沸石转轮技术在废气处理中的应用
1.沸石转轮技术简介
一套完整的沸石转轮系统用于处理VOC废气，通常包括沸石吸附区、热脱附区和燃烧单元。
沸石转轮系统的工作原理是:含低浓度VOCs的废气通过蜂窝状沸石分子筛时，废气中的VOCs成分被吸附在沸石中，净化后的气体排入***气。此时，吸附了VOCs的蜂窝状沸石继续旋转，沸石模块被少量热空气脱附再生。在这个过程中，低浓度的废气可以浓缩成高浓度的废气。沸石转轮浓缩后的废气可采用燃烧法进行末端处理，通过燃烧将VOCs分解为无害的二氧化碳和水，使VOCs完全分解。
沸石转轮系统***早在日本引进，经过当地实践后逐渐发展到美***、欧洲、中***等地。目前市场上先进成熟的沸石转轮设备制造商主要有***外品牌公司如蒙***利、瑞典、尼加思、西方技术研究院等。目前，青岛纳博科环保科技有限公司生产的Napotec沸石转轮已达到***外沸石转轮的指标，并已批量生产和产业化。
2.沸石转轮技术的研究进展
2.1吸附剂
市场上常用的吸附剂有活性炭、沸石分子筛、硅胶、活性氧化铝、高分子吸附树脂等材料。其中，活性炭和沸石分子筛对有机化合物具有较高的吸附选择性，广泛应用于VOCs废气处理。
应用于吸附轮的吸附剂需要具备以下***点:吸附选择性***，吸附容量***；易于再生和再利用；具有足够的稳定性和机械强度；货源广，价格适中。沸石分子筛通常采用耐高温陶瓷纤维作为基材，耐热性***，机械强度高，能够满足吸附剂高频脱附再生的要求。高硅铝比的疏水分子筛具有******的防潮性能。因此，沸石分子筛已逐渐发展成为旋转浓缩吸附法处理VOCs废气中***常用的吸附剂。
经过不断的研究和探索，现在已经有180多种沸石分子筛。不同类型的沸石分子筛具有不同的有效孔径和选择性吸附性能。
2.2转轮结构
目前市场上的沸石转轮主要有两种，圆盘转轮和圆筒转轮。
(1)圆盘转轮
圆盘转轮是传统转轮。圆盘转轮系统的基本结构如图1所示。该系统主要由分子筛吸附旋转芯、气体过滤装置、旋转装置、风机等部件组成。吸附旋转芯是核心部分，旋转芯通过耐高温耐腐蚀隔板可分为吸附区、再生区和冷却区三个区域。
(2)桶转轮
筒式转轮是近年来发展起来的一种新型转轮形式。圆柱形转轮只有吸附区和脱附区，没有冷却区，靠其较***的比表面积自然冷却。管式旋转沸石采用模块化设计，可由单个模块安装或更换，具有灵活性高、更换方便的***点。
2.3设备运行参数
沸石转轮系统的处理效率与进水参数和设备运行参数的选择密切相关。影响系统性能的运行参数主要包括以下几个方面:
A.废气入口参数:废气温度、废气湿度等。
B.设备运行参数:脱附再生温度、冷风流量、转轮转速、浓度比等。
C.转轮的结构参数:转轮直径、吸附/脱附/冷却区面积比、转轮厚度等。
根据吸附机理，吸附平衡容量与吸附温度有关。低温有利于吸附，高温有利于脱附，所以废气温度越低，吸附越***。此外，废气中的水分会在一定程度上堵塞沸石分子筛的孔结构，从而影响吸附性能。即使是疏水性沸石，其对进气的湿度要求也不应超过80%。如果入口湿度过高，可以在进入沸石转轮系统之前加入干燥除湿的预处理过程，以保证沸石转轮的长期有效运行。
转速是沸石转轮吸附操作中***重要的参数之一。***转速与吸附质性质、吸附剂性质、吸附床设计参数等诸多因素有关。是综合因素。
浓度比(φ)是无量纲因子，定义为吸附区入口处的VOCs废气流量与脱附区入口处的VOCs废气流量之比。如果吸附区废气流量减少，脱附区废气流量增加，则浓度比降低。较低的浓度比有利于提高吸附和脱附效率。但是在实际应用过程中，会导致能耗增加。所以有一个******的浓度比。通过***化浓缩比，可以提高沸石转轮系统的技术经济性。
2.4燃烧系统
根据研究，常用的热燃烧方法有直燃式热氧化炉、催化氧化炉和蓄热式热氧化炉。直燃式热氧化炉(TO)的***点是利用热交换器从烟气中回收热量，用于预热废气或其他热能利用，以节约能源。***常用的换热器是管壳式换热器。一般来说，设备投资率低，但热回收效率也低，通常为40~65%。
催化燃烧中常用的催化剂是贵金属催化剂，以蜂窝陶瓷为基体，负载钯、铂等贵金属。贵金属催化剂具有活性高、适用范围广、起燃温度低、使用寿命长(3年左右)的***点。与TO和RTO相比，RCO将具有更低的燃烧温度和更低的能耗。但贵金属催化剂价格昂贵，由于设备压降***、催化剂易失活等缺点，其运行成本高于TO和RTO。并且热回收效率也低。
蓄热式热氧化炉(RTO)的***点是换热器采用陶瓷蓄热床，气体经过氧化分解后，传递***量热量并储存在蓄热床中，然后进入氧化器的气体与蓄热床的热量进行交换。RTO的热回收效率可达95%，可***限度降低能耗，但设备投资率***，设备占地面积***。
热燃烧通常需要700~800℃的燃烧温度，才能获得较高的VOCs燃烧效率。因此，热燃烧需要使用***量的能源。浓缩后的VOCs废气浓度高，理论上可以提供热燃烧所需的热值，降低能耗。但在热燃烧炉的实际使用中，往往需要补充***量的天然气、柴油等能源，以维持设备运行所需的供热。即使是热回收效率高的RTO，在实际应用中仍然需要保证一定的燃料供应量。
2.5辅助支撑系统
沸石转轮系统的辅助设施按类型可分为以下几类:废气预处理装置、仪表监控系统、防爆附件及其他附件等。
(1)废气预处理系统
有机废气在不同行业的情况是不同的。比如涂料和油墨行业的有机废气往往含有一定量的粉尘颗粒，半导体行业的有机废气往往含有高湿度，橡胶制品或喷涂行业的有机废气往往含有一定量的油雾。针对上述废气情况，有必要根据进口废气的实际情况，在沸石转轮系统前端增加废气预处理装置，以保证沸石转轮系统的正常使用寿命和沸石转轮系统的正常有效处理效率。常见的废气预处理装置包括除湿机、除尘器和预滤器。
(2)监控系统
设计******的系统控制系统可以很***地实现系统的自动监控功能，很***地满足工艺要求，******提高操作人员的工作效率。常用的自动监控技术有PLC控制系统、DCS、FCS等。根据张博等的分析比较，集散控制系统的***点是由传统的拨号监控系统发展而来，以连续调节控制为主；PLC控制系统的***点是由传统的继电器电路发展而来，离散逻辑控制占主导地位；根据郭苏宇等人的研究，现场总线控制系统是世界上***的控制系统，由可编程控制器和集散控制系统发展而来。对于VOCs废气末端处理装置的自动控制系统，我们经常会注意到几个监控模块，分别是浓度监控、温度监控、气体体积监控、湿度监控等。监控技术可分为离线监控和在线监控。
(3)安全防爆附件
为了提高沸石转轮处理系统的运行安全性，应根据需要在处理系统中安装相应的阻火器(防火阀)、事故自动报警装置、其他防爆装置和其他附件。
3.沸石转轮在废气处理中的应用
沸石转轮系统主要用于后续制造过程中工业废气的分离净化过程。
(1)印刷行业:印刷行业产生的废气，包括书籍、食品、日用品等包装材料。主要的VOCs有甲苯、异丙醇、乙酸乙酯、甲乙酮等。
(2)涂装行业:包括汽车涂装、板材及钢材涂装产生的废气，其主要VOCs为甲苯、二甲苯、酯类、醇类等。
(3)涂布和涂胶:包括磁带和胶带生产中涂布和涂胶过程中产生的废气，其主要挥发性有机化合物为甲苯、酮类和醇类等。
(4)集成电路和液晶显示器生产中的有机废气，其主要VOCs为异丙醇、丙二醇甲醚乙酯、丙酮、二甲基亚砜等。
(5)塑料和玻璃钢加工废气的主要挥发性有机化合物是苯乙烯、酯类和醇类。
不同的生产行业和不同的生产工艺产生不同的废气。企业应根据自身实际情况选择不同类型的沸水器系统和沸石分子筛，并通过试验设定系统的运行参数。
4.结论
工业来源的挥发性有机化合物的处理还有很长的路要走。***内企业在选择末端治理措施时，应根据自身***点进行选择。对于使用沸石转轮系统控制VOCs的企业，不应盲目采用通用沸石吸附剂和通用工艺设计参数。应有针对性地选择不同的沸石转轮系统和沸石分子筛，并通过测试设置系统运行参数，定期维护和保养，确保废气稳定达标，减少工业源VOCs的排放。
