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VOCs分子篩轉(zhuǎn)輪吸附技術(shù)
揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatileorganiccompounds，VOCs)是空氣污染物特別是霧霾的主要污染源之一。世界衛(wèi)生組織等機(jī)構(gòu)將VOCs定義為：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，熔點(diǎn)低于室溫、沸點(diǎn)在323.15～533.15K的有機(jī)化合物總稱(chēng)，如苯、甲苯、二甲苯、萘等。VOCs來(lái)源于石油化工、制藥、印刷、制鞋、汽車(chē)制造、電子制造等行業(yè)，據(jù)測(cè)算，全國(guó)揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)排放量高達(dá)3000多萬(wàn)噸，VOCs不僅對(duì)環(huán)境造成破壞，也給人類(lèi)健康帶來(lái)威脅。
世界各國(guó)都制定出了對(duì)VOCs排放量的相關(guān)法律法規(guī)，盡量減少乃至消除VOCs的排放。但是，受到生產(chǎn)技術(shù)水平限制，以及成本壓力，大多數(shù)控制VOCs排放的方式還只能在處理尾氣階段。目前控制VOCs排放含量的方法主要包括回收技術(shù)和銷(xiāo)毀技術(shù)。
在實(shí)際操作中，往往根據(jù)廢氣中VOCs的風(fēng)量、濃度、種類(lèi)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值等具體情況選擇其中一種或是幾種組合使用。
分子篩轉(zhuǎn)輪吸附技術(shù)，是VOCs回收技術(shù)之一。
VOCs分子篩轉(zhuǎn)輪吸附技術(shù)
源于1950年美國(guó)人Bryant發(fā)明的轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)，1990年由日本公司用于VOCs凈化。該技術(shù)既可用于回收VOCs也可用于銷(xiāo)毀VOCs，該技術(shù)適用于低濃度VOCs廢氣，通過(guò)分子篩轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)富集濃縮后可回收或銷(xiāo)毀。
VOCs分子篩轉(zhuǎn)輪吸附系統(tǒng)主要包括吸附VOCs分子篩轉(zhuǎn)芯(蜂窩狀塊體，HoneycombMonolithicAdsorbent)、氣體過(guò)濾裝置、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、風(fēng)機(jī)等組成。吸附VOCs分子篩轉(zhuǎn)芯是其核心部分。轉(zhuǎn)芯可經(jīng)分隔板分為三個(gè)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(fēng)，每個(gè)區(qū)域使用分隔板隔開(kāi)，分隔板使用的是耐高溫、耐腐蝕的橡膠密封材料。轉(zhuǎn)芯在馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下以一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。
1-風(fēng)機(jī)、2-吸附區(qū)、3-冷卻區(qū)、4-再生區(qū)、5-空氣加熱器、6-再生風(fēng)機(jī)
圖1VOCs分子篩吸附濃縮凈化系統(tǒng)
含有VOCs污染的空氣經(jīng)過(guò)濾后由風(fēng)機(jī)送至分子篩吸附轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū)，如圖1所示，吸附劑轉(zhuǎn)子由馬達(dá)經(jīng)過(guò)皮帶帶動(dòng)，以一定的速度緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，低濃度的有機(jī)氣體由風(fēng)機(jī)送至分子篩轉(zhuǎn)輪吸附劑，通過(guò)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(jìn)行，分子篩輪吸附劑中吸附接近飽和的部分轉(zhuǎn)入再生區(qū)，被從反方向吹掃的熱空氣脫附解吸，脫附下來(lái)的VOCs被收集起來(lái)進(jìn)行集中處理，分子篩轉(zhuǎn)輪吸附劑被再生的部分進(jìn)入冷卻區(qū)經(jīng)過(guò)冷卻降溫后，轉(zhuǎn)入吸附區(qū)再次進(jìn)行吸附操作。分子篩轉(zhuǎn)輪吸附劑經(jīng)歷著吸附-脫附-冷卻的重復(fù)過(guò)程。一般再生空氣的風(fēng)量小于處理風(fēng)量，這樣再生出口的VOCs濃度被濃縮，因此該方法也稱(chēng)為VOCs分子篩吸附濃縮技術(shù)。
分子篩轉(zhuǎn)輪吸附具有運(yùn)行穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、單位床層阻力小及占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，已使用在印刷、集成電路、塑料加工、噴漆生產(chǎn)線等會(huì)產(chǎn)生低濃度大風(fēng)量有機(jī)廢氣的生產(chǎn)中。
分子篩轉(zhuǎn)輪吸附劑
分子篩吸附轉(zhuǎn)輪用到的蜂窩結(jié)構(gòu)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zui廣泛的吸附劑。不過(guò)濕度對(duì)其吸附性能有較大影響，當(dāng)廢氣中有大量水蒸氣時(shí)，吸附性能會(huì)大幅降低。而且由于解吸時(shí)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(chǎn)始于上個(gè)世紀(jì)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(qiáng)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(zhuǎn)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(dá)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(yīng)用領(lǐng)域也非常的廣泛，在水處理、空氣凈化中都有使用。
VOCs分子篩轉(zhuǎn)輪吸附市場(chǎng)
被稱(chēng)為*zui嚴(yán)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(chǎn)、進(jìn)口、銷(xiāo)售和使用含揮發(fā)性有機(jī)物的原材料和產(chǎn)品的，其揮發(fā)性有機(jī)物含量應(yīng)當(dāng)符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或者要求?！笆?規(guī)劃綱要也將VOCs納入總量控制目標(biāo)。隨著排污費(fèi)收費(fèi)政策和補(bǔ)貼政策逐漸落地，VOCs治理將逐步放開(kāi)。
中華環(huán)保聯(lián)合會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)張永紅表示，預(yù)計(jì)VOCs治理市場(chǎng)將迎來(lái)新一輪的爆發(fā)式增長(zhǎng)，而“分子篩吸附濃縮轉(zhuǎn)輪"預(yù)計(jì)將有上百億的市場(chǎng)需求。
有機(jī)構(gòu)估算，假設(shè)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(chǎng)空間，至少將達(dá)到400-600億元。其中，石油煉制行業(yè)所占市場(chǎng)空間zui大，近200億元、機(jī)械設(shè)備制造和印刷市場(chǎng)空間也達(dá)到100億元。截至2015年，VOCs治理市場(chǎng)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(chǎng)空間約為500億元，具有相當(dāng)大的增長(zhǎng)潛力。
