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VOCs轉(zhuǎn)輪吸附技術(shù)

      VOCs轉(zhuǎn)輪吸附技術(shù)源于1950年美國人Bryant發(fā)明的轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)，1990年由日本公司用于VOCs凈化。該技術(shù)既可用于回收VOCs也可用于銷毀VOCs，該技術(shù)適用于低濃度VOCs廢氣，通過轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)富集濃縮后可回收或銷毀。

       VOCs轉(zhuǎn)輪吸附系統(tǒng)主要包括吸附VOCs轉(zhuǎn)芯（蜂窩狀塊體，HoneycombMonolithicAdsorbent）、氣體過濾裝置、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、風(fēng)機(jī)等組成。吸附VOCs轉(zhuǎn)芯是其核心部分。轉(zhuǎn)芯可經(jīng)分隔板分為三個(gè)區(qū)域：吸附區(qū)、再生區(qū)、冷卻區(qū)。為防止各區(qū)域之間串風(fēng)，每個(gè)區(qū)域使用分隔板隔開，分隔板使用的是耐高溫、耐腐蝕的橡膠密封材料。轉(zhuǎn)芯在馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下以一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

圖1VOCs濃縮凈化系統(tǒng)

     含有VOCs污染的空氣經(jīng)過濾后由風(fēng)機(jī)送至吸附轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū)，如圖1所示，吸附劑轉(zhuǎn)子由馬達(dá)經(jīng)過皮帶帶動(dòng)，以一定的速度緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，低濃度的有機(jī)氣體由風(fēng)機(jī)送至轉(zhuǎn)輪吸附劑，通過吸附劑的蜂窩孔得到凈化，凈化后的氣體從蜂窩孔另一端排出。隨著吸附的不斷進(jìn)行，轉(zhuǎn)輪吸附劑中吸附接近飽和的部分轉(zhuǎn)入再生區(qū)，被從反方向吹掃的熱空氣脫附解吸，脫附下來的VOCs被收集起來進(jìn)行集中處理，轉(zhuǎn)輪吸附劑被再生的部分進(jìn)入冷卻區(qū)經(jīng)過冷卻降溫后，轉(zhuǎn)入吸附區(qū)再次進(jìn)行吸附操作。轉(zhuǎn)輪吸附劑經(jīng)歷著吸附-脫附-冷卻的重復(fù)過程。一般再生空氣的風(fēng)量小于處理風(fēng)量，這樣再生出口的VOCs濃度被濃縮，因此該方法也稱為VOCs濃縮技術(shù)。

      轉(zhuǎn)輪吸附具有運(yùn)行穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、單位床層阻力小及占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，已使用在印刷、集成電路、塑料加工、噴漆生產(chǎn)線等會(huì)產(chǎn)生低濃度大風(fēng)量有機(jī)廢氣的生產(chǎn)中。

轉(zhuǎn)輪吸附劑

      吸附轉(zhuǎn)輪用到的蜂窩結(jié)構(gòu)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。

      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(duì)其吸附性能有較大影響，當(dāng)廢氣中有大量水蒸氣時(shí)，吸附性能會(huì)大幅降低。而且由于解吸時(shí)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(yè)化生產(chǎn)始于上個(gè)世紀(jì)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(qiáng)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(zhuǎn)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(dá)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(yōu)異的吸脫附性能。活性炭纖維的應(yīng)用領(lǐng)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。使用疏水性高硅分子篩，相對(duì)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(huán)使用更加環(huán)保。

 VOCs轉(zhuǎn)輪吸附市場(chǎng)

       被稱為史上最嚴(yán)的《大氣污染防治法》于2016年1月1日起施行，其中明確規(guī)定生產(chǎn)、進(jìn)口、銷售和使用含揮發(fā)性有機(jī)物的原材料和產(chǎn)品的，其揮發(fā)性有機(jī)物含量應(yīng)當(dāng)符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或者要求?！笆濉币?guī)劃綱要也將VOCs納入總量控制目標(biāo)。隨著排污費(fèi)收費(fèi)政策和補(bǔ)貼政策逐漸落地，VOCs治理將逐步放開。

      中華環(huán)保聯(lián)合會(huì)秘書長張永紅表示，預(yù)計(jì)VOCs治理市場(chǎng)將迎來新一輪的爆發(fā)式增長，而“分子篩吸附濃縮轉(zhuǎn)輪”預(yù)計(jì)將有上百億的市場(chǎng)需求。

      有權(quán)威機(jī)構(gòu)估算，假設(shè)VOCs氣體密度均為0.8g/L，VOCs在工業(yè)園區(qū)的潛在治理市場(chǎng)空間，至少將達(dá)到400-600億元。其中，石油煉制行業(yè)所占市場(chǎng)空間最大，近200億元、機(jī)械設(shè)備制造和印刷市場(chǎng)空間也達(dá)到100億元。截至2015年，VOCs治理市場(chǎng)的已發(fā)生空間約為50億元，主要集中在石油化工業(yè)以及印刷行業(yè)。到2020年，剩余市場(chǎng)空間約為500億元，具有相當(dāng)大的增長潛力。

國外技術(shù)現(xiàn)狀和趨勢(shì)

       自上世紀(jì)60年代起，歐美等國家內(nèi)已出現(xiàn)吸附富集-脫附濃縮-蓄熱催化氧化后處理技術(shù)的應(yīng)用，德國的Dürr公司、美國Megtec、Enguil公司和加拿大Biothermica公司等，在行業(yè)中占有絕大部分市場(chǎng)。作為整體技術(shù)的核心材料，吸附劑品質(zhì)的提升及其利用方式的改進(jìn)對(duì)提升廢氣治理水平有顯著幫助。瑞典人CarlMunters創(chuàng)新性的提出將吸附材料做成具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)輪用于分離過程的概念，并于1974年申請(qǐng)了專利。1986年，瑞典Munters公司率先將蜂窩狀沸石轉(zhuǎn)輪用于VOCs廢氣處理。1988年，日本株式會(huì)社西部技研公司將加工成波紋形和平板形的陶瓷纖維紙用無機(jī)黏合劑粘結(jié)在一起后卷成具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)輪，然后將疏水性沸石涂覆在蜂窩狀通道的表面得到吸附轉(zhuǎn)輪，并將其成功用于VOCs凈化處理。此外，日本霓佳斯公司的相關(guān)產(chǎn)品也代表當(dāng)前世界的先進(jìn)水平。目前在日本、美、歐等國和臺(tái)灣地區(qū)，轉(zhuǎn)輪吸附濃縮技術(shù)在低濃度、大風(fēng)量工業(yè)有機(jī)廢氣的治理得到了普遍應(yīng)用?？傮w上來看，沸石吸附轉(zhuǎn)輪的生產(chǎn)技術(shù)還掌握在國外企業(yè)手中，主要有瑞典的Munters公司、瑞典DST公司、瑞典ProFlute公司、日本株式會(huì)社西部技研、日本霓佳斯（NICHIAS）公司、日本Daikin（大金）公司、美國atea-WKUSA等。

       轉(zhuǎn)輪濃縮后的VOCs采用的燃燒技術(shù)中最普遍、最高效、最徹底的治理技術(shù)是氧化燃燒技術(shù)和催化燃燒技術(shù)。其中，催化燃燒技術(shù)能使VOCs在較低溫度下發(fā)生氧化反應(yīng)，有效降低設(shè)備運(yùn)行功率。在催化燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上增加陶瓷蓄熱體與余熱再利用系統(tǒng)即為蓄熱式催化燃燒技術(shù)（簡稱RCO），能夠顯著節(jié)能降耗。上世紀(jì)日本三菱公司設(shè)計(jì)利用移動(dòng)閥切換的蓄熱裝置，采用了具有高蓄熱能力的陶瓷蜂窩體，并進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。除了對(duì)設(shè)備工藝的持續(xù)改進(jìn)，催化劑的研發(fā)也是影響廢氣處理的關(guān)鍵內(nèi)容。國外研究者已報(bào)道了一系列Pd、Au、Ce、Al2O3負(fù)載的Pt等不同金屬催化劑用于VOCs催化燃燒降解的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。德國的SüD-Chemie公司是目前開發(fā)VOCs氧化降解催化劑較為成功的企業(yè)之一。

      雖然少數(shù)國外公司掌握了沸石濃縮轉(zhuǎn)輪的關(guān)鍵技術(shù)，但濃縮系統(tǒng)與氧化系統(tǒng)優(yōu)化匹配方案仍然有待完善，并且國外相關(guān)產(chǎn)品價(jià)格昂貴，限制了此技術(shù)在國內(nèi)涂裝、汽車噴涂等行業(yè)的大規(guī)模推廣應(yīng)用。

國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀和趨勢(shì)

      國內(nèi)的沸石吸附濃縮設(shè)備起步較晚，生產(chǎn)企業(yè)多以組裝、代理為主要經(jīng)營模式，作為設(shè)備核心的沸石吸附單元基本依賴進(jìn)口，國外具有生產(chǎn)技術(shù)的企業(yè)也在國內(nèi)相繼設(shè)立設(shè)備組裝廠。不過，國內(nèi)現(xiàn)有的沸石轉(zhuǎn)輪成型及制備技術(shù)水平與國外的差距正在逐步縮小。截止目前，國內(nèi)已有多家高校及科研院所的研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)沸石轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了相關(guān)研究，包括華南理工大學(xué)、浙江大學(xué)等。但是，想要達(dá)到并超越國外同類產(chǎn)品，就需要?jiǎng)?chuàng)新性研發(fā)轉(zhuǎn)輪制備工藝，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)輪制備技術(shù)。


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