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吸附技術篇——VOCs和惡臭廢氣污染控制裝備產品應用現狀（一）

發布時間：2023-06-19人氣：189

VOCs種類繁多，成分復雜，不同行業的VOCs氣體特征如流量、濃度具有較大差異。有研究表明，化學制品、醫藥制造、交通設備制造、印刷、電子及電信設備制造是產生VOCs氣體最多的前5個行業，分別占調研總案例的26%、13%、12%、8%和5%。大多數行業VOCs點源產生的VOCs濃度在102-104mg/m3（注：上標2、上標4）范圍內。濃度較高的行業如石油加工、化工醫藥制造等，這些行業產生的濃度大多高于103mg/m3（注：上標3）；濃度較低的如皮革、毛皮、羽絨制品等，其濃度一般低于500mg/m3。不同濃度的VOCs處理技術有較大差異，因此，掌握各行業產生的VOCs氣體濃度分布特征對發展VOCs治理技術具有十分重要的意義。

為滿足廣大業主單位和環保行業同仁對VOCs和惡臭廢氣污染控制裝備產品應用現狀等方面有關基礎知識的學習和普及，經征求專家同意，《VOCs前沿》根據有關研究成果，通過平臺進行知識傳播，擬分兩大部分開展專題分享：

一、基于單項技術的設備與產品（吸附、催化燃燒、熱力燃燒、生物法處理技術、紫外光氧化/光催化、冷凝回收、化學吸收、膜分離技術）；

二、基于不同設備產品的組合工藝（沸石吸附+氧化工藝、低溫等離子體+吸收、選擇性吸收分離+吸附回收、水洗+除霧+光催化氧化、光催化氧化+等離子、VOCs膜組合工藝）。

吸附

基于單項技術的設備與產品

概述

吸附技術是VOCs治理的主流技術之一，技術成熟、簡單易行、治理成本低、適應范圍廣。

技術原理：當流體與多孔固體接觸時，流體中某一組分或多個組分在固體表面處產生積蓄，此現象稱為吸附。吸附屬于一種傳質過程，物質內部的分子和周圍分子有互相吸引的引力，但物質表面的分子，其中相對物質外部的作用力沒有充分發揮，所以液體或固體物質的表面可以吸附其他的液體或氣體，尤其是表面積很大的情況下，這種吸附力能產生很大的作用，所以工業上經常利用大面積的物質進行吸附，如活性炭、分子篩等。根據此特點，可以根據實際情況選用適當的吸附劑，處理廢氣中的揮發性有機物（VOCs），達到循環利用，保護環境的目的。脫附是吸附的逆過程。是使已被吸附的組分從達到飽和的吸附劑中析出，吸附劑得以再生的操作過程，即被吸附于界面的物質在一定條件下，離逸界面重新進入體相的過程，也稱解吸。一般來說，不利于吸附進行的條件常對脫附有利，如加熱、減壓等，常用有蒸汽、氮氣脫附。

活性炭吸附系統

廢氣收集后，通過預處理然后進入吸附器，有機廢氣被高性能活性碳纖維（ACF）或者顆粒碳材料吸附，將有機物吸附于其微孔結構中，經兩級活性炭纖維吸附，廢氣經過吸附材料凈化后排放至大氣。吸附有機廢氣的吸附材料通過熱氮氣/水蒸氣解吸（脫附）再生，解吸出來的高濃度混合氣進入換熱器換熱后再冷凝回收得到混合溶液，氮氣在脫附周期內循環重復利用。工藝流程圖1所示。

圖1 活性炭吸附系統工藝流程

特點：不需要添加任何的絮凝劑和氧化劑等化學試劑，直接利用活性炭的微孔結構進行吸附；初期成本低，操作簡單；活性炭所用的原料是果殼、煤和木材等物質，相對來講，成本較低。且進行吸附時，沒有太高的技術要求，操作簡單靈活；由于孔隙多，表面積很大，所以吸附能力強，吸附效果自然也就比較好；對重金屬進行處理時，對金屬離子的吸附選擇性好、穩定性強；可以對活性炭進行再生，重新使用?，F在對活性炭的回收利用已經有很多方法，包括熱再生法、生物再生法、化學溶液再生法、電化學再生法等等。這些方法對活性炭的再生有出色的效果，經過再生的活性炭，可以重新進行使用。

適用范圍：活性炭吸附技術在涂裝、包裝印刷、石油化工、化學品制造、醫藥化工和異味治理等領域都得到了廣泛的應用。適合中低濃度大部分含有烷烴、酯類、醇類、酮類等有機溶劑的廢氣（若要脫附溶劑沸點宜控制在50-150°C）。

設備（產品）分類概述：預處理階段，廢氣中可能會含有氯化氫、硫酸霧等酸性氣體或者粉塵，為了防止其對后續設備造成嚴重腐蝕或者對活性炭造成堵塞，需對廢氣進行預處理。預處理采用填料式噴淋洗滌塔，噴淋液選擇堿液對酸性氣體進行中和處理或者采用干式過濾器對粉塵進行過濾處理?；钚蕴课诫A段，經過前面的預處理后，廢氣通入后端的活性炭吸附/脫附塔進行吸附處理，活性炭表面存在著吸引力（分子間范德華力），將通過活性炭微孔的有機氣體吸附在活性炭表面，去除廢氣中的有機物，達到凈化氣體的作用。活性炭脫附階段，活性炭脫附時采用蒸汽對活性炭床層直接加熱，將活性炭中吸附的有機成分蒸出，蒸出來的混合蒸汽進入冷凝器中通過冰水對其進行冷卻，冷凝成液態，進入分離桶中分離，分離后的廢水進入污水站，分離后的有機溶劑進入儲罐，用于后續回收。不能被冷凝的不凝氣通入吸附總管，送入吸附罐中進行吸附處理。活性炭烘干階段，脫附階段有部分蒸汽冷凝成水留在的活性炭床層，脫附完成后需要對床層進行烘干。烘干配置單獨的烘干風機，烘干風機入口設置高效過濾器，并設蒸汽加熱器對新風進行加熱，加熱到60℃左右，通入活性炭罐中將碳層中的水分烘干。烘干后的吸附罐充氮氣進行保護操作，等待下一次吸附。

設備（產品）說明：不同的活性炭吸附材料有各自適用的范圍。顆粒碳吸附罐適合濃度波動大，廢氣成分復雜的工況。碳纖維吸附器適合廢氣濃度較穩定，廢氣成分較單一的工況。蜂窩碳吸附器適合配合燃燒設備使用。碳纖維裝置配型和顆粒碳裝置配型見表1和表2。

表1碳纖維裝置配型表

風量m³/h	3000	6000	9000	12000
溶劑量t/d	0.75	1.5	2.2	3
吸附器	2X-2X	2X-4X	2X-6X	2X-8X
涼水塔t	50	100	150	200
蒸汽t/h	0.3	0.5	0.8	1
壓縮空氣m³/min	2
風量m³/h	18000	24000	36000	48000
溶劑量t/d	2.2	3	3	3
吸附器	3X-6X	3X-8X	4X-8X	5X-8X

表2 顆粒碳裝置配型表

風量m³/h	9000	13500	18000
溶劑量t/d	4	4.8	5.6
吸附罐	2X-Ф2200*3000	2X-Ф2200*4500	2X-Ф2200*6000
單罐裝碳量	2.2~2.7	3.3~4.1	4.4~5.5
涼水塔t	150	200	250
循環水泵t/h	150*2	200*2	250*2
蒸汽t/h	0.8	1.2	1.6
風量m³/h	27000	36000	40000	54000
溶劑量t/d	4.8	5.6	4.8	5.6
吸附罐	3X-Ф2200*4500	3X-Ф2200*6000	4X-Ф2200*4500	4X-Ф2200*6000

生產過程廢氣，先經預處理裝置處理氣體中的一些高分子的物質和空氣中的細小顆粒，再經冷卻器將溫度平衡穩定至45℃以下。經處理后的廢氣進入吸附－脫附操作單元，溶劑被高性能活性碳材料吸附，凈化后空氣穿透吸附材料后排放至大氣。被吸附的溶劑通過蒸汽（氮氣）解吸附。解吸出來的有機溶劑進入換熱器與冷卻水換熱，然后再經冷凝為常溫液態后回收。經廢氣凈化回收設備處理后排放的廢氣VOCs去除率在95%以上。整個工藝過程由PLC功能程序控制，自動切換，交替進行吸附、解吸、冷卻、間歇四個工藝過程。活性炭吸附系統應用工程現場如圖3所示。

圖2 活性炭吸附系統應用工程現場

VOCs轉輪吸附系統

VOCs轉輪吸附技術源于1950年美國人Bryant發明的轉輪除濕技術，1990年被應用于VOCs的凈化。該技術目前適用于處理低濃度VOCs廢氣。由吸附VOCs轉芯、氣體過濾裝置、轉動裝置、風機等組成。轉芯一般分為三個區域：吸附區、再生區、冷卻區。轉輪吸附系統結構如圖3所示。沸石轉輪分為筒式轉輪和盤式轉輪。筒式沸石吸附轉輪組合(Cassette)為一中心軸承與轉體，轉體由沸石吸附介質與陶瓷纖維制成。轉輪上包含用以分開處理廢氣及處理后釋出干凈氣體的密封墊，其材質為能承受VOCS腐蝕性及高操作溫度的柔軟材料制成（一般為氟橡膠）。密封墊將蜂巢狀沸石吸附轉輪組合隔離成基本吸附區(Adsorption zone)及再生脫附區(Desorption zone)。有時為特殊需求亦可分成更多串聯區；而吸附轉輪由一組電動驅動設備用以旋轉轉輪，轉輪處理時為可變速、且可控制每小時旋轉2至5轉之能力，最大可到20轉/小時。沸石轉輪的吸附風速一般2~4 m/s；脫附風速1~5m/s。沸石轉輪的適用濕度為＜80%，適用溫度＜40℃，適用VOCs的沸點35~200℃。單套筒式轉輪的處理風量10000~200000m3/h，如果分體運輸可做得更大。

圖3 轉輪吸附系統結構示意圖

廢氣經過濾后經由風機送至吸附區，廢氣通過吸附劑被吸附得到凈化，凈化后的氣體從另一端被排出。接著被反方向吹掃的熱空氣脫附解吸，脫附下來的VOCs被收集進行集中處理，吸附劑被進入冷卻區冷卻后，入吸附區再次進行吸附。

特點：轉輪吸附具有運行穩定、結構緊湊、單位床層阻力小及占地面積小等優點。

適用范圍：在印刷、集成電路、塑料加工、噴漆生產線等產生的低濃度大風量有機廢氣。

設備（產品）分類概述：吸附轉輪用到的蜂窩結構吸附劑制備方法主要有涂覆式、沉浸式和成型式3種，使用的吸附材料主要有活性炭、活性炭纖維和沸石分子篩3種。

設備（產品）說明：活性炭孔穴豐富，比表面積大，具有較好的廣譜適用性，相比沸石分子篩吸附容量要大，是目前使用最廣泛的吸附劑。不過濕度對其吸附性能有較大影響，當廢氣中有大量水蒸氣時，吸附性能會大幅降低。而且由于解吸時溫度較高，存在易燃等安全性隱患。

活性炭纖維是繼活性炭后研制出新型吸附材料，其商業化生產始于上個世紀六十年代。與顆粒和粉末活性炭相比，活性炭纖維具有很高的抗拉強度和彈性，因而可以加工成為布、織物、紙、氈等多種形式?；钚蕴坷w維有直接成型為蜂窩狀，制作成吸附轉輪。不僅如此，活性炭纖維有很高的比表面積，其BET比表面積可達1000~2000m2，且孔徑分布窄、均勻，并以微孔為主，其吸附量大，吸附快，再生容易，具有優異的吸脫附性能?；钚蕴坷w維的應用領域也非常的廣泛，在水處理、空氣凈化中都有使用。

沸石分子篩阻燃性好，可耐受高溫。沸石分子篩使用疏水性高硅分子篩，相對濕度RH>60%的廢氣工況下依然有良好的吸附性能，雖然成本比活性炭高，但是易于解吸，可循環使用更加環保。分子篩吸附濃縮系統的主要應用于各種噴漆車間（汽車制造、造船、自行車制造、飛機制造、金屬制品等）的排氣處理，各種印刷車間（凹版印刷、建筑裝潢材料印刷、其他各種印刷過程）的排氣處理，鋁型材生產、鍍膜加工工藝等的排氣處理，各種電子制品制造過程的排氣處理，半導體集成電路、液晶顯示屏（LCD）制造過程的排氣處理，鋰離子電池制造（電極形成工序、電解液充填工序）過程的排氣處理，樹脂、橡膠、輪胎等制品生產過程的排氣處理，汽車維修店面、服裝干洗店等分散源揮發性有機物排氣處理。

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