沸石转轮吸附浓缩＋RTO处理家具厂喷漆废气
摘要：针对家具喷漆过程VOCs成分复杂、风量大、浓度低的实际情况,本文重点介绍了沸石(分子筛)转轮吸附浓缩+热力燃烧VOCs治理技术,该技术特别适用于处理大风量、低浓度有机废气,可以有效提高处理效率、降低运行成本,VOCs去除效率可达到93%以上。
01
引言
喷漆是家具制造行业最主要工艺之一，在很大程度上决定了家具制品的外观、色彩、质量、档次与价值。就当前家具行业来说，VOCs主要来自于喷漆工序中涂料中有机溶剂和稀释剂的挥发，而且不同种类的涂料在使用过程中所排放的VOCs种类和含量也不同，涂装相同面积时，使用溶剂型涂料产生的VOCs量最多，水性涂料次之，粉末涂料最少。虽然目前国家要求家具行业大力推广使用水性、紫外光固化涂料，到2020年底前，替代比例达到60% 以上，但是鉴于家具行业喷漆程水性、紫外光固化涂料技术的不成熟，业内目前仍以溶剂型涂料为主，喷漆过程产生大量的漆尘和VOCs，因此对家具行业VOCs治理提出了很高的要求。
以无锡某大型家居企业为例，企业设置两条喷漆线，进行木门和浴室柜喷涂，喷涂废气具体包括:调漆废气、喷漆废气、烘干废气，主要污染物为醋酸乙酯、苯乙烯、二甲苯、醋酸丁酯、乙醇、甲基异丁酮、异氰酸酯单体、2 - 羟基- 2 - 甲基- 1 - 苯基- 1 - 丙酮、甲苯、2- 甲基- 2 - 丙烯酸- 2 - 羟乙基酯磷酸酯、丙烯酸、3- 氯- 1 , 2 - 环氧丙烷、乙苯、甲基乙基酮、环己酮、石油、1 ，2 , 4 -三甲基苯、乙二醇、颗粒物，该过程风量约为 215000m3/h ,喷涂、VOCs 产生浓度为 120~ 330mg/m³，该废气具有风量大、浓度低、废气组分复杂、无回收价值等主要特点。
对于大风量、低浓度的有机废气经过沸石分子筛吸后，可转换成小风量、中高浓度的有机废气，因此企业喷漆废气选用沸石转轮吸附浓缩+ RTO 处理，具有净化效率高、投资低等优点，可以确保喷漆废气达标排放，工艺技术合理、可行。
02
沸石转轮浓缩+ RTO技术原理
本技术是沸石转轮吸附同蓄热式焚烧技术的组合工艺，净化系统主要由三级干式过滤装置、沸石转轮浓缩吸附装置、RT0、风机、换热器、PLC自动化控制系统组成。该组合技术通过沸石转轮的吸附浓缩使大风量、低浓度有机废气浓缩为小风量、高浓度浓缩气体，高浓度浓缩气再经RTO高温燃烧分解为(CO₂和H₂O等无机成分。沸石转轮浓缩装置是利用吸附-脱附-浓缩三项连续变温的吸附、脱附程序，通过转轮的旋转，在转轮(被分割成吸附区、脱附区、冷却区)上同时完成VOCs的吸附、脱附再生。
组合技术工艺过程:经三级干式过滤装置去除粉尘、颗粒物后的有机废气流过浓缩转轮时，其中的有机物在转轮吸附区域会被吸附下来，经过吸附净化后的废气(约占处理风量的85% ~ 95% )排放到大气中，一小部分废气(约占处理风量的5% ~ 15% )对转轮冷却区降温后经换热器被加热到180 ~ 220℃的脱附温度后，流人脱附区，脱附区有机物从吸附剂一沸石上脱离到加热的气流中，转轮得以再生，脱附后的高浓度VOCs被送人RT0高温焚烧，反应后的高温烟气进人规整蜂窝陶瓷蓄热体，95% 的热量被蓄热体吸收并“储存”起来，温度降低到接近RTO人口温度，通常不超过50℃。蓄热体温度升高后，通过切换阀或旋转装置切换气流流向，分别进行蓄热和放热，实现热量的有效回收利用。
03
沸石转轮浓缩+RTO简介
案例所采用沸石转轮浓缩+ RTO废气处理设备主要包括混合总管单元、三级干式过滤器、升温调湿单元、沸石转轮浓缩单元、蓄热氧化炉单元。
3.1
三级干式过滤器
三级干式漆雾过滤器能较完全地去除粉尘、漆雾，气体中0.5um 以上的尘净化效率大于等于98% 。它的原理是通过材料纤维改变漆雾颗粒的惯性力方向从而将其从废气中分离出来，材料逐渐加密的多重纤维经增加撞击率，提高过滤效率。过滤时能有效通过不同过滤材料组合，利用材料空间容纳漆雾，达到更高的过滤效率是干式材料的特有性能。
当过滤系统压力达到设定报警值时，报警系统发出报警信号，报警信号接人中央控制室，提醒操作人员更换滤材。
三级干式过滤器技术参数见表1。
3.2
沸石浓缩转轮被分为吸附区、脱附区、冷却区三个功能区，沸石分子筛转轮在各个功能区域内连续运转。
在吸附区：废气通过前置的过滤器后，送至沸石分子筛转轮的吸附区。在吸附区(吸附区面积为S1 )有机废气中的VOCs被沸石分子筛吸附，未被吸附的废气在吸附风机的带动下，直接排人烟囱达标排放。在脱附区:沸石转轮上吸附的VOCs,在脱附区(脱附区面积为S2 ) 被高温逆向脱附、浓缩，脱附温度约200℃：，浓缩倍数一般为5 ~ 25倍。浓缩倍数：n = (S1 x V1)/(S2 xV2 ) ，其中 S1/S2 = 10:1 ,V1/V2 = ( 0.5 ~ 2.5 )。脱附气在脱附风机的带动下进人RTO焚化系统。
在冷却区：为保证高的吸附效率，需对高温脱附后的转轮进行冷却。冷却空气冷却转轮吸附材后自身被预热，作为脱附气的源气，再与来自RTO燃烧室来的高温净化气换热，温度提升至180 ~ 200℃ 后逆向进人转轮脱附区进行高温脱附。
沸石分子筛转轮的设计参数见表2 。
沸石分子筛转轮设备整体密闭，污染源主要为沸石分子筛更换产生的废沸石材料，但根据工程实际案例运营情况，吸附材料一般寿命在5 年以上。
3.3
蓄热氧化炉
采用三床式RTO。RTO蓄热式氧化炉，是在高温下将可燃废气氧化成对应的氧化物和水，从而净化废气，并回收废气分解时所释放出来的热量，废气分解效率达到99% 以上，热回收效率达到95% 以上。主体结构由燃烧室、陶瓷填料床和切换阀等组成。根据客户实际需求，选择不同的热能回收方式和切换阀方式。建设单位将调漆、喷涂废气收集后,经过滤除漆雾、吸附浓缩后，引人RTO进行焚烧处置。经焚烧处理后的废气通过换热后，废气高空排放。RTO可实现废气安全、稳定地焚烧，在工作过程中需定期鼓人新鲜空气用以维持燃烧，空气中的氮在高温条件下氧化会产生热力型氮氧化物。根据文献记载，热力型氮氧化物的生成量主要取决于温度，在相同条件下，氮氧化物的生成量随温度增高而增大，当温度低于1350℃时，几乎不生成热力型氮氧化物，建设项目RTO工作温度约为760 ~ 850℃,在此情况下，热力氧化器氮氧化物的产生量极少，因此建设项目废气处理系统内不设氮氧化物处理装置。
蓄热式焚烧炉的工作原理:将有机废气预热至760℃以上,在燃烧室加热升温至800℃左右，使废气中的碳、氢、氧元素氧化分解成为无害的CO₂和H₂O ;氧化时的高温气体的热量被特制的陶瓷蓄热体“贮存”起来，用于预热新进人的有机废气。从而节省升温所需要的料消耗，降低运行成本。
实际应用效果
无锡某家居企业沸石转轮吸附浓缩+ RTO 设备已投人运行,VOCs 设计处理效率为95% ,调试运行中目前处理效率平均值为93.4% 。
沸石转轮吸附浓缩+ RTO设备运行测试结果见表4。
表4显示，经沸石转轮吸附浓缩+ RTO设备处理后，VOCs浓度从进口的129 ~327.2 mg/m3 ,降到7.786 ~ 17.3mg/m3,平均去除效率93.4% ,均可以满足《大气污染物综合排放标准》(GB16297 - 1996)中“新污染源大气污染物排放限值”标准。
结论与展望
沸石转轮吸附浓缩+ RTO工艺先采用转轮吸附浓缩，降低了 RTO设备废气处理量，使得RTO规模变小，降低了设备投资费用;尽管有机废气浓度比较低，但经浓缩后，有机废气浓度达到自持浓度以上，所以RTO除了首次开机预热需要消耗天然气(RTO辅助燃料)外，其他时间RTO辅助加热系统无需开启，同时脱附风热源来自于有机废气氧化释放的热能，系统运行费用低。沸石转轮浓缩一RTO净化系统采用PLC全自动化控制并配备液晶触摸显示屏。控制程序监视所有控制器、驱动器、压力开关、压力变送器、热电偶、限位开关、生产线连锁信号和仪表连锁信号。如发生任何异常，人机界面就会显示故障信息，然后通过程序控制采取适当动作，确保系统的安全。由上分析可知，沸石转轮吸附浓缩+ RTO设备对于家具厂大风量、低浓度喷漆废气有良好的去除效果，VOCs总去除效率达到93% ，且控制简单，安全性能高，最终实现VOCs稳定达标排放。