VOCs废气治理方法一吸附脱附一催化燃烧法

1、国内VOCs产排行业废气产生的特点和现状

国内VOCs产排行业产生的废气一般为大风量 (≥20000m³/h) 低浓度 (≤300mg/m³) 或者小风量 (<5000m³/h) 高浓度 (≥3000mg/m³) 的有机废气，废气成分复杂多样，常见的有苯、甲苯、二甲苯、苯丙酮、苯乙烯、丙二醇甲醚醋酸酯、甲基乙基酮、丙酮、丁酮、甲醇、乙醇、乙二醇、正丁醇、正已烷、乙酸、乙酸乙酯、乙酸丁酯等。

小风量高浓度的VOCs废气处理设备一般使用活性炭吸附脱附冷凝回收来处理达标排放，在此不做详细描述。

大风量低浓度的VOCs废气处理设备一般采用活性炭吸附 (饱和后固废处理) 为主，这种处理工艺优点是设备能耗低，缺点是更换活性炭产生的费用和固废处理费用较昂贵，为了改变这种现状，衍生出来可以再生重复使用的吸附介质，常见的有活性炭吸附浓缩+脱附蓄热式催化燃烧、沸石转轮吸附浓缩+蓄热式燃烧和沸石转轮吸附浓缩+蓄热式催化燃烧等组合工艺，由于沸石转轮吸附浓缩设备造价和使用成本昂贵，因此活性炭吸附浓缩+脱附蓄热式催化燃烧很长时间内暂居行业主流。

2、活性炭介质吸附浓缩+脱附蓄热式催化燃烧的缺点

挥发性有机废气如果采用普通的活性炭作为吸附浓缩载体，在脱附再生阶段的脱附温度不能超过120℃，超过这个温度活性炭材料就会产生明火，继而点燃废气中可燃物质，引发火灾，造成企业不可弥补的损失。因此，国内环保行业在设定脱附温度时一般都设定在80-100℃，在这种工艺条件下，浓缩的高沸点挥发性有机废气分子远远达不到温升要求，不能从活性炭细小的空穴载体中脱附出来，造成活性炭孔隙堵塞、吸附能力下降甚至失活、废气超标等问题。

因此打破环保市场活性炭吸附浓缩+脱附蓄热式催化燃烧可以做到活性炭重复使用，减少企业运维费用，实现达标排放的谎言，寻找一种新的工艺来治理大风量、低浓度、高沸点有机废气，有效解决现有技术中存在的不足之处，解决吸附介质在脱附再生阶段完全脱附重复利用，实现达标排放，成为现阶段环保研发团队的主要任务。

部分VOCs气体沸点查询表

废气成分	沸点℃	废气成分	沸点℃	废气成分	沸点℃
苯	80.1	甲醇	64.7	丙酮	56.2
甲苯	110.4	乙醇	78	丁酮	79.6
对二甲苯	138.35	乙二醇	197.3	乙酸	117.9
邻二甲苯	144.42	正丁醇	118	乙酸乙酯	77.2
间二甲苯	139.1	苯乙烯	146	乙酸丁酯	126.5
混合甲苯	136.19	苯丙稀	218	正己烷	69
丙二醇甲醚醋酸酯	149	甲基乙基酮	79.6

由上表可知，在企业生产过程中，产生的绝大部分VOCs废气的沸点都高过100℃，如果使用活性炭吸附+脱附蓄热式催化燃烧设备处理这类废气，在100℃以下的温度，只有少部分的废气可以脱附出来，结合企业生产中废气产生的多元复杂性，所以饱和的活性炭在脱附过程中，析出的有害气体总量低于30%。

我们在对宁波市一家公司活性炭吸附+脱附蓄热式催化燃烧设备使用情况做过统计，该公司废气处理设备为在线吸附脱附催化燃烧工艺，总装碳量17m³，设备开始运行时废气可以实现达标排放，在使用一周后活性炭吸附效率只有60%，一个月后活性炭吸附效率只有20%，活性炭脱附完成后效。

3、蜂窝式分子筛介质吸附浓缩+脱附蓄热式催化燃烧

蜂窝式分子筛介质吸附浓缩+脱附蓄热式催化燃烧技术是我公司自行研发的一种新型处理VOCs废气的工艺，是沸石分子筛吸附浓缩+脱附蓄热式燃烧技术和活性炭吸附浓缩+脱附蓄热式催化燃烧技术的新型组合工艺，结合两者的优缺点，研发出来的一款新型处理设备。净化系统由蜂窝式分子筛、催化氧化床、风机、换热器、PLC自动化控制系统等组成。该组合技术通过蜂窝式分子筛的吸附浓缩性能使大风量、低浓度有机废气浓缩为小风量、高浓度浓缩气体，高浓度浓缩废气再经RCO蓄热式催化氧化床在较低温度下催化氧化分解为CO2和H20等无机成分。

采用蜂窝式分子筛作为吸附浓缩载体，目的在于提供一种利用分子筛治理高沸点有机，废气的催化燃烧系统，从而有效解决现有技术中存在的不足之处。在脱附再生阶段可以实现高温脱附，脱附温度可控制在180-220℃之间，再生温度可控制在350-380℃之间。在该脱附再生温度下，高沸点的挥发性有机废气完全从分子筛中脱附出来并进入催化燃烧系统进行催化+氧化处理，实现达标排放。

蜂窝式分子筛吸附材料的概述

1、什么是吸附材料?

吸附材料也称吸附剂，是一种能有效从气体或液体中吸附其中某些成分的固体物质。吸附材料应具有大的比表面积、适宜的孔结构及表面结构;对吸附质(VOCs)有强烈的吸附能力;不与吸附质(VOCs)和介质发生化学反应。常见的吸附材料有:活性炭、硅胶、氧化铝、分子筛、天然黏土等。可用于VOCs吸附、防毒面具、水体净化等等。

2、 什么是分子筛?

分子筛是指具有均匀的微孔，其孔径与一般分子大小相当的一类物质。分子筛的应用非常广泛，可以作高效干燥剂、选择性吸附剂、催化剂、离子交换剂等，但是使用化学原料合成分子筛的成本很高。常用分子筛为结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，是由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子尺寸大小(通常为0.3~2nm)的孔道和空腔体系，因吸附分子大小和形状不同而具有筛分大小不同的流体分子的能力。

蜂窝式分子筛吸附材料的结构功能

1、吸附功能

分子筛对物质的吸附来源于物理吸附(范德华力)，其晶体孔穴内部有很强的极性和库仑场，对极性分子(如水)和不饱和分子表现出强烈的吸附能力。

2、筛分功能

分子筛的孔径分布非常均一，只有分子直径小于孔穴直径的物质才可能进入分子筛的晶穴内部。通过吸附的优先顺序和尺寸大小来区分不同物质的分子，所以被形象的称为“分子”

3、结构

由此构成的蛋白多糖聚合体曲折盘绕，形成多微孔的筛状结构，称为分子筛。分子筛只允许小于其微孔的物质通过，对大于其微孔的大分子物质、细菌等则具有屏障作用。使基质成为限制细菌等有害物质扩散的防御屏障。

蜂窝式分子筛吸附材料的参数

分子筛吸附材料的主要参数

饱和吸附容量:吸附容量是单位重量吸附剂达到吸附饱和时能吸附的吸附质(VOC)的量，单位为mg/g。不同VOCs，由于化学性质不同，沸点不同，饱和吸附量差别很大，可用等温吸附线测量饱和吸附量。

分子筛与其他吸附剂相比，吸附性能好，和同类吸附材质相比，在较高的温度下仍有很高的吸附量。

吸附容量表&注意事项

VOC名称	吸附容量	VOC名称	吸附容量	VOC名称	吸附容量
乙醇	8.4	甲苯	9	丁酮	8.6
异丙醇	8.6	二甲苯	10.62	乙酸丁酯	14.9
乙二醇乙醚	10.8	甲基叔丁基醚	7.7	丙二醇甲醚醋酸酯	14.9
苯乙烯	9.5	丙酮	7.2	石油醚	9.2

1、测试条件: 1000mg/m³，流速0.8m/s
2、含易聚合物(烯烃、苯乙烯、高分子树脂(UV喷雾))，以及高沸点溶剂(>200℃)，需要定期高温再生，再生工艺450℃、4h)
3、安装沸石吸附箱，保温隔热做好，建议内保温
4、脱附完成后，需要降温后使用
5、饱和水蒸汽，需要降温降湿处理

蜂窝式分子筛吸附浓缩+脱附蓄热式催化燃烧的安全性能

常见VOCs有机废气燃烧的爆炸下限和绝热温升

燃烧技术是当前处理VOCs的主流技术，包括催化燃烧、热力燃烧、蓄热催化燃烧、蓄热热力燃烧、浓缩催化燃烧等。由于燃烧技术的基本原理是VOCs在高温下发生氧化反应，氧化反应的本质就是燃烧反应，燃烧反应是放热反应。VOCs有机废气燃烧过程中的放热量与VOCs种类和浓度有关。此外，从安全考虑，这里有必要了解VOCs燃烧的安全使用浓度。了解燃烧过程温升和可燃气体爆炸下限，以提高催化燃烧技术的安全性。

1、VOCs有机废气的爆炸下限

可燃气体在空气中遇明火种爆炸的最低浓度，称为爆炸下限，也称燃烧下限，简称LEL。空气中可燃气体浓度达到其爆炸下限值时，我们称这个场所可燃气体环境爆炸危险度为100%LEL。为了确保VOCs燃烧处理过程安全VOCs废气浓度必须控制在相应有机物的爆炸极限的25%。可燃气体燃烧的爆炸下限浓度与可燃气体的初始温度有关当可燃气体初始温度提高，爆炸下限浓度下降。当气体温度达到600K(327℃)时，爆炸下限浓度为室温的75%可见提高温度导致爆炸下限浓度的明显下降。另外企业生产中大多数是混合VOCS，混合VOCs也带来爆炸下限浓度的不确定性。因此，实际工作中要控制在LEL浓度的25%以内。

2、VOCs有机废气燃烧过程的绝热温升

VOCs在燃烧过程是强放热反应，由于放热使得气体温度升高。如采用催化燃烧技术处理VOCs，在设备和催化正常情况下，催化剂反应前后气体温度的变化(温升)反映了VOCs的浓度的变化。如1000mg/m³甲苯完全燃烧的绝热温升为31.95℃，如果在实际使用过程中，温升达到320℃，那么甲苯浓度大约达到了10000mg/m³，已经达到了甲苯的25%LEL值，此时已经非常不安全了，要及时降低甲苯浓度。在蜂窝式分子筛介质吸附浓缩+脱附蓄热式催化燃烧系统脱附过程中，可以通过催化剂床层的温升，来检测VOCs浓度的变化。

部分VOCs气体浓度1000mg/m³时完全燃烧的绝热温升

VOCs	温升℃	VOCs	温升℃
苯	31.45	苯乙烯	31.63
甲苯	31.95	正己烷	36.32
乙酸乙酯	19.22	乙酸	10.95
丙酮	23.18	丁酮	25.49
正丁醇	27.14	乙醇	22.33

蜂窝式分子筛吸附浓缩+脱附蓄热式催化燃烧设备的安全性能

分子筛吸附材料本身不可燃，可在600℃环境下安全使用，疏水型产品更可在高湿度(30℃ 90%)条件下稳定运行，因此解决了活性炭材质脱附时易产生明火引燃废气中可燃物质的可能性。

脱附温度设定在180-220℃之间，再生温度设定在350-380℃之间，温度均在废气中可燃物质的燃烧温度之内不会造成可燃气体自然现象。

通过一系列的浓度、温度检测仪器仪表和在线监测系统，将废气浓度控制在爆炸下限25%处，解决了RTO在浓度波动情况下有爆炸危险因素。

蜂窝式分子筛吸附浓缩+脱附蓄热式催化燃烧设备用于喷涂行业的工艺流程

废气的吸附

通过蜂窝式分子筛吸附浓缩+脱附蓄热式催化燃烧法(RCO)处理有机废气时，喷漆房烟气首先需通过一系列高效过滤装置，将烟气中98%以上的粉尘、漆雾去除，然后烟气方可进入沸石分子筛浓缩、脱附、再生。因此喷漆车间废气吸附过程需经喷漆台收集后，首先进入气旋塔、碱喷淋塔和除雾器和初中效过滤器预处理，再进入分子筛吸附后排放。

废气的脱附

采用分子筛作为吸附浓缩载体，在脱附再生阶段可以实现高温脱附，脱附温度可控制在200-380℃之间，在该脱附温度下，高沸点的挥发性有机废气被从沸石分子筛中浓缩脱附出来进入催化燃烧系统进行催化+氧化处理，实现达标排放。

喷漆有机废气(VOCs)主要来源于喷漆环节有机溶剂和稀释剂的挥发，蜂窝式分子筛吸附浓缩+脱附蓄热式催化燃烧法是沸石分子筛与蓄热式催化燃烧技术的新型组合工艺，来源于沸石转轮和活性炭吸附脱附催化燃烧的结合，净化系统由分子筛、催化氧化炉、风机、换热器、PLC自动化控制系统等组成。该组合技术通过分子筛载体的吸附性能吸附浓缩VOCs使大风量、低浓度有机废气浓缩为小风量、高浓度浓缩气体，高浓度浓缩废气再经RCO蓄热式催化氧化炉在较低温度下催化氧化分解为CO2和H20等无机成分。

1、废气通过高效过滤装置后，送至分子筛吸附浓缩。在吸附过程中烟气中的有机废气(VOCs)被分子筛吸附未被吸附的剩余气体在吸附风机的带动下，直接排入烟囱达标排放。

2、当分子筛吸附饱和程度达到70%左右时，脱附流程启动(此动作也可以设计为手动脱附)，分子筛上吸附的高浓VOCs被高温脱附、浓缩，脱附温度在200℃以上，浓缩倍数一般为5~25倍。脱附气体在脱附风机的带动下进入RCO催化氧化炉。脱附气体进入RCO催化氧化炉后，被加热到250-300℃后，在化剂的作用下发生无焰燃烧，有机废气被氧化分解为CO2和H20，达到净化的目的，之后烟气通过烟肉排入大气中。