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VOCs轉輪吸附技術

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

       VOCs轉輪吸附系統主要包括吸附VOCs轉芯（蜂窩狀塊體，HoneycombMonolithicAdsorbent）、氣體過濾裝置、轉動裝置、風機等組成。吸附VOCs轉芯是其核心部分。轉芯可經分隔板分為三個區(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，每個區(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。轉芯在馬達的驅動下以一定的轉速運行。

圖1VOCs濃縮凈化系統

     含有VOCs污染的空氣經過濾后由風機送至吸附轉輪的吸附區(qū)，如圖1所示，吸附劑轉子由馬達經過皮帶帶動，以一定的速度緩慢轉動，低濃度的有機氣體由風機送至轉輪吸附劑，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。隨著吸附的不斷進行，轉輪吸附劑中吸附接近飽和的部分轉入再生區(qū)，被從反方向吹掃的熱空氣脫附解吸，脫附下來的VOCs被收集起來進行集中處理，轉輪吸附劑被再生的部分進入冷卻區(qū)經過冷卻降溫后，轉入吸附區(qū)再次進行吸附操作。轉輪吸附劑經歷著吸附-脫附-冷卻的重復過程。一般再生空氣的風量小于處理風量，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。

      轉輪吸附具有運行穩(wěn)定、結構緊湊、單位床層阻力小及占地面積小等優(yōu)點，已使用在印刷、集成電路、塑料加工、噴漆生產線等會產生低濃度大風量有機廢氣的生產中。

轉輪吸附劑

      吸附轉輪用到的蜂窩結構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。不過濕度對其吸附性能有較大影響，當廢氣中有大量水蒸氣時，吸附性能會大幅降低。而且由于解吸時溫度較高，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)化生產始于上個世紀六十年代。與顆粒和粉末活性炭相比，活性炭纖維具有很高的抗拉強度和彈性，因而可以加工成為布、織物、紙、氈等多種形式。活性炭纖維有直接成型為蜂窩狀，制作成吸附轉輪。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。活性炭纖維的應用領域也非常的廣泛，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轉輪吸附市場

       被稱為史上最嚴的《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、進口、銷售和使用含揮發(fā)性有機物的原材料和產品的，其揮發(fā)性有機物含量應當符合質量標準或者要求?！笆濉币?guī)劃綱要也將VOCs納入總量控制目標。隨著排污費收費政策和補貼政策逐漸落地，VOCs治理將逐步放開。

      中華環(huán)保聯合會秘書長張永紅表示，預計VOCs治理市場將迎來新一輪的爆發(fā)式增長，而“分子篩吸附濃縮轉輪”預計將有上百億的市場需求。

      有權威機構估算，假設VOCs氣體密度均為0.8g/L，VOCs在工業(yè)園區(qū)的潛在治理市場空間，至少將達到400-600億元。其中，石油煉制行業(yè)所占市場空間最大，近200億元、機械設備制造和印刷市場空間也達到100億元。截至2015年，VOCs治理市場的已發(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，剩余市場空間約為500億元，具有相當大的增長潛力。

國外技術現狀和趨勢

       自上世紀60年代起，歐美等國家內已出現吸附富集-脫附濃縮-蓄熱催化氧化后處理技術的應用，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。作為整體技術的核心材料，吸附劑品質的提升及其利用方式的改進對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構的轉輪用于分離過程的概念，并于1974年申請了專利。1986年，瑞典Munters公司率先將蜂窩狀沸石轉輪用于VOCs廢氣處理。1988年，日本株式會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黏合劑粘結在一起后卷成具有蜂窩狀結構的轉輪，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產品也代表當前世界的先進水平。目前在日本、美、歐等國和臺灣地區(qū)，轉輪吸附濃縮技術在低濃度、大風量工業(yè)有機廢氣的治理得到了普遍應用。總體上來看，沸石吸附轉輪的生產技術還掌握在國外企業(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。

       轉輪濃縮后的VOCs采用的燃燒技術中最普遍、最高效、最徹底的治理技術是氧化燃燒技術和催化燃燒技術。其中，催化燃燒技術能使VOCs在較低溫度下發(fā)生氧化反應，有效降低設備運行功率。在催化燃燒技術的基礎上增加陶瓷蓄熱體與余熱再利用系統即為蓄熱式催化燃燒技術（簡稱RCO），能夠顯著節(jié)能降耗。上世紀日本三菱公司設計利用移動閥切換的蓄熱裝置，采用了具有高蓄熱能力的陶瓷蜂窩體，并進行了實際應用。除了對設備工藝的持續(xù)改進，催化劑的研發(fā)也是影響廢氣處理的關鍵內容。國外研究者已報道了一系列Pd、Au、Ce、Al2O3負載的Pt等不同金屬催化劑用于VOCs催化燃燒降解的實驗結果。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。

      雖然少數國外公司掌握了沸石濃縮轉輪的關鍵技術，但濃縮系統與氧化系統優(yōu)化匹配方案仍然有待完善，并且國外相關產品價格昂貴，限制了此技術在國內涂裝、汽車噴涂等行業(yè)的大規(guī)模推廣應用。

國內技術現狀和趨勢

      國內的沸石吸附濃縮設備起步較晚，生產企業(yè)多以組裝、代理為主要經營模式，作為設備核心的沸石吸附單元基本依賴進口，國外具有生產技術的企業(yè)也在國內相繼設立設備組裝廠。不過，國內現有的沸石轉輪成型及制備技術水平與國外的差距正在逐步縮小。截止目前，國內已有多家高校及科研院所的研發(fā)團隊對沸石轉輪進行了相關研究，包括華南理工大學、浙江大學等。但是，想要達到并超越國外同類產品，就需要創(chuàng)新性研發(fā)轉輪制備工藝，形成具有自主知識產權的轉輪制備技術。


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