浓缩转轮与蓄热式热氧化器在有机废气处理中的应用

刘景良

摘要：本文分析了浓缩转轮装置与蓄热式热氧化器（RTO）在某大型液晶面板生产厂房有机废气处理中的应用，通过实例证明，浓缩转轮装置+蓄热式热氧化器综合处理系统对连续排放的低浓度有机废气处理有明显的效果，对挥发性有机化合物（VOCs）的去除率可以达到95%以上，既达到环保标准的要求，又实现了热能的回收再利用。

关键词：浓缩转轮装置；蓄热式热氧化器；有机废气；污染治理；热能回收再利用

1 引言

挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，以下简称为VOCs）是石油化工、电子、制药、喷涂等行业排放的最常见的一类污染物。该类有机物大多具有毒性，部分已被列为致癌物质，其对环境、动植物的生长及人类健康造成很大的危害。1990年，美国《清洁空气法》修正案列举了189种有毒有害气体，其中大部分是VOCs。开展有机废气尤其是VOCs的综合治理研究已成为当前国际环境的热点，在我国2010年环境规划中，有机废气治理也被确定为我国今后应重点发展的研究课题之一。

近年来，人们对有机废气治理控制技术的研究已经取得了较大进展，如吸收法、吸附法、生物法、催化燃烧法及等离子技术等，吸附浓缩+催化燃烧组合工艺作为一个重要的联合协同技术已被广泛应用，该工艺在连续排放的低浓度有机废气处理中有明显的效果，对VOCs的去除率可以达到95%以上，既达到环保标准的要求，又实现了热能的回收再利用。

2 浓缩转轮装置+蓄热式热氧化器综合处理系统的应用背景

本系统根据某大型液晶面板生产厂房提供之废气组份、风量等技术参数，设计使用浓缩转轮装置搭配蓄热式热氧化器的综合处理系统。对于低浓度，大风量的VOCs污染空气，如果采用直接燃烧处理方法进行处理，不仅需要庞大的设备，而且还存在运行成本过高的问题。浓缩转轮吸附装置可以实现将低浓度、大风量的污染空气浓缩为小风量、高浓度的空气后进行燃烧处理，采用该VOCs浓缩吸附装置不仅可以减小设备投资，而且可以大大降低运行成本，实现低成本、高效率VOCs废气的无害化处理。

蓄热式热氧化器（Regenerative Thermal Oxidizer，以下简称为RTO）是一种高效率的有机废气污染治理设备，它是由陶瓷蓄热床、自控控制阀、燃烧室和控制系统等组成。其主要特征是：蓄热床通过换向阀交替换向，将由燃烧室出来的高温气体热量蓄留，并预热进入蓄热床的有机废气；采用陶瓷蓄热材料吸收、释放热量；预热到一定温度的有机废气在燃烧室发生氧化反应，生成二氧化碳和水，得到净化。同时，利用燃烧室蓄热陶瓷耐高温、吸热快、散热快的特性，回收洁净的预热应用于生产工序，节约能源的消耗，RTO热回收效率一般可达到80%以上。蓄热式热氧化器处理系统对高浓度有机废气的治理效果非常明显，对VOCs的去除率可以达到98%以上。

转轮部份去除效率达到95%，蓄热式热氧化器（RTO）部份去除效率达到98%，综合去除效率高于95%，使得排放气体能符合现今环保法规。

3 系统概述

有机废气处理系统采用先进的浓缩转轮与蓄热式热氧化处理流程，能够高效率处理污染物，并且达到最大的节能效果。主体设备包括浓缩转轮（含箱体）、蓄热式热氧化器、一次风机、二次风机、脱附风机、换热器、烧燃器、助燃风机、排气筒与连接管路、控制系统等组成。

3.1 工艺设计描述与系统优势

本系统主要提供以陶瓷纤维为基材表面涂布有高疏水性沸石为吸附剂之转轮吸附浓缩装置三座并联摆放，可将来源浓度极低的废气浓缩10倍，再由蓄热式热氧化器将浓缩过后的废气热氧化为二氧化碳与水。燃烧过后的干净气体与经过转轮吸附后的干净气体结合后，经由一只排气筒排出。

热氧化反应式如下：CxHy +（x+y/4）O2 → xCO2 +（y/2）H2O

3.2 浓缩转轮

浓缩转轮主要有三个操作区间构成，即吸附区、脱附再生区以及吹冷区。当转轮表面吸附剂之溶剂吸附至接近饱和时，会旋转至脱附再生区，以高温（约200oC）之气流，将吸附之溶剂脱附出来，形成一股高浓度之废气流。浓缩转轮之去除效率为95%，经由转轮之废气满足标准，故可直接排放至大气。

3.3 蓄热式热氧化器

前方经由浓缩过后的高浓度之废气流进入拥有95%高熱回收效率的蓄热式热氧化器，将燃料的消耗最小化。热氧化器本身具有98%的高去除效率。厂房使用的蓄热材由具有超过20年的知名蓄热材厂家提供，长期使用的多层媒介具有极高表面积及孔隙率，使其能在最小用量的条件下提供最高的热回收效率。另外多层媒介产品之孔隙为三维方向，上下方的孔洞阻塞时仍可以侧方通过，使得会阻塞的物质难以对RTO的蓄热材造成不良影响。

4 设计基础

本项目来源废气流量为120000 m3/h，温度30℃。有机废气处理系统设置在生产厂房南侧机械室屋面上，共设置3套VOC处理装置（2用1备），每套设备容量为60000 m3/h；设置3台系统排风机，2用1备，每台排风机容量为60000 m3/h。

VOC处理设备进风污染物浓度如下：

IPA异丙醇：分子式C3H8O，排放速率20.3kg/hr，排放浓度70ppm；

PGME丙二醇甲醚：C4H10O2，排放速率108.6kg/hr，排放浓度250ppm；

PGMEA丙二醇甲醚醋酸酯：C6H12O3，排放速率63.7kg/hr，排放浓度100ppm；

乳酸：C3H6O3，排放速率15.2kg/hr，排放浓度35ppm；

5 结语

就有机废气治理，环保部的“十二五”规划中明确指出：“加强挥发性有机污染物和有毒废气控制。加强石化行业生产、输送和存储过程挥发性有机污染物排放控制。鼓励使用水性、低毒或低挥发性的有机溶剂，推进精细化工行业有机废气污染治理，加强有机废气回收利用”。可见，我国挥发性有机污染废气的治理工作将会得到快速发展，VOCs治理水平也会得到不断提高。对于有机废气的治理方法，应根据废气排出的具体情况和净化要求来制定，对于大风量、低浓度的有机废气，浓缩转轮装置+蓄热式热氧化器的综合处理系统处理效果明显，对控制大气污染起到了重要作用，同时可实现热能回收，符合清洁生产中能源回收利用的原则。