沸石转轮吸附+催化燃烧工艺在涂装废气上的应用

沸石转轮吸附+催化燃烧工艺在涂装废气上的应用

王梁展1葛旭明2 杨普1

1 深圳盈和环境物联科技有限公司，广东 深圳 518057

2 宇星科技发展（深圳）有限公司，广东 深圳518057

摘要：针对车辆涂装废气排放特点，本文采用沸石转轮吸附+催化燃烧的工艺，详细阐述了工艺流程、原理以及设计关键参数，结合实际的治理效果和设备运行情况，表明采用这种工艺在涂装废气治理上是可行的，在解决废气达标排放问题的同时，充分考虑系统节能，具有良好的应用效果和推广价值。

关键词：涂装；有机废气；沸石转轮；催化燃烧

在涂装工业的生产过程中，会使用溶剂型涂料，这些涂料在使用过程中会产生VOCs废气，VOCs废气主要来源于喷漆、烘干、流平、调漆等多个工序，其废气成分会因涂料成分而异，以苯类、酯类等有害气体成分居多，会对人们身体健康和环境质量带来危害，需要对其进行治理，本项目属于典型的大风量低浓度废气，优先选择吸附浓缩工艺[1-2]。

1项目概况

1.1废气排放情况

某车辆生产企业在喷漆作业过程中，对整车涂装线废气未有有效的处理措施，需要对其进行收集治理。喷漆室废气最高排放浓度350mg/m³，平均排放浓度165mg/m³，总风量48万m3/h，废气主要成分为醇类、醚类、酯类、酮类、200#溶剂油等物质，具体废气排放情况见下表：

表1废气排放情况总表

1.2废气排放特点

1）废气中含有大量漆雾；2）废气处理风量大；3）排放的有机废气浓度不稳定；4）有机废气的组份较多；5）废气排放不连续，间断性生产；6）废气支路较多，风压平衡设计难度大。

1.3治理方案的选择

根据设计原则及工艺尾气的化学成分和浓度，本项目喷漆废气采用过滤+沸石转轮浓缩+催化燃烧(CO)焚烧工艺来处理废气，有利于最大限度地降低能耗，达标排放稳定。

2治理工艺介绍

图1  废气治理工艺流程图

本项目VOCs废气采用“调温调湿+物理过滤+沸石转轮浓缩+CO”工艺进行处理。由于喷漆废气经过水旋洗涤除漆雾，废气中含有水汽，高湿度的废气会影响转轮的吸附效率，因此在转轮前端增加除湿过滤预处理装置，利用CO出口余热来降低废气湿度，采用DPA+F5+F7+F9的多级预处理方式，去除废气中的颗粒物，延长转轮的使用寿命，经过脱附后的废气进入CO中燃烧，最后与转轮吸附气一起从烟囱排放。本项目采用二组换热器对CO出口热量进行回收利用，先用CO出口余热对转轮脱附气进行加热，再利用出口余热对脱附后的高浓度废气进行加热再进入CO系统进行燃烧，充分利用余热达到节能目的。

3工艺流程说明

(1)废气温湿度调节系统：由于喷漆废气经过湿式除漆雾设备，其废气相对湿度较大。可能会影响沸石浓缩转轮的吸附效率，因此方案设计将CO尾气引至系统前端与原废气混合进行调温调湿，保证废气温湿度满足进入沸石转轮的要求。

(2)过滤系统：废气过滤系统，安装在每套温湿度调节系统后，过滤喷漆室废气中易导致浓缩设备阻塞和失效的杂质、颗粒物；每套过滤系统不低于四级过滤，保证沸石转轮的最佳使用寿命。

(3)沸石转轮浓缩系统：在过滤系统后端安装沸石转轮浓缩系统，当废气流经沸石转轮后，其中的VOC气体分子进入到分子筛孔道当中，其余的气体随之排除，这部分气体便得以净化，净化后的气体再通过引风机排向烟囱。

(4)脱附废气预热系统：脱附废气预热系统，从CO炉膛里面取热经过换热器使脱附废气的温度能够直接将吸附在沸石转轮浓缩系统中的VOC脱附出来，形成高浓度燃烧废气。

(5)废气焚烧系统：沸石转轮浓缩系统后端为CO废气焚烧系统，浓缩后的高浓度废气在焚烧系统中裂解为二氧化碳和水。

(6)废气处理系统运行模式：废气处理系统能够实现运行模式、紧急模式和节能模式的操作。

4主要设备介绍

4.1转轮浓缩系统

沸石转轮浓缩工艺是将大风量、中低浓度的有机废气转换为小风量、高浓度的有机废气[3]，沸石转轮轮面上分为彼此独立的吸附区、再生区和冷却区[4]，沸石转轮在各个区内连续运转。吸附于浓缩转轮中的有机废气，在再生区经高温空气处理而被脱附，浓缩后风量仅为排风量的1/10-1/30。为了保证沸石转轮脱附彻底，需要将脱附气体的温度升温至180-220℃，由于沸石分子筛转轮为本套系统的核心部件，为了延长转轮的使用寿命，对脱附气体采用间接加热的形式，防止高温烟气中夹带的杂质及高温管道中的保温材料等进入分子筛转轮对转轮造成污染或堵塞，从而保护沸石分子筛转轮的使用寿命。

表2 沸石转轮规格参数表

4.2过滤器系统

本项目采用“DPA+F5+F7+F9”四级过滤用于处理漆雾及粉尘颗粒，具体规格见下表所示：

表3 过滤器规格参数表

4.3催化燃烧系统（CO）

转轮脱附出来的高浓度废气被送入二级高效换热器，与和从一级换热器排出的烟气发生热交换，温度升高到300℃（催化床进口温度），进入催化氧化床。废气流经催化剂固定床层时，在催化剂作用下，最终产物变成无害的二氧化碳和水，并放出反应热。反应后的高温气体（催化床出口温度≥400℃）进入一级换热器，用来加热脱附热风完成本次循环工艺。

表4 催化燃烧设备规格参数表

5系统特点

(1)采用本工艺可保证废气综合处理效率：≥90%。

(2)根据废气特点，采用前处理+沸石转轮浓缩+CO处理，有利于最大限度地降低能耗同时最大限度的回收热量。

(3)转轮浓缩对于低浓度大风量处理效果极佳，系统能够稳定运行，因材料本身不燃物，安全性极高。

(4)系统采用 PLC自动控制，对转轮及氧化处理设备中关键的运行状态、关键点温度和压力加以监测，通过采集与传输温度、压力的参数变化信号来达到自控废气氧化与自控联锁的安全保护功能，保证废气处理系统的正常运行。

6治理效果分析

系统建成运行后，通过第三方检测，从烟囱取样检测数据来看，废气的质量浓度小于15mg/m3，具体检测数据如下表所示。

表5 环保设备运行检测结果分析

从上表中可以看出，系统总去除效率可达90%以上，稳定达标排放，废气排放浓度远低于国家和地方排放标准。综上所述，转轮吸附+催化燃烧工艺在涂装废气治理上是可行的。

7结语

文中分析了工业涂装废气的特点，以沸石转轮吸附浓缩＋催化燃烧工艺为例，介绍了技术原理和系统特点，系统运行稳定、净化效率高、使用寿命长，在涂装工业VOCs废气治理过程中应用广泛，具有良好的经济效益和环境效益。

参考文献：

[1] 程辉, 胡超. 治理VOCs的沸石转轮吸附浓缩+催化燃烧工艺[J].绿色科技,2019(10):161-162.

[2] 温志刚, 张桂华. 挥发性有机物治理技术进展[J].煤炭与化工,2016(8):11-14.

[3] 冷星月，胡彩虹，王炜月，等.低浓度挥发性有机物吸附浓缩材料的研究进展[J].化工进展，2020，39(Z2):336-345.

[4] 郝博，于全蕾，纪瑀.轨道车辆涂装VOCs废气治理技术的探讨[J].涂料工业，2018，48(12):80-84.

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