涂裝是現(xiàn)代產(chǎn)品制造工藝中的一個重要環(huán)節(jié)。防銹、防蝕涂裝質(zhì)量是產(chǎn)品全面質(zhì)量的重要方面之一。產(chǎn)品外觀質(zhì)量不僅反映了產(chǎn)品防護(hù)、裝飾性能，而且也是構(gòu)成產(chǎn)品價值的重要因素。涂裝的過程中，使用到的油漆輔料等，在噴涂和干燥成膜的過程中，會揮發(fā)出有機(jī)化合物，在生產(chǎn)場所的環(huán)境造成污染，并對生產(chǎn)工人的身體健康造成不好的影響。本文介紹一家高溫閥門制造企業(yè)，在產(chǎn)品表面涂裝過程中，使用的增強(qiáng)油漆在高溫情況下的附著力輔材烷氧基硅烷，使得生產(chǎn)廢氣中含有機(jī)硅成分。
廢氣中含硅一直都是業(yè)內(nèi)一大難題，有機(jī)硅不溶于水，無法用噴淋塔這種傳統(tǒng)方式治理，有機(jī)硅在高溫條件下與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生二氧化硅結(jié)晶體，這種結(jié)晶體很容易造成催化劑表面微孔的堵塞而永久失活，所以不適合使用各種催化劑，這種結(jié)晶體同樣會堵塞RTO里面的陶瓷蓄熱體孔道，因此，RTO工藝也不適合使用。本文采用沸石轉(zhuǎn)輪濃縮技術(shù)協(xié)調(diào)直燃爐工藝處理此類廢氣，取得理想的效果，對此類廢氣的處理有一定的指導(dǎo)意義。
一、VOCs治理方法概述
揮發(fā)性有機(jī)物，常用VOCs表示，它是VolatileOrganicCompounds3個詞第一個字母的縮寫。根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的定義，VOCs是在常溫下，沸點為50℃至260℃的各種有機(jī)化合物。VOCs參與大氣環(huán)境中臭氧和二次氣溶膠的形成，其對區(qū)域性大氣臭氧污染、PM2.5污染具有重要的影響。大多數(shù)VOCs具有令人不適的特殊氣味，并具有毒性、刺激性、致畸性和致癌作用，特別是苯、甲苯及甲醛等對人體健康會造成很大的傷害。流行病學(xué)統(tǒng)計表明，我國人群中癌癥發(fā)病率持續(xù)增高，與環(huán)境中VOCs毒性物質(zhì)的持續(xù)增加有密切關(guān)系。涂裝行業(yè)一直是揮發(fā)性有機(jī)物產(chǎn)生的“大戶”，涂裝廢氣的特征之一是大風(fēng)量、低濃度，因此，研究涂裝過程中VOCs的產(chǎn)生、排放、危害及其控制對策和措施，具有十分重要的意義。
目前，針對揮發(fā)性有機(jī)物的末端治理方法主要有：吸附法、吸收法、膜分離法、生物降解法、低溫等離子法、冷凝法和燃燒法?？紤]項目建設(shè)的成本、處理效果及經(jīng)濟(jì)適用性，針對本案所提及的大風(fēng)量、低濃度的含硅廢氣，原采用處理工藝為活性炭吸附+催化氧化工藝，但由于有機(jī)硅在高溫下產(chǎn)生結(jié)晶，則更適用于采用濃縮之后再直燃式熱力焚燒的組合工藝。
二、沸石轉(zhuǎn)輪+TO工藝
在有機(jī)廢氣治理行業(yè)中，將質(zhì)量濃度低于1000mg/m3的有機(jī)廢氣統(tǒng)稱為低濃度有機(jī)廢氣。對于低濃度有機(jī)廢氣的治理，沸石轉(zhuǎn)輪濃縮+TO工藝得到廣泛應(yīng)用，即采用疏水性沸石分子作為吸附劑將廢氣中的低濃度的VOCs吸附下來，使廢氣凈化后排放，經(jīng)一段時間的吸附后，沸石分子達(dá)到飽和狀態(tài)，再用熱空氣對沸石分子進(jìn)行脫附解吸，形成小風(fēng)量、高濃度的有機(jī)廢氣，再進(jìn)行高溫分解無害化處理，反應(yīng)方程如下：

這種工藝凈化效率高，設(shè)備運行穩(wěn)定，后期維護(hù)簡單方便，但對工藝設(shè)計要求也相對較高。廢氣處理工藝流程如圖1所示。

2.1-沸石轉(zhuǎn)輪濃縮技術(shù)
沸石轉(zhuǎn)輪濃縮是一種應(yīng)用于大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣凈化技術(shù)，沸石轉(zhuǎn)輪主體為一個裝滿沸石分子篩的旋轉(zhuǎn)輪，根據(jù)其在實際工作中的狀態(tài)，沸石轉(zhuǎn)輪分為吸附區(qū)、脫附區(qū)及冷卻區(qū)。
沸石分子篩的化學(xué)通式為Mx/m[(AlO2)x•(SiO2)y]•zH2O，是一種結(jié)晶硅酸鋁金屬鹽的多孔晶體，其中的硅氧四面體和鋁氧四面體通過共享氧原子相互連接形成骨架結(jié)構(gòu)。
沸石分子篩是沸石轉(zhuǎn)輪的核心，本身作為一種疏水性材料，能適應(yīng)更高的廢氣濕度，且有耐高溫的特性，區(qū)別于活性炭這種廣譜吸附劑，其具有較為均一的吸附孔徑，故其孔洞直徑具有“分子篩分”的作用，具有選擇吸附性，更加安全可靠。
沸石轉(zhuǎn)輪濃縮吸附是一個不斷循環(huán)往復(fù)的旋轉(zhuǎn)過程，如圖1所示，從生產(chǎn)車間收集的廢氣，經(jīng)過G4、F7、F9三級過濾后，進(jìn)入到沸石轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū)，有機(jī)廢氣在主風(fēng)機(jī)的作用下，通過轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū)本體，廢氣中的有機(jī)成分被吸附在分子篩內(nèi)從而截留下來，干凈的氣體經(jīng)煙囪排出。沸石轉(zhuǎn)輪繼續(xù)轉(zhuǎn)到脫附區(qū)，截留在分子篩內(nèi)的有機(jī)物，在此區(qū)域內(nèi)被180～220℃的高溫氣體“蒸”出，帶出轉(zhuǎn)輪，在脫附區(qū)吸附飽和的分子篩得到“重生”，但此時高溫的輪體仍未恢復(fù)完全的吸附作用，轉(zhuǎn)輪需要繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到冷卻區(qū)，在冷卻區(qū)高溫干凈的輪體，與過濾后的室外新風(fēng)進(jìn)行換熱，使輪盤的溫度下降至40℃以下，從而具備重新轉(zhuǎn)入下一個循環(huán)的吸附條件，同時在換熱過程中對脫附的熱風(fēng)進(jìn)行了一次溫度提升，為脫附風(fēng)的快速升溫提供條件，同時起到節(jié)約能源的效果。沸石轉(zhuǎn)輪就是這樣不斷循環(huán)往復(fù)地重復(fù)著“吸附-脫附-冷卻”的過程，實現(xiàn)有機(jī)廢氣處理的功能。
2.2-TO燃燒爐
針對成分復(fù)雜的高濃度處理的方式，主流工藝為熱力氧化法。熱力氧化法可分為催化氧化法（CO）、蓄熱式熱力氧化法（RTO）及直接焚燒法（TO）。本文所提及的廢氣為含硅廢氣，含硅廢氣目前仍是行業(yè)中一種較難處理的廢氣，由于有機(jī)硅在高溫的條件下容易與氧氣反應(yīng)形成二氧化硅結(jié)晶體，這種結(jié)晶體容易堵塞催化劑表面微孔，致使催化劑物理失活；同時這種結(jié)晶體也能堵塞陶瓷蓄熱體的廢氣孔道，一方面影響廢氣的通過效率，同時又大大降低了陶瓷蓄熱體的換熱效率，所以上述含硅廢氣的處理，既不能適用催化氧化法，也不適用蓄熱式熱力氧化法，這樣一來TO爐成為唯一適用的處理工藝。
TO爐即直燃式廢氣焚燒爐，是直接采用燃?xì)?、燃油或者電等供熱方式，將爐內(nèi)溫度提高至有機(jī)物起燃溫度之上，廢氣在爐內(nèi)高溫條件下停留2s以上，被完全氧化分解成CO2和H2O等小分子無機(jī)物，從而得到無害化處理，反應(yīng)方程式如上式（1）。TO爐出口的廢氣高溫通過板式換熱器進(jìn)行能量回收，與TO的進(jìn)氣換熱，基本能實現(xiàn)正常運行，TO爐自供熱，無需額外的能源補(bǔ)充，降低系統(tǒng)運行的成本。
2.3-活性炭吸附+CO與沸石轉(zhuǎn)輪+TO的比較
目前常用的吸附材料主要有活性炭、活性氧化鋁及沸石分子篩[2]；在國內(nèi)，最常用的有機(jī)廢氣吸附材料是活性炭，但隨著國內(nèi)外對新型吸附材料的不斷研究及探索，具有吸附能力強(qiáng)、不可燃及較大的吸附、脫附能力等特點的沸石分子篩逐步替代了常規(guī)的活性炭，作為一種新型的有機(jī)廢氣吸附材料，在有機(jī)廢氣治理行業(yè)中大量使用，并逐步得到市場認(rèn)可。

關(guān)于活性炭吸附+CO與沸石轉(zhuǎn)輪+TO2種工藝在含硅廢氣中的處理優(yōu)缺點比較詳見表1。從表1可知，選擇沸石轉(zhuǎn)輪作為吸附凈化材料，并配套TO來無害化分解高濃度VOCs氣體，是治理大風(fēng)量低濃度含硅有機(jī)廢氣的最佳選擇。
三、結(jié)論
針對本文所述的大風(fēng)量低濃度混合型的有機(jī)含硅廢氣，沸石轉(zhuǎn)輪吸脫附+TO凈化裝置具有高效、安全、經(jīng)濟(jì)的特點，對廢氣中苯系物、酯類、醇類物質(zhì)的吸附效率可達(dá)90%～97%。沸石轉(zhuǎn)輪分子篩材質(zhì)不可燃、安全性好，可在高溫下進(jìn)行脫附再生，其使用壽命長達(dá)8～10年。TO爐直接燃燒裂解的方式對VOCs處理效率高達(dá)95%～98%，對于廢氣處理過程中產(chǎn)生的有機(jī)硅結(jié)晶成分，對TO的處理效率幾乎無影響，只需定期打開設(shè)備預(yù)留的檢修門清理掉結(jié)晶體即可。整體裝置采用實時溫度監(jiān)控，多級能量回收，既節(jié)約能源，又具有極高的安全性。但使用過程中也需防止諸如因轉(zhuǎn)輪內(nèi)積聚高質(zhì)量濃度VOCs而導(dǎo)致悶燒等情況的發(fā)生，因此，需要做好對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控與保養(yǎng)。
在工業(yè)迅速發(fā)展及環(huán)境保護(hù)形勢日益嚴(yán)峻的今天，沸石轉(zhuǎn)輪+TO裝置將會在含硅廢氣處理的領(lǐng)域中得到更廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。
來源：相章分享環(huán)保技術(shù)