環(huán)進行，直至有機物完全從活性炭內(nèi)部分離，至催化室分解。活性炭得到了再生，有機物得到催化分解處理,理論設計處理效率約為90%。流程圖見圖1。

 
2.2沸石濃縮轉(zhuǎn)輪+焚燒法原理
沸石濃縮轉(zhuǎn)輪+高溫焚燒法采用沸石轉(zhuǎn)輪將大風量，低濃度廢氣轉(zhuǎn)化為高濃度低風量氣體，從而能選擇較小的焚燒爐對高濃度有機廢氣進行焚燒。在低溫條件下，有機廢氣通過沸石轉(zhuǎn)盤，有機物被吸附在沸石轉(zhuǎn)盤上，分出一部分氣流量（約1/20）進入冷卻區(qū)，冷卻區(qū)氣體進入換熱器被加溫到180℃ 到200℃，然后高溫氣體反向回到沸石轉(zhuǎn)盤，將有機物脫附下來，濃度可做到原來的25倍以上。
在700℃-800℃溫度下，將濃縮后的有機廢氣裂解為清潔的CO2和H2O，從而到達無害化排放。廢氣通過提升閥被提升到燃燒室進行燃燒，有機物處理效率99%以上。

 
2.3兩種方式的比較
涂裝生產(chǎn)線面漆噴漆室排風量大、濃度低，場地狹窄，采用吸附法處理存在諸多問題，實施的可行性極低，以100萬m3/h 風量為例，主要對比見表1。
目前，國內(nèi)主要是電子、集裝箱、汽配、化工等一些小型高濃度，低風量(排風量一般在25 萬m3以下)，對噴涂車間噴涂風場要求不高，在環(huán)保要求嚴格的地域采用了“活性碳吸附+催化燃燒法”，該方法適用于低濃度（≤1000mg/m3）且不宜采用直接燃燒或催化燃燒法和回收處理的有機廢氣。
因汽車整車噴漆室風速高精度控制要求(垂直風速±0.05m/s)，活性碳占地面積大，吸附效率下降快，解附時存在相對較高的安全風險的原因，故選擇沸石濃縮轉(zhuǎn)輪+高溫焚燒法。目前活性碳吸附+催化燃燒法在國內(nèi)大型汽車整車涂裝生產(chǎn)線無實際應用案例，國外已基本淘汰。

 
三、沸石濃縮轉(zhuǎn)輪
3.1沸石的吸附機理
沸石（又稱分子篩）是一種硅鋁酸鹽多微孔的硅酸鹽或硅鋁酸鹽晶體，是由硅氧四面體或鋁氧四面體通過氧橋鍵相連而形成分子尺寸大�。ㄍǔ�為0.3~2 nm）的孔道和空腔體系，因吸附分子大小和形狀不同而具有篩分大小不同的流體分子的能力。

 
分子篩對物質(zhì)的吸附來源于物理吸附（范德華力），其晶體孔穴內(nèi)部有很強的極性和庫侖場，對極性分子（如水）和不飽和分子表現(xiàn)出強烈的吸附能力。分子篩具有均勻的微孔結(jié)構，它的孔穴直徑大小均勻，這些孔穴能把比其直徑小的分子吸附到孔腔的內(nèi)部，并對極性分子和不飽和分子具有優(yōu)先吸附能力，因而能把極性程度不同，飽和程度不同，分子大小不同及沸點不同的分子分離開來，即具有“篩分”分子的作用，故稱分子篩。分子篩具有吸附能力高，熱穩(wěn)定性強等其它吸附劑所沒有的優(yōu)點，獲得了廣泛的應用。

 
3.2沸石轉(zhuǎn)輪(VOC 濃縮器)工作原理
沸石轉(zhuǎn)輪的目的是為了將VOC 氣體從大風量濃縮到小風量中。在小風量中，VOC 氣體將更高效地被焚燒爐(TAR/RTO)處理。吸附的意思是流體分子在被稱作“吸附介質(zhì)”的“活性”物質(zhì)上富集。類似于海綿，吸附介質(zhì)將VOC 吸收進來，然后通過高溫解吸再將VOC“擠”出去。VOC 濃縮器的轉(zhuǎn)輪是由蜂窩狀的陶瓷纖維片為材料組成，而其中又被浸漬了防水的沸石（分子篩）作為吸附介質(zhì)。此濃縮系統(tǒng)是一個連續(xù)的運轉(zhuǎn)過程，轉(zhuǎn)輪一直在旋轉(zhuǎn)。因此它被分為了三個區(qū)域：處理區(qū)，解吸區(qū)，冷卻區(qū)，每個區(qū)域間相互隔離。含VOC 的廢氣在經(jīng)過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪處理區(qū)的時候被收集，當氣體過了轉(zhuǎn)輪后，VOC 就被轉(zhuǎn)輪上的吸附介質(zhì)吸附了。凈化的氣體被釋放進入大氣。在解吸區(qū)域，附著在轉(zhuǎn)輪上的VOC 被連續(xù)的高溫及低流量解吸氣體從反方向解吸收。高濃縮的VOC 氣體從轉(zhuǎn)盤中脫離并被送到熱氧化系統(tǒng)做最后的VOC 凈化。轉(zhuǎn)輪中熱的解吸區(qū)域接著被轉(zhuǎn)到了冷卻區(qū)域，在這里冷卻氣會將它冷卻。VOC 廢氣一部分通過這塊冷卻區(qū)域，并去到解吸換熱器中換熱。在換熱器中，冷卻氣會被TAR/RTO 等高溫裂解設備出來的高溫凈化氣體換熱成為高溫的解吸氣體，沸石濃縮轉(zhuǎn)輪分區(qū)見圖6。

 
與其它吸附劑介質(zhì)相比，沸石具有很多優(yōu)勢：可燃性低、由于解吸溫度高，從而使用壽命長、高沸點化合物累積量減少、以及耐化學性高。
3.3沸石濃縮轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)
沸石轉(zhuǎn)輪濃縮系統(tǒng)由濕度控制系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、濃縮器構成。
溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)進入濃縮器廢氣的溫濕度，通常沸石在40℃及相對濕度75%以下，吸附效果最佳。廢氣過濾系統(tǒng)，過濾噴漆室廢氣中易導致濃縮設備阻塞和失效的雜質(zhì)、顆粒物；一般情況下，每套過濾系統(tǒng)分四級過濾，安裝在每套溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，最后一級過濾選用F9級，保證沸石轉(zhuǎn)輪的最佳使用壽命。
沸石濃縮轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)，濃縮有低濃度機廢氣中的有機物(VOC)，并將大風量變?yōu)樾★L量，將VOC 濃縮廢氣送入RTO或TAR 進行清潔凈化處理，根據(jù)某司涂裝噴漆室的工藝、涂料特點，VOC爆炸濃度極限約為12g/m3(設計值必須小于極限值的25%)，通常我們會將濃縮器的濃縮比設計為25:1，VOC去除效率可達90%以上。利用VOC 具有可燃性，在保證安全的前提下，做到最大的濃縮比，以節(jié)約天然氣的耗量。經(jīng)沸石濃縮轉(zhuǎn)輪凈化后的氣體中VOC 的濃度含量達到20mg/m3以下，與歐洲標準基本持平。

 
3.4廢氣焚燒處理系統(tǒng)
根據(jù)某司多年TAR 與RTO的使用經(jīng)驗，TAR 具有環(huán)保與供能兩個功能有效的結(jié)合，設備維護成本低，系統(tǒng)占地小，利于設備布置，通過加裝余熱回收裝置，系統(tǒng)排煙溫度可以做到110℃，節(jié)能水平與RTO 相當。從目前的綠色經(jīng)濟、環(huán)保、節(jié)能的方面看，TAR 這種廢氣處理與熱能回收方式的優(yōu)點已被某司所接受。TAR 與RTO 的優(yōu)缺點對比見表2。

 
3.5廢氣處理系統(tǒng)
TAR 設備的用途是將從KPR 濃縮器出來的VOC 脫附氣體進行氧化處理。在進入TAR 燃燒腔前，廢氣會先被TAR 內(nèi)的換熱器預熱。在燃燒腔中，燃燒器會提供熱量來保證VOC 有效氧化需要的熱量。VOC 的氧化是通過天然氣燃燒器加熱氣流，使之達到760℃并保持這一溫度至少1 秒而實現(xiàn)將有機物轉(zhuǎn)化為無害的CO2和H2O 向大氣排放。在通過燃燒腔后，凈化的氣體通過換熱器的管道將其部分的熱量傳遞給進來的廢氣。這臺換熱器就在TAR 出口。從燃燒腔出來的熱的凈化氣體通過換熱器將“冷”的解吸氣體加熱，然后去濃縮器進行解吸。
四總結(jié)
環(huán)保已成為我國現(xiàn)階段汽車涂裝工業(yè)的發(fā)展趨勢，也必將為我們帶來巨大的社會效益。目前某司選擇的沸石濃縮轉(zhuǎn)輪+焚燒方式是世界一流的涂裝噴漆室廢氣處理工藝，具有安全、高效、高熱能利用率，廢氣排放可以滿足最為苛刻的歐洲環(huán)保標準。
來源：北極星VOCs在線