沸石浓缩转轮在某汽车企业涂装VOC处理的应用

任家宽

【摘要】“十二五”以来复合型大气污染物日益突出，很多地区细颗粒物大大超过新修订的环境空气质量标准限值要求，根据《重点区域大气污染防治十二五规划》细颗粒物主要来源：约50%是空气中二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物、氨等气态污染物，经过复杂化学反应形成的细颗粒物。沸石浓缩转轮技术作为汽车涂装VOC的新兴处理技术，本文通过该项技术在工程的实际应用研究，旨在为目前广泛关注的汽车涂装VOC处理提供参考，以缓解目前雾霾现象。

【关键词】沸石浓缩转轮；VOC；汽车涂装

1前言

目前浓缩转轮吸附技术用于汽车涂装VOC的处理，可解决低浓度VOC处理问题，已得到普遍认可。对于吸附材料选择来说，目前常用的吸附剂主要为活性炭，活性炭一般通过椰子壳和纤维制作，表面会有催化的效果，对于酮类及其他易被催化的成分的处理上，活性炭局限性很多。且活性炭亲水性很强，对于含水率较高涂装VOC不宜使用活性炭吸。沸石作为疏水性吸附材料，对含水率不要求，经过脱铝化工艺后，去除了表面的活性点，从而避免了催化的影响。涂装VOC中含有酮类，易燃，沸石具有耐温和不催化的特性，因此选择沸石分子筛作为VOC 处理的吸附材料。

2沸石浓缩转轮在某汽车企业涂装VOC处理的应用

2.1爆炸极限要求

中涂、面漆、清漆VOC中含有甲基异丁基酮、乙酸正丁酯、正丁醇、甲苯、二甲苯、三甲苯等有机物质，三甲苯为最易爆炸组分，其Pe=0.9%；混合气体爆炸极限下限值Pm=

允许的最大浓度

其中0.9126为计算的混合气体密度，单位为kg/m3。

本文VOC浓度1122.47mg/m3，低于爆炸下限的25%。

2.2沸石浓缩转轮设计

2.2.1设计风量

某企业自动喷涂段含两条喷涂生产线，设计风量77600m3/h。

2.2.2工艺介绍

废气经4级过滤器过滤预处理后，废气中颗粒物含量很低，再通过引风机引风进入浓缩转轮。大部分废气在吸附区域进行吸附，之后洁净废气通过排气筒排入大气。该系统的吸附设备是以陶瓷纤维为材料做成蜂窝状的大圆盘轮状系统，轮子表面涂有疏水性沸石分子筛，整个轮子分为吸附区，解附区和冷却区，以齒轮带动，VOC废气由风机吹入转轮吸附区，废气中的VOC绝大部分被转轮上的沸石吸附，废气变为较为洁净的空气排入大气，当轮子吸附后转到解附区，以后段TNV预热使被吸附的VOC脱附再生，经再生后的轮子再转入冷却区，降温后继续进行吸附。冷却区在解附后解附区降温过程中废气升温，回抽至过滤器前提高废气净气温度除湿。沸石浓缩转轮示意图见图1。

图1 沸石浓缩转轮示意图

2.2.3设计基本参数

设计基本参数如表1所示。

2.2.4四级过滤器

四级过滤器设计参数表见表2。

过滤器是四级过滤，每一级都有压差检测。每一个压差检测有两个设定值，第一个报警，则需要更换过滤器，另外一个直接关闭系统。

2.2.5沸石浓缩转轮

浓缩转轮的压缩比率为1：12，废气71200m3/h（64600Nm3/h）进入吸附区，废气中6400m3/h（5900Nm3/h）进入冷却区。废气通过吸附区吸附，吸附区逐渐转入解附区解附，解附区逐渐转入冷却区冷却以便再进入吸附区吸附，冷却区废气将升温，升温至100℃，回抽至废气进气管过滤器前升高废气进气温度除湿。通过新风解附，解附前经2#换热器加热。废气71200m3/h（64600Nm3/h）通过吸附区，再通过排气筒排放。沸石分子筛性能需满足GB/T77015的要求，沸石分子筛性能见表3。

（1）设计要求：按不低于96%设计，则净化后排放浓度不高于

沸石吸附区需要吸附的污染物总量为： =1122.47×71200×10-6×96%=76.72kg/h。

（2）气速的确定

气速为气体通过吸附器整个横截面积的速度，气速的选择，不仅直接决定了吸附器的尺寸和压降的大小，而且还会影响吸附效率。吸附剂气速u=1.2m/s。

（3）沸石分子筛用量计算

NaY型沸石分子筛吸附甲苯的参数[1]见表4。

式中：qm为最大吸附量，g/g，k为Langmuir平衡常数，Pa-1；P为分压，Pa，为600。

计算得，沸石分子筛吸附VOC的静态饱和吸附容量

吸附带中沸石分子筛的动态吸附容量按静态饱和吸附容量的35%计，则吸附带中沸石分子筛吸附的VOC为0.0878g/g。

吸附面积为：

，取16.5m2。

则吸附带内的沸石分子筛量为：

式中：吸附带的长度为0.4m，堆积密度为450kg/m3

吸附带内的沸石分子筛可吸附VOC的量为：

0.0878×3000=263.4kg

吸附工作周期按1h转轮旋转1～6圈计，取最不利情况，每旋转一周时间为1h，则每转一周的吸附量为：

小于可吸附容量值263.4kg。

因此沸石浓缩转轮0.4m厚满足要求，设计考虑0.1m的保护厚度，沸石分子筛转轮厚度设计为0.5m。

本文按吸附区占转轮面积80%，冷却区、解附区各占10%设计，则冷却区、解附区面积皆为2.1m2。总面积为20.7m2，转轮有效直径为5.14m2。

沸石分子筛总用量V=（16.5+2.1）×0.5=9.3m3。

④ 解附计算

吸附区吸附量：

5总结

沸石浓缩转轮技术大大削减汽车涂装VOC的排放量，将会产生良好的环境效益和社会效益。

参考文献

[1]周春何，卢唅锋等，沸石分子筛和活性炭吸附/脱附甲苯性能对比，，环境污染与防治，第31卷第4期，2009年4月。