常用的VOCs處理技術:沸石轉輪濃縮+催化燃燒技術處理VOCs
隨著中國經濟的快速發展，產生了大量的VOCs。近年來，VOCs已成為我國空氣污染物的主要來源之一，對人類健康和生態系統平衡構成了巨大威脅。VOCs的最終處理引起了社會的廣泛關注。
在現有單端處理技術的基礎上，詳細論述了適用于大風量、低濃度VOCs的吸附濃縮-催化燃燒組合技術的原理、工藝流程、研究現狀及發展前景。
通過不同末端處理技術的對比，發現單一末端處理技術難以有效實現VOCs的減排控制，而組合式末端處理技術具有凈化率高、投資成本低、能耗低、無二次污染等優點，成為目前的研究熱點。其中，吸附-濃縮-催化燃燒技術得到了廣泛應用，其他新興的組合技術有待研究和創新。
指出了我國VOCs終端處理技術存在的主要問題和未來的發展方向。
VOCs簡介
VOCs(VOCs)是指飽和蒸氣壓大于133的有機化合物。常溫32 Pa，常壓沸點50 ~ 260°C以下，或常溫常壓下任何揮發性有機固體或液體，是一類普遍存在且復雜的有機污染物的總稱。根據其化學結構，VOC可進一步分為烷烴、芳香砜、酯類、醛類等。目前已鑒定300余種。最常見的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、氯仿、三氯乙烷、二異黃藥(TDI)、二異黃藥等。
VOCs對大氣的危害主要包括:
(1)部分有毒致癌，危害人體健康；
(2)VOCs中的碳氫化合物和氮氧化物在紫外線作用下反應生成臭氧，可導致大氣光化學煙霧事件，危害人體健康和植物生長；
(3)參與大氣中二次有機氣溶膠的形成，二次有機氣溶膠多為細小顆粒，不易沉降，能在大氣中停留較長時間，對光的散射能力強，可顯著降低大氣的能見度.
目前，我國大多數城市的大氣環境呈現出區域性霾污染、臭氧和酸雨三大特征，其中VOCs是最重要的助推器之一。
2接觸網常用處理技術
VOCs對環境的巨大危害和對人類健康的嚴重威脅已經引起了全世界的高度重視。VOCs的處理在中國迫在眉睫。目前，VOCs的處理技術主要分為兩類:
(1)源頭控制，具體來說就是生產過程中防止或減少VOCs排放的措施，是控制有機廢氣污染的最佳方法。但是，由于技術水平的限制，不同濃度的有機廢氣不可避免地會排放并泄漏到環境中，這是很難實現的。
(2)生產結束時控制和消除VOCs的處理方法可分為回收技術和銷毀技術兩種。
回收技術:物理方法回收VOCs是一種無損方法，主要有活性炭吸附法、冷凝法、膜處理法。這種方法不僅可以有效控制VOCs的排放，而且可以節約資源，帶來經濟效益，越來越受到重視。
銷毀技術:即通過化學或生物反應過程將VOCs廢氣氧化分解為無毒或低毒物質的破壞性方法。主要技術包括燃燒、光催化降解、等離子體技術、生物降解等。
以上VOCs廢氣處理技術為單一處理工藝，應根據VOCs廢氣排放的具體條件和要求選擇合適的工藝；由于VOCs種類繁多、成分復雜、性質不同，在許多情況下，采用一種凈化技術往往難以滿足處理要求，也不經濟。利用不同單元處理技術的優勢，采用組合處理工藝，既能滿足排放要求，又能降低設備運行成本。
吸附是處理VOCs的第一種技術，其中活性炭吸附是最常用和最典型的一種。活性炭吸附在工業上處理鹵代卷煙和苯系物非常普遍。吸附法的主要原理是使用大比表面積的多孔材料作為吸附劑。當VOCs氣體流經吸附劑時，VOCs分子由于其較大的比表面積而被吸附劑截留在微孔的內表面，從而達到氣體凈化的效果。沸石轉輪+催化燃燒技術作為一種新型的組合式高效VOCs吸附技術，在國外得到了廣泛應用。
沸石轉輪+催化燃燒技術的技術原理
1.轉輪吸附簡介
轉輪吸附是由轉輪除濕技術演變而來的，瑞典的卡爾·蒙特(Carl Munters)提出了吸附材料可以制成蜂窩的想法，然后轉輪技術可以用于分離過程。1986年，瑞典的蒙特公司(Munters Company)率先將理論變為現實，制作出沸石蜂窩，并將其置于轉輪中，凈化有機廢氣中的VOCs。1988年，日本西方技術研究公司在VOCs凈化項目中采用蜂窩沸石轉輪，并獲得成功。沸石轉輪技術在日本、美國、歐洲等國家已經廣泛應用于低濃度、大風量的VOCs處理，在中國臺灣省也得到很好的應用。由于國外轉輪技術發展較早，技術先進。一般來說，沸石轉輪的生產技術仍然掌握在國外企業手中。
轉輪中常用的吸附劑:
(1)吸附劑的類型
吸附材料是轉輪技術的核心，常用的材料有活性炭和沸石分子篩兩種。活性炭微孔豐富、比表面積大、吸附能力強、速度快，廣泛應用于轉輪技術中。活性炭作為吸附劑處理廢氣時，吸附容量大，成本低，但孔隙容易堵塞，活性炭本身易燃，脫附時容易著火，會造成一定的安全隱患，不符合安全生產的要求，在實際應用中會受到影響。
沸石分子篩是具有特定骨架結構的結晶鋁硅酸鹽金屬鹽的水合物材料，其化學通式為:
[ (A102) x -(二氧化硅)y] - zH20o
其中m代表陽離子，m代表化合價，z代表水合數，x和wan為整數。改造后的結構激活后，頭部的水分會消失，成分會白白移動，形成一個孔徑為3 ~ 10的籠狀結構。
沸石分子篩的選擇性吸附能力主要是由于其規整的結構。沸石分子篩具有規則的孔徑排列和均勻的分布，選擇性吸附主要是由于不同沸石的孔徑不同。一般只有分子動力學直徑小于分子篩孔徑的分子才會被分子篩吸附。
不同類型分子篩的骨架結構和孔徑也有很大差異，分子篩的骨架結構在一定程度范圍內具有可變性，因此一些分子動力學直徑略大于孔徑的分子也可以被它們吸附，但吸附速率和吸附容量會顯著降低。
因為結構中有陽離子，骨架結構帶負電荷，所以分子篩本身具有極性。沸石分子篩的陽離子會產生強的正電場吸引極性分子的負中心，或者可極化分子被沸石分子篩靜電誘導后極化。
因此，沸石分子篩可以吸附極性較強或易極化的分子，但動力學直徑略大于其孔徑。由于分子篩特殊的孔結構，使其具有特殊的性質，并能在高溫低壓條件下發揮其吸附能力。目前吸附常用的有13X、NaY、絲光沸石、ZSM -5。
沸石轉輪原理介紹
研究表明，如果將加工好的波紋狀和扁平狀陶瓷纖維紙通過無機粘結制成蜂窩轉輪，然后在轉輪的通道上涂覆吸水性沸石，則轉輪將成為吸附轉輪。實驗表明，吸附轉輪對VOCs的凈化非常有效。
沸石轉輪濃縮區可分為處理區、再生區和冷卻區三個部分，濃縮轉輪在每個區域連續運行。VOCs有機廢氣經預濾器過濾后，通過濃縮轉輪裝置的處理區。
VOCs在處理區被吸附劑吸附去除，凈化后的空氣從濃縮轉輪的處理區排出。吸附在濃縮轉輪中的有機廢氣VOCs在再生區經熱風處理后脫附濃縮5-15次。
濃縮轉輪在冷卻區冷卻，通過冷卻區的空氣被加熱作為再生空氣，達到凈化節能的效果。
催化燃燒過程
催化燃燒過程在催化燃燒裝置中進行。有機廢氣經換熱器預熱至200-400℃，然后進入燃燒室。當通過催化劑床時，混合氣體中的烴分子和氧分子分別吸附在催化劑表面并被活化。因為表面吸附降低了反應的活化能，碳氫化合物和氧分子在較低的溫度下迅速氧化，產生二氧化碳和水。
沸石轉輪集中催化燃燒技術的基本概念
低濃度大風量工業廢氣中的VOCs采用吸附分離法分離濃縮，高濃度小風量的濃縮污染空氣采用燃燒法分解凈化，俗稱吸附分離濃縮+燃燒分解凈化法。
蜂窩結構的吸附轉輪安裝在殼體內，殼體分為吸附、再生和冷卻三個區域，由調速電機驅動，以每小時3-8轉的速度緩慢旋轉。
吸附、再生和冷卻區分別與處理空氣、冷卻空氣和再生空氣的風道相連。另外，為了防止各區域與吸附輪圓周和殼體之間漏氣，在各區域隔板與吸附輪之間、吸附輪圓周與殼體之間安裝耐高溫、耐溶劑的氟橡膠密封材料。
旋轉吸附濃縮-催化燃燒過程
1號風機帶動含有VOCs的廢氣通過轉輪的A區，即吸附區。根據不同的目標，轉輪中可以填充不同的吸附材料。吸附了VOCs的a區隨著旋轉輪的旋轉到達b區進行脫附。吸附在轉輪上的VOCs被流經傳熱1的高溫氣流脫附，通過傳熱2達到起燃溫度，然后進入催化燃燒室進行催化氧化反應。由于轉輪在脫附后需要吸附，在脫附區旁邊設置了冷卻區C，由空氣冷卻，冷卻后的暖空氣通過傳熱1變成脫附用的熱空氣。在催化燃燒反應之后，熱氣流將部分熱量傳遞給傳熱裝置2和傳熱裝置1，然后傳遞給空氣。
為了防止催化燃燒室的溫度過高，提供了第三方冷卻回路用于催化燃燒室的緊急冷卻。整個系統由10，000個監控系統組成。PCI負責監測催化燃燒室和換熱器的溫度(內部設置電動輔助加熱裝置以平衡溫度波動)，PC2負責風機控制，根據實際情況調節進氣流量。PC2屬于PC1的子級系統。當PC1監測到溫度波動超過允許范圍時，它會立即將信息傳輸到pc2，pc2會將接收到的信息轉換為指令，并將其傳輸到每個風扇。
旋轉吸附濃縮-催化燃燒過程的特性
(1)在吸附區建立旁路內循環。廢氣經吸附區吸附后達不到標準時，進入旁路內循環，再次進行吸附處理。這種旁路內循環的基本思路是消除現有的污染，吸收新的污染。
(2)建立冷卻空氣旁路。在復雜的工作條件下，VOCs的濃度可能會突然增加。此時，一些冷卻空氣被引入吸附區以減少脫附空氣量，并且在傳熱2之后補充新鮮空氣以將進入催化反應器的空氣量保持在預設范圍內。這種旁路的基本思路是用新鮮空氣稀釋高濃度的VOCs，所以從效果上看，這種方法也會延長處理時間。
4結論
針對芯片制造、LCD面板行業、半導體行業、印刷行業、油漆行業等眾多工業生產領域。固定生產模式必須使用大量有機溶劑作為清洗劑、光刻膠、剝離液、稀釋劑等。在這個過程中，會產生大量的有機廢氣，是一種風量大、濃度低的廢氣。因此，為了高效處理這類含VOCs的廢氣，沸石轉輪吸附濃縮法是目前最有效的處理方式。
如今，新的吸附劑正在開發中，我國轉輪的制造技術和密封技術也在不斷改進。轉輪吸附技術的實用性和處理效果也將大大提高。這項技術將突破行業壁壘，在未來得到更廣泛的應用。
