沸石濃縮轉(zhuǎn)輪處理汽車(chē)涂裝VOCs技術(shù)
2.1沸石的概念
沸石是一種多孔性骨架型硅鋁酸鹽，選擇吸附、高效吸附，可作為離子交換劑、吸附分離劑、催化劑;內(nèi)部的孔穴對(duì)大小不同的分子可進(jìn)行選擇性吸附，通過(guò)改性得到新型的人造沸石，新型復(fù)合材料由于較高的空隙率、好的化學(xué)穩(wěn)定性，可調(diào)的孔結(jié)構(gòu)和高的比表面積(介孔壁上附有微孔)，大為提高了吸附VOC的能力。沸石在介孔孔壁上存在微孔結(jié)構(gòu)，微孔對(duì)低濃度甲苯顯示出了良好的吸附性能，這是因?yàn)榉惺目讖礁螅谟行虻慕榭妆谏细接形⒖祝@些結(jié)構(gòu)上的差異使沸石的傳質(zhì)阻力非常小，從穿透點(diǎn)到吸附飽和之間的時(shí)間要短，吸附速率更快。沸石的比表面積為1126m2/g，平均孔徑更大，介孔壁上附有微孔，因此傳質(zhì)阻力小，吸附有機(jī)物速率更快，微孔和介孔共存的特點(diǎn)，平均孔徑大，對(duì)大分子和高濃度的VOCs具有更好的吸附能力。
2.2沸石的制備
將6g三嵌段共聚物P123溶于225mL1.6mol?L-1的鹽酸溶液中,攪拌至溶解，將溶液轉(zhuǎn)入40℃水浴中，600r?min-1下攪拌10min后逐滴加入13.8mL正硅酸乙酯(TEOS)，滴定完成后，繼續(xù)攪拌24h，移入聚四氟乙烯內(nèi)襯的晶化釜，100℃晶化24h后，冷卻、抽濾、洗滌、烘干，以2℃?min-1的速率升至500℃，在該溫度下焙燒5h去除模板劑，得到沸石。結(jié)構(gòu)中含有大約20%的水分，因水分會(huì)受熱而失去，溫度降低而再吸收，使得它在水中煮沸時(shí)會(huì)冒泡泡，故以希臘語(yǔ)“ZEO”(沸騰)和“litos”(石頭)命名稱(chēng)為Zeolite(沸石)。1立方微米的這種“超級(jí)旅館”內(nèi)竟有100萬(wàn)個(gè)“房間”!的這些房間能根據(jù)“旅客”(分子和離子)的性別、高矮、胖瘦、嗜好的不同自動(dòng)開(kāi)門(mén)或擋駕，不會(huì)讓“胖子”到“瘦子”的房間去，也不會(huì)使高個(gè)子與矮個(gè)子同住一室。根據(jù)沸石的這一特性，人們用它來(lái)篩選分子，獲得很好的效果。這對(duì)在工業(yè)廢液中回收銅、鉛、鎘、鎳、鉬等金屬微粒具有特別重要的意義。
2.3沸石與活性炭吸附的比較
活性炭成本較低，但存在壽命短、不穩(wěn)定、受水氣影響大、難脫附高沸點(diǎn)有機(jī)物、熱氣流再生過(guò)程中易發(fā)生火災(zāi)等缺點(diǎn)。
沸石具有均勻微孔，其孔徑與一般有機(jī)分子大小相當(dāng)，具有耐高溫、不可燃、良好的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。
2.4沸石吸附的后續(xù)處理
涂裝廢氣采用沸石轉(zhuǎn)輪吸附+蓄熱式燃燒方式，配用蓄熱式焚化爐更高效、節(jié)能。蓄熱式焚化爐(RTO)：廢氣經(jīng)過(guò)一級(jí)換熱器至460～500℃，如此可減少焚化爐之燃料消耗量，直燃式焚化爐一般操作溫度約為730～760℃，利用高溫將VOC廢氣燃燒反應(yīng)成CO2及H2O轉(zhuǎn)輪為蜂窩狀結(jié)構(gòu)，參見(jiàn)圖2。轉(zhuǎn)輪吸附材料是可以吸附有機(jī)溶劑的疏水性分子篩。
轉(zhuǎn)輪被分為3個(gè)區(qū)域即處理區(qū)、冷卻區(qū)和再生區(qū)，轉(zhuǎn)輪在一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度1-6轉(zhuǎn)/小時(shí)。轉(zhuǎn)輪為蜂窩狀結(jié)構(gòu)，參見(jiàn)上圖圖2。轉(zhuǎn)輪吸附材料是可以吸附有機(jī)溶劑的疏水性分子篩。轉(zhuǎn)輪被分為3個(gè)區(qū)域即處理區(qū)、冷卻區(qū)和再生區(qū)，轉(zhuǎn)輪在一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度1-6轉(zhuǎn)/小時(shí)。含有機(jī)溶劑的氣體從處理區(qū)流過(guò)后變成相對(duì)干凈的空氣，其有機(jī)溶劑含量低可降至50mg/m3以下，達(dá)到國(guó)家環(huán)保排放要求。部分含有機(jī)溶劑的空氣在再生風(fēng)機(jī)的作用下從冷卻區(qū)流過(guò)后，被再生加熱器加熱到180℃左右，然后流過(guò)轉(zhuǎn)輪的再生區(qū)。當(dāng)再生空氣流過(guò)轉(zhuǎn)輪時(shí)，吸附在轉(zhuǎn)輪上的有機(jī)溶劑在高溫作用下被脫附出來(lái)，同時(shí)被再生空氣帶走。轉(zhuǎn)輪工作時(shí)，再生空氣與處理空氣的比例在1/3～1/10之間，再生空氣中有機(jī)溶劑的濃度可達(dá)到處理前濃度的10倍。
2.5沸石脫附及換熱
蓄熱式焚化爐對(duì)經(jīng)轉(zhuǎn)輪脫附出來(lái)的VOCs進(jìn)行高溫732℃裂解，裂解后的成分與O2反應(yīng)，生成二氧化碳和水蒸汽換熱系統(tǒng)：氧化爐出來(lái)的氣體與脫附后的氣體進(jìn)行熱交換，以使將進(jìn)入氧化爐的氣體溫度達(dá)到合適溫度，從而減少氧化爐燃燒燃料。將換熱后的熱空氣回收后通入到轉(zhuǎn)輪的脫附區(qū)域，利用疏水型沸石的高溫脫附性能，將吸附在沸石里面的小分子VOCs顆粒與沸石分開(kāi)，并與熱空氣一起進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)的過(guò)程。