一、沸石轉輪及活性炭處理工藝
1、沸石轉輪處理工藝
沸石轉輪所具有的結構和特征與晶體相同,其表面結構為固體骨架,內部的孔穴可以吸附分子,孔穴之間存在孔道,孔道相互連接,分子在孔道中經過,由于孔穴的性質潔凈,所以分子篩的孔徑分布相對均一。分子篩可以進行選擇性吸附,依據其晶體內部孔穴的大小對分子的吸附和分子大小有關,吸附小分子,而較大分子會被排斥。
2、沸石轉輪吸附濃縮原理
沸石轉輪的處理區、脫附區、冷卻區組成濃縮區,有3個處理工序,分別為吸附、脫附、冷卻,沸石轉輪在各個區內運轉是連續的。VOC首先通過過濾裝置,經過沸石轉輪的處理區被沸石轉輪吸附劑吸附,最后凈化后的氣體會從沸石轉輪的處理區間中排出。而有一部分的VOc吸附于沸石轉輪中,在再生區經熱風處理后脫附、濃縮。沸石轉輪在冷卻區被冷卻,經過冷卻區的空氣,再經過加熱后作為再生空氣使用,達到節能的效果。
3、沸石轉輪吸附濃縮性能特點
1)濃縮比大:濃縮倍數最低5倍,最高可達到15倍,處理設備的規格將會大大縮小,其優點是可以降低后續處理設備建造及運行成本。
2)運行費用低:沸石轉輪吸附VOC時會產生壓差,壓降低,電力能耗會很大程度地降低。
3)操作簡單,維護方便:沸石轉輪整體系統先進,其設計結構是采用預組及模塊化設計,安裝方便,其操控模式特點為持續性及無人化。
4)吸、脫附效果好,廢氣處理效率高(95%以上):經過轉輪濃縮后的廢氣,滿足國家排放標準。
5)運行安全穩定:沸石轉輪的組成主要是無機氧化物,不會燃燒,安全性高。
6)適用范圍廣:由于核心材料是分子篩,其具有惰性高的特點,對于活性炭難處理的苯乙烯和環己酮等具有熱聚合性的V0c,也可以使用疏水性分子篩進行高效處理。表面上的路易斯中心極性很強,沸石中引力場很強,主要原因是其中的籠或通道的尺寸較小。
因此,沸石轉輪吸附質分子的吸附能力遠超過其他類型的吸附劑,即使在其吸附質的分壓(或濃度)很低的情況下,仍具有可觀的吸附量。沸石轉輪的吸附分離效果和吸附質分子的3個特征有關,分別是尺寸、形狀和極性,因此,沸石轉輪在尺寸相近的物質的分離上也可以使用。
4、活性炭處理工藝
活性炭是一種黑色多孔的同體炭質,其形成過程時由煤粉碎后,經過成型或者用均勻的煤粒經炭化、活化生產,其主要成分為碳,并含少量氧、氫、硫、氮、氯等元素。普通活性炭的比表面積在500~l 700 ㎡/g問。吸附性很強,通常作為一種工業吸附劑使用。蜂窩活性炭的原材料是優質煤,活性炭通過蜂窩模具壓制,再經過高溫活化燒制而成。
5、活性炭吸附原理
大風量的有機廢氣在經過蜂窩狀活性炭吸附床時,其中低濃度的有機廢氣會被蜂窩狀活性炭充分接觸吸附、凈化,經過小風量熱氣脫附后會再生后轉換,但仍然是小風量、高濃度的有機廢氣,但這種高濃度的有機廢氣可以燃燒,系統在燃燒爐中氧化燃燒,燃燒后被氧化分解成二氧化碳、水等無害氣體。通過一系列物理化學反應,經換熱器加熱,燃燒后的廢熱氣會脫附再生,其中具有同收價值的溶劑可以在濃縮后進行冷凝同收再次利用。
6、活性炭吸附濃縮特點
蜂窩活性炭的特點是吸附性能好、氣流阻力小,吸附床氣流層的分布均勻穩定、壓降小。須滿足的要求一是吸附凈化,二是吸附裝置必須小型化、阻力小,是使用中低壓風機就可以滿足排風的要求,從而降低能量消耗和噪音的污染。另外必須注意一點,活性炭脫附耐受溫度低時,會導致其脫附效率低,活性炭的使用壽命短,并且活性炭容易燃燒,存在一定危險性。
7、活性炭吸附濃縮適應范圍
活性炭吸附濃縮適用范圍廣,在涂裝、包裝印刷、涂布、化工、電子、電池等行業均有使用。根據其吸附材料易燃的特點,存在風險,所以適用常規有機物,不適用于酮、酯類等易氧化有機物。
二、活性炭與沸石轉輪性能對比
活性炭與沸石轉輪性能對比見表1。
通過表1對比可以看出:
1)從安全角度考慮,蜂窩活性炭在處理vOC過程中,系統溫度處于280~300 ℃區間內且為無焰燃燒,和沸石轉輪系統的直接熱力燃燒相比較,溫度比較低,安全性有較大保障。
2)從處理效果角度考慮,蜂窩活性炭和沸石轉輪的V0c處理能力都很強,能夠滿足國家VOc排放目標。但是沸石轉輪系統的處理效率在95%以上,活性炭在92%左右(與活性炭使用時間有關)。
3)從投資角度考慮,均采用模塊化設計布置的蜂窩活性炭和沸石轉輪系統,蜂窩活性炭系統占地更少,規模更小,但催化劑有較大的弊端,硫和氯容易引起催化劑中毒,同時每2~3年要更換一次。沸石轉輪就不存在這個弊端。
4)沸石轉輪和蜂窩活性炭均含有豐富的均勻微孔結構,沸石轉輪孔徑均勻,蜂窩活性炭孔徑分布較廣且總體大于沸石轉輪。
5)沸石裝輪適合于連續性的大批量生產工藝,此設備由于升溫問題需開機后休息期間不能停機,需要小風量運行進行系統保溫。而活性炭處理工藝則不需要。
三、結語
鑒于目前環保要求的越來越嚴格,voc末端治理方案也越來越明晰,本文通過對活性炭及沸石轉輪的對比分析,給初始接觸者一個參考。
素材來源:北極星VOCs在線
精心編排:《VOCs前沿》微信公號
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