沸石转轮+RTO 工艺在低浓度VOCs 废气治理中的应用

杨 旭，王 涛，王翼鹏，蒋 伟，孙 莉

（1.宇星科技发展（深圳）有限公司；2.广东省环境监测和治理工程技术研究开发中心；3.深圳盈和环境物联科技有限公司，广东 深圳 518057）

挥发性有机物（VOCs）可以分为多个类别，包括烷烃类、芳香烃类、烯烃类、卤代烃类、酯类、醛类、酮类和其他化合物[1]。大多数VOCs 具有令人不适的特殊气味[2]，并具有毒性、刺激性、致畸性和致癌作用，特别是苯、甲苯及甲醛等会对人体健康造成很大的伤害[3]。工业源VOCs排放是大气污染的重要来源[4]，主要源自煤化工、石油化工、燃料涂料制造、溶剂制造与使用等过程。环境保护上，主要关注苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、甲苯二异氰酸酯、二异氰酸甲苯酯等活泼VOCs 的去向。

VOCs是细颗粒物（PM2.5）和臭氧的重要前体物[5]，控制VOCs 排放，有助于加强PM2.5与臭氧协同控制，实现减污降碳协同增效，持续改善生态环境。VOCs污染防治应遵循源头和过程控制与末端治理相结合的原则。典型治理技术主要分为回收、销毁及两者组合的新技术。其中，沸石转轮+RTO 工艺处理效率高，具有较高的经济性，近年来备受环保工作者的青睐，主要适用于低浓度、大风量的化工、燃料涂料制造、医药农药制造、电子产品制造、家具制造、包装印刷、涂装等场景的VOCs 治理。

1 工艺流程设计

某新材料企业位于浙江省绍兴市上虞区，建有年产20 000 t 的涂料生产车间。经核算，车间生产区、灌装间、包装间等区域的风量合计124 400 m3/h。进口VOCs 检测数据显示，该车间废气主要成分为颗粒物、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二氯甲烷（微量）等，混合废气浓度为181 mg/m3。该废气具有低浓度、大风量的典型特点。

1.1 设计目标

根据《大气污染物综合排放标准》（GB 16297—1996）的二级排放限值，最高允许的污染物排放浓度与排放速率如表1 所示。从适用范围来看，颗粒物涉及碳黑尘、染料尘、颜料尘和医药尘。

表1 最高允许的污染物排放浓度与排放速率

1.2 工艺选择

针对废气特点及现场情况，本项目拟采用“预处理（喷淋洗涤+多级过滤）+转轮浓缩+RTO+喷淋洗涤”的处理工艺（简称沸石转轮+RTO 工艺）。前端的喷淋洗涤采用水洗，以去除漆雾液滴及颗粒物，后端采用碱液喷淋，以去除二氯甲烷燃烧产生的酸性气体。低浓度VOCs 废气进入转轮浓缩后进入RTO，经高温焚烧，再次喷淋洗涤，然后通过烟囱排放。主要工艺流程如图1 所示。

图1 工艺流程

通过查询该企业环评报告，产品有光固化涂料。光固化涂料在紫外灯的照射下会产生固化，便于固化后的漆雾在后续过滤阶段去除，且在紫外灯的照射下，大分子也能转化为小分子，因为小分子的沸点低，便于转轮吸附和脱附。因此，多级过滤采用金属滤网+紫外线（UV）光催化+两级过滤的组合方法。综上，整套废气治理系统最终采用“喷淋洗涤（2 套并联水洗）+多级过滤（金属滤网+UV 光催化+两级过滤）+转轮浓缩+RTO+喷淋洗涤（碱液）”的组合工艺。

1.3 工艺流程分析

低浓度VOCs 废气汇总后进行喷淋洗涤（水洗），去除漆雾液滴和颗粒物。随后，处理后的废气进入过滤系统。过滤系统分为4 级，采用金属滤网+UV 光催化+两级过滤的组合方法，每一级针对不同物质进行去除，充分考虑材料更换频次，减少更换时间，从而延长设备连续运转周期。预处理的废气由管道进入沸石转轮浓缩，其中的有机物被沸石转轮吸附，同时脱附风机、加热器开始工作，利用高温空气反向将转轮吸附的有机物脱附出来，随着转轮旋转，浓缩废气连续稳定地输送至RTO 并被催化降解为CO2与H2O，之后经过降温喷淋和碱液喷淋，通过烟囱排放。

过滤系统主要过滤易引发浓缩设备阻塞和失效的杂质和颗粒物，可基本去除粉尘、漆雾，气体中粒径0.5 μm 以上的粉尘净化效率不低于98%。该系统主要通过纤维材料改变漆雾液滴的惯性力方向，将其从废气中分离。不同过滤材料可以组合使用，提高过滤效率。喷淋吸收系统主要由填料、喷淋装置、除雾装置、喷淋液循环泵和吸收塔组成，主要利用气液两相充分接触吸收的中和反应，净化分解各种有机溶剂和无机酸碱废气。

沸石转轮被分为吸附区、脱附区、冷却区3 个功能区，它在各个功能区内连续运转，气体脱附与转轮再生在转轮上同时完成，并将低浓度、大风量的有机废气浓缩成高浓度、小风量的气体（浓缩倍率5～25倍），可降低后处理设备的规格，降低运行成本。RTO 的主体结构由燃烧室、陶瓷填料床和切换阀等组成，它可在高温下将可燃废气氧化成CO2和H2O，从而净化废气并回收废气焚烧释放的热量，废气分解率大于99%，热回收率大于95%。有机废气被预热至大于760 ℃，在燃烧室加热升温至800 ℃左右，氧化分解成无害的CO2和H2O。氧化时，高温气体的热量被特制的陶瓷蓄热体储存起来，用于预热下一循环新进入的有机废气，从而节省升温需要消耗的燃料，降低运行成本。

2 治理效果分析

本项目废气处理规模为124 400 m3/h，采用“预处理（喷淋洗涤+多级过滤）+转轮浓缩+RTO+喷淋洗涤”的处理工艺。项目进口混合废气浓度为181 mg/m3，通过转轮浓缩后，废气浓度为2 529 mg/m3，浓缩倍率约为14 倍。经检测，出口废气浓度如表2所示。

表2 出口废气浓度检测结果

表2 中，非甲烷总烃依据《固定污染源废气 总烃、甲烷和非甲烷总烃的测定 气相色谱法》（HJ 38—2017）采样，并采用气相色谱质谱联用仪检测；其他检测项目采用《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T 16157—1996）采样，并采用气相色谱仪进行检测。由检测结果可知，出口废气浓度低于《大气污染物综合排放标准》（GB 16297—1996）的二级排放限值，VOCs 排放浓度符合行业排放标准及浙江省地方排放标准的要求，实现持续环保达标排放，为该新材料企业的连续生产提供基础保障。经测算，该项目每年可削减VOCs 排放量197 t，具有较高的环境效益、经济效益和社会效益。

3 结语

在沸石转轮+RTO 工艺中，转轮脱附温度约为200 ℃，可保证高沸点组分完全脱附，有效提高工艺的整体净化效率，保障出口废气达标排放。同时，转轮吸附浓缩大大缩减了废气处理量，使RTO 规模变小，降低设备投资费用。RTO 燃烧产生的热量用于预热废气，热利用效率高，运行能耗低，大幅减少能源消耗。总的来说，该组合工艺具有高效、节能的优势，值得广泛推广应用。针对涂料生产车间大风量、低浓度的废气特点，本项目选用沸石转轮+RTO 工艺进行工程设计，治理效果良好。该工程的设计和应用为低浓度VOCs 废气处理提供数据支撑，具有一定的参考价值和指导意义。未来，要开展深入研究，加强应用实践，开发针对其他行业VOCs 的高效处理技术。