沸石轉(zhuǎn)輪+RTO 工藝在低濃度VOCs 廢氣治理中的應(yīng)用

楊 旭，王 濤，王翼鵬，蔣 偉，孫 莉

（1.宇星科技發(fā)展（深圳）有限公司；2.廣東省環(huán)境監(jiān)測和治理工程技術(shù)研究開發(fā)中心；3.深圳盈和環(huán)境物聯(lián)科技有限公司，廣東 深圳 518057）

揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）可以分為多個類別，包括烷烴類、芳香烴類、烯烴類、鹵代烴類、酯類、醛類、酮類和其他化合物[1]。大多數(shù)VOCs 具有令人不適的特殊氣味[2]，并具有毒性、刺激性、致畸性和致癌作用，特別是苯、甲苯及甲醛等會對人體健康造成很大的傷害[3]。工業(yè)源VOCs排放是大氣污染的重要來源[4]，主要源自煤化工、石油化工、燃料涂料制造、溶劑制造與使用等過程。環(huán)境保護(hù)上，主要關(guān)注苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、甲苯二異氰酸酯、二異氰酸甲苯酯等活潑VOCs 的去向。

VOCs是細(xì)顆粒物（PM2.5）和臭氧的重要前體物[5]，控制VOCs 排放，有助于加強(qiáng)PM2.5與臭氧協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)減污降碳協(xié)同增效，持續(xù)改善生態(tài)環(huán)境。VOCs污染防治應(yīng)遵循源頭和過程控制與末端治理相結(jié)合的原則。典型治理技術(shù)主要分為回收、銷毀及兩者組合的新技術(shù)。其中，沸石轉(zhuǎn)輪+RTO 工藝處理效率高，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，近年來備受環(huán)保工作者的青睞，主要適用于低濃度、大風(fēng)量的化工、燃料涂料制造、醫(yī)藥農(nóng)藥制造、電子產(chǎn)品制造、家具制造、包裝印刷、涂裝等場景的VOCs 治理。

1 工藝流程設(shè)計

某新材料企業(yè)位于浙江省紹興市上虞區(qū)，建有年產(chǎn)20 000 t 的涂料生產(chǎn)車間。經(jīng)核算，車間生產(chǎn)區(qū)、灌裝間、包裝間等區(qū)域的風(fēng)量合計124 400 m3/h。進(jìn)口VOCs 檢測數(shù)據(jù)顯示，該車間廢氣主要成分為顆粒物、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二氯甲烷（微量）等，混合廢氣濃度為181 mg/m3。該廢氣具有低濃度、大風(fēng)量的典型特點(diǎn)。

1.1 設(shè)計目標(biāo)

根據(jù)《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16297—1996）的二級排放限值，最高允許的污染物排放濃度與排放速率如表1 所示。從適用范圍來看，顆粒物涉及碳黑塵、染料塵、顏料塵和醫(yī)藥塵。

表1 最高允許的污染物排放濃度與排放速率

1.2 工藝選擇

針對廢氣特點(diǎn)及現(xiàn)場情況，本項目擬采用“預(yù)處理（噴淋洗滌+多級過濾）+轉(zhuǎn)輪濃縮+RTO+噴淋洗滌”的處理工藝（簡稱沸石轉(zhuǎn)輪+RTO 工藝）。前端的噴淋洗滌采用水洗，以去除漆霧液滴及顆粒物，后端采用堿液噴淋，以去除二氯甲烷燃燒產(chǎn)生的酸性氣體。低濃度VOCs 廢氣進(jìn)入轉(zhuǎn)輪濃縮后進(jìn)入RTO，經(jīng)高溫焚燒，再次噴淋洗滌，然后通過煙囪排放。主要工藝流程如圖1 所示。

圖1 工藝流程

通過查詢該企業(yè)環(huán)評報告，產(chǎn)品有光固化涂料。光固化涂料在紫外燈的照射下會產(chǎn)生固化，便于固化后的漆霧在后續(xù)過濾階段去除，且在紫外燈的照射下，大分子也能轉(zhuǎn)化為小分子，因為小分子的沸點(diǎn)低，便于轉(zhuǎn)輪吸附和脫附。因此，多級過濾采用金屬濾網(wǎng)+紫外線（UV）光催化+兩級過濾的組合方法。綜上，整套廢氣治理系統(tǒng)最終采用“噴淋洗滌（2 套并聯(lián)水洗）+多級過濾（金屬濾網(wǎng)+UV 光催化+兩級過濾）+轉(zhuǎn)輪濃縮+RTO+噴淋洗滌（堿液）”的組合工藝。

1.3 工藝流程分析

低濃度VOCs 廢氣匯總后進(jìn)行噴淋洗滌（水洗），去除漆霧液滴和顆粒物。隨后，處理后的廢氣進(jìn)入過濾系統(tǒng)。過濾系統(tǒng)分為4 級，采用金屬濾網(wǎng)+UV 光催化+兩級過濾的組合方法，每一級針對不同物質(zhì)進(jìn)行去除，充分考慮材料更換頻次，減少更換時間，從而延長設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)周期。預(yù)處理的廢氣由管道進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪濃縮，其中的有機(jī)物被沸石轉(zhuǎn)輪吸附，同時脫附風(fēng)機(jī)、加熱器開始工作，利用高溫空氣反向?qū)⑥D(zhuǎn)輪吸附的有機(jī)物脫附出來，隨著轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，濃縮廢氣連續(xù)穩(wěn)定地輸送至RTO 并被催化降解為CO2與H2O，之后經(jīng)過降溫噴淋和堿液噴淋，通過煙囪排放。

過濾系統(tǒng)主要過濾易引發(fā)濃縮設(shè)備阻塞和失效的雜質(zhì)和顆粒物，可基本去除粉塵、漆霧，氣體中粒徑0.5 μm 以上的粉塵凈化效率不低于98%。該系統(tǒng)主要通過纖維材料改變漆霧液滴的慣性力方向，將其從廢氣中分離。不同過濾材料可以組合使用，提高過濾效率。噴淋吸收系統(tǒng)主要由填料、噴淋裝置、除霧裝置、噴淋液循環(huán)泵和吸收塔組成，主要利用氣液兩相充分接觸吸收的中和反應(yīng)，凈化分解各種有機(jī)溶劑和無機(jī)酸堿廢氣。

沸石轉(zhuǎn)輪被分為吸附區(qū)、脫附區(qū)、冷卻區(qū)3 個功能區(qū)，它在各個功能區(qū)內(nèi)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，氣體脫附與轉(zhuǎn)輪再生在轉(zhuǎn)輪上同時完成，并將低濃度、大風(fēng)量的有機(jī)廢氣濃縮成高濃度、小風(fēng)量的氣體（濃縮倍率5～25倍），可降低后處理設(shè)備的規(guī)格，降低運(yùn)行成本。RTO 的主體結(jié)構(gòu)由燃燒室、陶瓷填料床和切換閥等組成，它可在高溫下將可燃廢氣氧化成CO2和H2O，從而凈化廢氣并回收廢氣焚燒釋放的熱量，廢氣分解率大于99%，熱回收率大于95%。有機(jī)廢氣被預(yù)熱至大于760 ℃，在燃燒室加熱升溫至800 ℃左右，氧化分解成無害的CO2和H2O。氧化時，高溫氣體的熱量被特制的陶瓷蓄熱體儲存起來，用于預(yù)熱下一循環(huán)新進(jìn)入的有機(jī)廢氣，從而節(jié)省升溫需要消耗的燃料，降低運(yùn)行成本。

2 治理效果分析

本項目廢氣處理規(guī)模為124 400 m3/h，采用“預(yù)處理（噴淋洗滌+多級過濾）+轉(zhuǎn)輪濃縮+RTO+噴淋洗滌”的處理工藝。項目進(jìn)口混合廢氣濃度為181 mg/m3，通過轉(zhuǎn)輪濃縮后，廢氣濃度為2 529 mg/m3，濃縮倍率約為14 倍。經(jīng)檢測，出口廢氣濃度如表2所示。

表2 出口廢氣濃度檢測結(jié)果

表2 中，非甲烷總烴依據(jù)《固定污染源廢氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定 氣相色譜法》（HJ 38—2017）采樣，并采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀檢測；其他檢測項目采用《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》（GB/T 16157—1996）采樣，并采用氣相色譜儀進(jìn)行檢測。由檢測結(jié)果可知，出口廢氣濃度低于《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16297—1996）的二級排放限值，VOCs 排放濃度符合行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)及浙江省地方排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，實(shí)現(xiàn)持續(xù)環(huán)保達(dá)標(biāo)排放，為該新材料企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)提供基礎(chǔ)保障。經(jīng)測算，該項目每年可削減VOCs 排放量197 t，具有較高的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

3 結(jié)語

在沸石轉(zhuǎn)輪+RTO 工藝中，轉(zhuǎn)輪脫附溫度約為200 ℃，可保證高沸點(diǎn)組分完全脫附，有效提高工藝的整體凈化效率，保障出口廢氣達(dá)標(biāo)排放。同時，轉(zhuǎn)輪吸附濃縮大大縮減了廢氣處理量，使RTO 規(guī)模變小，降低設(shè)備投資費(fèi)用。RTO 燃燒產(chǎn)生的熱量用于預(yù)熱廢氣，熱利用效率高，運(yùn)行能耗低，大幅減少能源消耗。總的來說，該組合工藝具有高效、節(jié)能的優(yōu)勢，值得廣泛推廣應(yīng)用。針對涂料生產(chǎn)車間大風(fēng)量、低濃度的廢氣特點(diǎn)，本項目選用沸石轉(zhuǎn)輪+RTO 工藝進(jìn)行工程設(shè)計，治理效果良好。該工程的設(shè)計和應(yīng)用為低濃度VOCs 廢氣處理提供數(shù)據(jù)支撐，具有一定的參考價值和指導(dǎo)意義。未來，要開展深入研究，加強(qiáng)應(yīng)用實(shí)踐，開發(fā)針對其他行業(yè)VOCs 的高效處理技術(shù)。