新型涂装废气处理技术

发布时间:2010-07-13
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图1 沸石转轮浓缩+RTO氧化处理系统的运行原理

把RTO废气处理技术和沸石分子筛作吸附材料这两项废气处理领域最为先进的技术有机结合起来用到涂装车间废气处理上,整个处理系统更加高效、节能和经济。

在汽车厂涂装车间,通常有两种废气排出:一种是车身烘烤过程中挥发的有机废气,其特点是VOC浓度较高、温度较高,可以直接进入焚烧炉(TNV)或者蓄热式氧化装置(RTO)处理掉;另一种就是喷漆室排出的废气,其特点就是废气量大、VOC浓度相对较低、相对湿度(RH)较大,目前在国内一般都不作处理而是直接高空排放,或者用活性炭吸附,但是其配套的脱附装置及安全设施要求很高,投资巨大。

随着人们环保意识的不断增强,对废气排放的要求越来越严格,特别是在日本及欧美一些经济发达国家,利用分子筛吸附处理喷漆室废气已被各汽车厂广泛采用,我国国内涂装技术的相关设计研究院也已开始了这项技术的研究和推广应用。笔者这里要介绍的是一种沸石转轮吸附浓缩+RTO的联合废气处理技术。

沸石分子筛的吸附特性

沸石分子筛是结晶硅铝酸盐,其化学组成通式为 [M2(I)·M(II)]O·Al2O3·nSiO2·mH2O ,它具有晶体的结构和特征,表面为固体骨架,孔穴之间有孔道相互连接,分子由孔道经过。由于孔穴的结晶性质,分子筛的孔径分布非常均一。分子筛依据其晶体内部孔穴的大小对分子进行选择性吸附,也就是吸附一定大小的分子而排斥较大物质的分子,因而被形象地称为“分子筛”。

由于沸石晶穴内部有强大的库仑场和极性起作用,而晶穴又不会宽到使流体分子能够避开晶格中场的作用,所以脱水沸石中,气体分子液化的趋势更为增强,对于烃类和小的极性吸附质,在低温时,有迫使其强烈吸附和成为准液态的倾向,因此,沸石作为吸附剂不仅具有分子筛的作用,而且和其它类型吸附剂相比,即使在较高的温度和较低的吸附质分压下,仍有较高的吸附容量。与其它多孔类物质相比,沸石具有很大的比表面积,这些表面积主要在晶穴内部,外表面积仅占总表面积的1%左右,因此脱水沸石具有极强的吸附功能。

沸石转轮浓缩系统

沸石转轮浓缩系统由日本某公司于1977~1979年开发成功,瑞典的一家公司也于1985~1986年开发成功并销售。该系统的工作过程是:蜂窝状的转轮以较低的速度连续转动,循环通过吸附区和解吸区;低浓度、大风量的废气连续不断地通过转轮的吸附区时,废气中的VOC被转轮的沸石吸附,被吸附净化后的气体直接排放;轮子吸附的有机溶剂随着转轮的转动被送到解吸区,再用小风量热风连续地通过解吸区,被吸附到转轮上的VOC在解吸区受热脱附,随热风一起排出。这样,热风脱附后得到含高浓度VOC的气体,浓缩后的气体再通过其他设备进行最后的氧化处理。

该系统的关键部件是一个圆筒形的吸附轮,它采用疏水性沸石,被加工成波纹状,再卷制形成蜂窝构造。用于脱附的热风量远小于进行吸附的废气风量,因此,脱附后气体中的有机溶剂浓度通常可以增加10~20倍。脱附后的排气只要用吸附风量十几分之一的装置就可以进行处理了。

进行解吸的热风温度直接影响废气VOC的吸附效率,由于VOC通常含有多种沸点不同的成份,要想在脱附热风量不变的情况下提高解吸效率或者说是提高浓缩比,就要提高解吸热风的温度,使热能耗增加,所以浓缩比与解吸温度是一对互为矛盾的因素,通常情况下取浓缩比1/8~1/12,解吸温度120~180℃,系统运行比较经济。


喷漆废气及烘干废气的特点

RTO废气处理系统

RTO(Regenerative Thermal Oxidizer,蓄热式氧化器)主要包括蓄热室、氧化室、过滤器及送/排风机,它通过蓄热室吸收废气氧化时的热量,并用这些热量来预热新进入的废气,从而有效降低废气处理后的热量排放,同时节约了废气氧化升温时的热量损耗,使废气在高温氧化过程中保持着较高的热效率,其设备安全可靠,操作简单,维护方便,运行费用低,VOCs去除率高,目前在国内汽车厂涂装车间废气处理中已得到广泛应用。

RTO的工作原理是:有机废气首先经过蓄热室预热,然后进入氧化室,加热升温达到760℃左右,使废气中的VOCs氧化分解成为CO2和H2O;氧化后的高温气体再通过另一个蓄热室蓄热后排向大气,蓄热室的热量再来用于预热下一轮新进入的有机废气。通常,处理后的气体排放温度要比引入的废气温度升高30~50℃,其热效率可达到95%以上。

综合技术的新应用

目前国外涂装车间的车身烘干废气和喷漆废气一般是分别处理,国内通常只对烘干废气进行处理。针对烘干废气和喷漆废气的特点以及转轮吸附的特性,我们把这两种废气混合后再用沸石转轮浓缩+RTO氧化处理,形成了一种更为有效、节能、并节省投资的方法,值得在涂装车间的废气处理上推广。沸石转轮浓缩+RTO氧化处理系统的运行原理如图所示。

通过对喷漆废气和烘干废气以及二者的混合物进行分析(见表),我们发现对其混合废气进行处理更能节省设备投资和运行费用。

1、 喷漆废气经过和高温烘干废气混合后,由于温度升高使得相对湿度下降,节省了除湿的设备投资及运行费用;

2、 由于烘干废气一起参与吸附浓缩,使得进入RTO处理的废气量大幅降低,大大节省了RTO设备投资和运行费用。

沸石转轮在浓缩喷漆废气时,为了确保吸附效率,通常需要两道热源:

□ 沸石转轮中解吸的热空气需要热源连续加热;

□ 进入转轮浓缩的废气通常需要降低湿度,需要热源来加热完成。

RTO在焚烧时产生大量的热量,若利用这个热量作为转轮运行的辅助热源,则可以得到双重利益:

(1) 省掉两套加热设备,节约了投资和运行费用;

(2) RTO氧化室的高温烟气分出一部分直接供给浓缩系统,减轻了蓄热负荷,可以降低蓄热体的投资,同时降低了排烟温度,提高了热效率。

结束语

目前RTO废气处理技术由于热效率高、运行费用低、使用方便等原因,已经在国内得到广泛应用;沸石分子筛作吸附材料具有不可燃、耐高温、可再生利用等优点,是第一批国家鼓励发展的环境保护技术项目,在废气处理领域具有广阔的前景。把这两项废气处理领域最为先进的技术有机结合起来,用到涂装车间废气处理上,充分体现出了它们的高效性、经济性和先进性,是涂装车间废气处理的一种较为理想的技术。

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