吸附濃縮—催化燃燒法處理VOCs廢氣探討

胡 超

(杭州綠然環保集團有限公司，浙江 杭州 311100)

1 針對VOCs廢氣的治理現狀

目前，國內外治理VOCs廢氣，主要采用3種技術方法：一是液體吸收法。該處理工藝的凈化效率在60%～80%之間，主要處理低濃度、大風量的VOCs廢氣。但是，處理期間會產生二次污染，因此實際應用受限。二是催化燃燒法。該處理工藝的凈化效率在95%左右，主要處理高濃度、小風量的VOCs廢氣[2]。缺點是對目標對象的要求高，必須提高廢氣的溫度，因此燃料消耗量大，運行費用提高。三是活性炭吸附法。該處理工藝的凈化效率在99%以上，主要處理低濃度、大風量的VOCs廢氣。結合實踐成果，活性炭吸附法的技術最為成熟，但缺點是工藝流程復雜，不僅成本較高，而且回收物不能重復使用，必須對液體廢物進行再次處理，治理期間容易出現蒸汽源不穩定的問題。

2 吸附濃縮—催化燃燒法在VOCs廢氣處理中的應用

2.1 凈化原理

吸附濃縮—催化燃燒法，是活性炭吸附技術、催化燃燒技術的組合，VOCs廢氣經過吸附、濃縮、燃燒3個環節。其凈化原理如下[3]：首先，利用活性炭的多孔性和表面張力，將VOCs溶劑吸附在活性炭空隙中，從而凈化廢氣。然后，吸附達到飽和狀態，使用熱風脫附、再生。最后，在合適的催化劑作用下，促使脫附后的有機物在低溫環境下分解為CO2、H2O，達到廢氣處理目標。

2.2 工藝流程

該工藝將吸附、脫附、燃燒3個功能集為一體，為了應對連續工作，設置2個吸附床相互交替使用，以滿足連續生產、連續凈化的需求；在間斷工作時，使用1個吸附床即可。處理VOCs廢氣時，第一步，廢氣進入干式漆霧過濾器，從而去除漆霧。第二步，進入1#吸附床，在活性炭的吸附作用下，可以凈化廢氣；當尾氣中的有機物濃度達到標準，1#吸附床停止操作，切換到2#吸附床。第三步，吸附床達到允許吸附量后，按照一定濃度比，對活性炭上的有機物進行脫附，有機氣體經過換熱器，溫度提高至300 ℃，進入催化床進行分解，生成CO2、H2O[4]。在這個過程中，有機廢氣濃縮后的熱值明顯提高，催化燃燒不需外加熱源。第四步，尾氣燃燒后，一部分排向大氣，另一部分送至吸附床，用在活性炭的脫附再生上，滿足燃燒和吸附的熱量需求(圖1)。

圖1 吸附濃縮—催化燃燒法處理VOCs廢氣的工藝流程

2.3 技術優勢

相比于單一的處理工藝，吸附濃縮—催化燃燒法的技術優勢如下：

(1)利用活性炭吸附VOCs廢氣中的有機物，不僅凈化效率高，而且工藝安全可靠，適用范圍廣泛。

(2)在VOCs廢氣處理過程中，實現了吸附→濃縮→燃燒的一體化，凈化過程閉環操作，不僅能徹底處理有機物，還不會產生二次污染[5]。

(3)系統結構緊湊，由于熱源利用率高，可以減少投資和操作費用。有機物脫附濃縮后，濃度會提高十幾倍，接近于自然狀態；進行催化燃燒時不需要外加熱源，可見對有機廢氣的熱值利用率高，實現降耗目標。

3 工程實例分析

3.1 工程概況

以某造船廠的2個噴漆生產車間為例，油漆類型是環氧富鋅底漆，使用二甲苯溶劑作為稀釋劑，因此VOCs廢氣的主要成分是甲苯、二甲苯，濃度設計值為300 mg/m3。該車間內有4個排氣口，單口風量為3萬m3/h，廢氣總生成量為24萬m3/h。考慮到VOCs廢氣的濃度低、風量大，決定采用吸附濃縮—催化燃燒工藝進行處理，具體介紹如下。

3.2 工藝方案設計

在VOCs廢氣的處理上，采用FTX型廢氣凈化裝置，處理工藝方案是：VOCs廢氣進入裝置上部的進風口，可以到達預處理室，由多個不銹鋼絲網組成的過濾元件，可以去除廢氣中的顆粒物。在裝置下部的總通道，可以進入組合吸附床，每個吸附床帶有氣動切換閥，可將吸附床轉換為吸附狀態、脫附狀態。在吸附床的剖面上，自上而下分別是出氣總管、凈氣室、吸附室、進氣總管，其中吸附室、凈氣室之間利用滑板隔開，并在滑板下吊裝吸附筒。廢氣進入吸附室后，經過吸附筒的外壁，可以穿過吸附層，微孔表面可以吸附VOCs分子，凈化后即可進入凈氣室。最后經過切換閥，可進入出氣總管，在風機作用下即可排出裝置。

3.3 凈化裝置特點

凈化裝置的組成結構包括：

(1)預濾器；

(2)吸附器；

(3)引風機；

(4)催化燃燒裝置；

(5)脫附風機；

(6)補冷風機；

(7)控制箱；

(8)自動閥門；

(9)底座。

這9個部分形成一體化裝置，有利于運輸和安裝。分析了該凈化裝置的特點：一是在吸附劑的選取上，使用活性炭纖維吸附劑，具有快速、高效的特點，可以實現廢氣凈化目標。二是在吸附器上，6個吸附單元的吸附、脫附、再生環節具有循環性，既能凈化大風量、低濃度的廢氣，又能濃縮為小風量的廢氣，從而減少燃燒用量。三是在系統控制上，利用PLC控制系統，可以動態監測系統的運行工況，全自動控制可以實現無人值守，方便操作和維修。四是設備的體積小、重量輕，可以減少前期投資。五是活性炭纖維的熱穩定性強，吸附和脫附的周期短，吸附床使用的吸附劑數量少；而且，活性炭纖維的熱容量低，脫附時不會出現床溫過高問題，可以提高裝置的運行安全性。六是固體廢物的生成量少，相比于傳統的工藝，生成量只有1/20左右。

3.4 廢氣處理效果

在2個生產車間內，選擇4個采樣點，VOCs廢氣處理前后的苯類物質檢測結果見表1。分析可知：

(1)經處理后，三苯含量在16.7～55.2 mg/m3之間，均低于55.18 mg/m3的標準，滿足排放要求。

(2)廢氣處理過程中，燃燒廢氣量減少，燃燒設備的規模減小，降低了設備投資；廢氣經濃縮后，基本可達到自燃狀態，因此外界熱源裝置的功率小，降低了系統運行成本，可以提高企業的經濟效益。

表1 VOCs廢氣處理前后的苯類物質檢測結果 mg/m3

4 結語

工業生產期間，針對VOCs廢氣進行處理，已成為從業人員關注怕要點。本文以吸附濃縮—催化燃燒法為核心，介紹了工藝原理、流程和優勢，并結合工程實例分析了處理效果。結果顯示：處理后的廢氣三苯含量在16.7～55.2 mg/m3之間，滿足排放要求，值得推廣應用。