高分子篩吸附法處理吉他噴塗有機廢氣的應用

北極星節能環保網訊:吉他生產中所使用的塗料主要成分為PE漆、PU漆、UV漆等樹脂類塗料等，稀釋劑為天那水。噴塗作業中，這些塗料及稀釋劑在無塵噴房裡大部分被噴塗吸附在工件上和水簾里，然後再通過噴淋吸收塔、過濾器把餘下的塗料吸收到水霧裡，最後剩餘主要的廢氣成分就是我們較難處理的有機廢氣（VOCs）。

一、常用的有機廢氣處理方法

目前，國內外常用的有機廢氣（VOCs）處理方法主要有吸收法、吸附法、冷凝法、生物過濾、熱破壞法等，近幾年來形成的新技術有電暈法、催化燃燒法、等離子體分解法、光催化降解等。這些方法的原理、適用範圍和主要特點簡述如下：

1、吸收法凈化氣體污染物

吸收法是選用合適的液體吸收劑處理混合物，以除去其中一種或幾種有害氣體的凈化氣態的污染物最常用的方法。在VOCs的處理中，吸收法因其對大氣量、中等濃度的VOCs處理有著諸多優點而廣泛應用，它是利用其能與大部分油類物質互溶的特點，常用高沸點、低蒸汽壓的油類等有機溶劑作為吸收劑分離含高濃度有機物。

吸收過程按其機理可分為物理吸收和化學吸收。VOCs的吸收通常為物理吸收，根據有機物相似相溶原理，常採用沸點較高、蒸汽壓較低的柴油、煤油作為溶劑，使VOCs從氣相轉移到液相中，然後對吸收液進行解吸處理，回收其中的VOCs，同時使溶劑得以再生。當吸收劑為水時，採用精餾處理就可以回收有機溶劑；當吸收劑為非水溶劑時，從降低運行成本考慮，常需進行吸收劑的再生。

吸收劑是吸收操作中能夠選擇性地溶解混合氣體中某些特定組分的液體。一般分為物理吸收劑和化學吸收劑兩類。物理吸收劑與溶質之間無化學反應，氣體的溶解度只與氣液平衡有關；化學吸收劑與溶質之間有化學反應，氣體的溶解度不僅與氣液平衡有關，而且與化學平衡有關。吸收劑通常有高沸點碳氫化合物、水、酸(鹼)溶液、胺溶液等。吸收後的吸收液需要處理後排放或解吸後循環使用。

吸收劑性能的優劣，是決定吸收操作效果好壞的關鍵因素之一。在用吸收法處理VOCs時，選擇吸收劑要考慮以下因素：①溶解度大，這樣吸收操作所需吸收劑量少，吸收周期長；②揮發性小，這樣吸收液損失小，不易造成二次污染；③對設備無腐蝕，使用腐蝕性吸收劑會使材料成本費提高；④價格便宜，來源廣泛；⑤粘度低，粘度高易產生液泛，且氣液接觸面小，吸收效率下降；⑥熔點低，且無毒、無害、不易燃。

以往所用的吸收劑都存在一定的不足，例如，在處理苯系物的吸收劑中，20世紀80年代多採用輕柴油、洗油等非極性的礦物油作為吸收液，1980年初在工程上得到實際應用，吸收效率高達90%。但此類礦物油本身易燃，價格也在日益上漲，而且存在後處理過程複雜及二次污染問題。

水是最廉價、易獲得且最安全的液體，是最理想的吸收劑，但是VOCs在水中的溶解度很小，所以要加入有增強表面活性作用的無機助劑，以增加污染物的分散、乳化、溶解性，並改善泡沫性能。為了增加VOCs在水中的溶解度，常用強鹼弱酸鹽做助劑，與表面活性物質在一起時，還有良好的助洗作用；另外，表面活性劑也可起到增溶作用，提高吸收效率。實踐證明：選用多種表面活性劑要比單一表面活性劑有更好的凈化效果。

2、吸附法凈化氣態污染物

有害氣體的吸附法是利用多孔性固體吸附劑處理氣體混合物，脫除氣態污染物中的水分、有機溶劑蒸氣、惡臭和其他有害氣相物質。工業用的吸附劑種類很多，包括各種活性土、活性炭、活性氧化鋁、分子篩等。目前市場上常用的主要有：

①活性炭：活性炭是常用的吸附劑，具有性能穩定、抗腐蝕等優點。由於它的疏水性，常被用來吸附低濃度的有機溶劑、惡臭物質等。活性炭吸附技術在國內用於醫藥、化工和食品等工業的精製和除臭已有多年歷史。生產實踐表明，活性炭對有機污染物具有卓越的吸附性，它對染料化工、食品加工和有機化工等工業廢氣都有良好的吸附效果。

②高分子篩：高分子篩吸附法是一種常溫分子篩凈化廢氣的技術，目前市場上多採用沸石分子篩，又稱合成沸石或分子篩，其化學組成通式為[M(I)M(Ⅱ)]O?Al2O3?nSiO2?mH20式中，M(I)和M(Ⅱ)分別為一價和二價金屬離子，多半是鈉和鈣，n稱為沸石的硅鋁比，硅主要來自於硅酸鈉和硅膠，鋁則來自鋁酸鈉和Al(OH)3等，它們與氫氧化鈉水溶液反應製得的膠體物，經乾燥後便成沸石。沸石有均勻的孔徑，如0.3nm、0.4nm、0.5nm、1nm細孔。4nm沸石可吸附甲烷、乙烷，它已廣泛用於氣體吸附分離、氣體和液體乾燥以及正異烷烴的分離，但不吸附三個碳原子以上的正烷烴。對分子篩有害的雜質有二氧化硫、氧化氮、氯化氫、氯、硫化氫和氨等，這些成分被分子篩吸附後又遇到水分的情況下，會與分子篩起反應而使分子篩的晶格發生變化。它們與分子篩的反應是不可逆的，因而降低了分子篩的吸附能力，其結果是隨著使用時間的延長，吸附器的運轉周期就會縮短。

吸附是一種物質附著在另一種物質表面上的緩慢作用過程。吸附是一種界面現象，其與表面張力、表面能的變化有關。引起吸附的推動能力有兩種，一種是溶劑水對疏水物質的排斥力，另一種是固體對溶質的親和吸引力。吸附劑的比表面積和孔隙結構直接影響其吸附能力，在選擇吸附劑時，應根據廢氣的性質通過試驗確定。對VOCs廢氣宜選擇過渡孔發達的吸附劑。此外，灰分也有影響，灰分愈小，吸附性能愈好；吸附質分子的大小與炭孔隙直徑愈接近，愈容易被吸附；吸附質濃度對吸附劑吸附量也有影響。在一定濃度範圍內，吸附量是隨吸附質濃度的增大而增加的。另外，氣溫和pH值也有影響。吸附量隨氣溫的升高而減少，隨pH值的降低而增大。故低氣溫、低pH值有利於吸附劑的吸附。

工業上採用最多的是固定床吸附裝置，其優點是設備結構簡單，操作方便，吸附劑磨損小，缺點是需周期性更換吸附劑或需配套再生裝置組合使用。

3、直接焚燒法凈化氣態污染物

直接焚燒法是應用最廣泛的一種有機廢氣治理方法，它對污染物性質和排放流性質的依賴性較少，污染物去除率可達99%。直接焚燒法對較小的流量波動是適用的，但在流量增加的情況下，由於停留時間減少和混合不勻，將導致燃燒不完全，從而降低污染物的去除率，因而不適合流量變化大的排放流的治理。對於稀釋的排放流，需要補充燃料以保證所要求的燃燒溫度，當有機廢氣的熱值高達5000kJ/Nm3時，有機廢氣則可看作燃料處理。直接焚燒法應用較多，技術成熟，但存在焚燒爐、預熱器材料高溫氧化、運行費用高等問題。

4、催化燃燒法凈化氣態污染物

催化燃燒法是利用催化劑的催化作用將廢氣中的有害物質轉化成各種無害化合物，或者轉化成比原來的狀態更容易被去除的化合物而加以凈化的方法。

無論是直接焚燒還是催化焚燒，都需要考慮安全要求。通常易燃蒸氣的濃度限制在低於爆炸下限（LEL）的25%（相當於490kJ/m3的發熱量）以滿足安全要求，當排放流中易燃蒸氣濃度高於此值時，排放流需稀釋處理。隨著燃料價格上升，催化焚燒日益受到重視。由於催化劑可使反應在較低溫度下發生，從而節省很多燃料。催化焚燒不如直接焚燒使用廣泛，除催化劑的使用導致初投資增大外，還因為催化焚燒對污染物的性質和工藝條件比較敏感。催化劑的使用壽命一般為3-5年。處理低濃度有機廢氣時，催化焚燒一般比直接焚燒的費用低，但對於高濃度有機廢氣如果未經稀釋則不應採用催化焚燒，否則可能因催化床過熱而失去活性。此外，廢氣中有機物含量的波動應儘可能小以防止損壞催化劑。催化焚燒的去除率一般控制在95%以內，更高的去除率也可以達到，但需要更大的催化床體積和更高的溫度，在經濟上未必合適。催化焚燒法適用於污染物破壞率小於95%（一般低於90%）的場合，存在催化劑中毒與使用壽命等問題。

催化燃燒可與吸附床組合使用，各自發揮其優點，以減少初始投資費用和降低運行成本。目前技術較成熟的是活性炭吸附濃縮、催化燃燒裝置脫附再生組合與沸石轉輪濃縮吸附、催化燃燒裝置脫附再生組合，是利用吸附濃縮－脫附－催化燃燒三項連續變溫的吸、脫附程序，由廢氣預處理系統、活性炭吸附床或分子篩轉輪濃縮吸附系統、脫附系統、冷卻乾燥系統和自動控制系統等組成。吸附床或轉輪系統使低濃度、大風量有機廢氣濃縮為高濃度、小流量的濃縮氣體。通過閥門轉換或轉輪的旋轉，可在轉輪上同時完成氣體的脫附和轉輪的再生過程。進入濃縮轉輪的有機廢氣在常溫下被轉輪吸附區吸附凈化後直接排放至大氣，接著因轉輪的轉動而進入脫附區，吸附了有機物質的轉輪在此區內脫附，吸附在轉輪上的有機物被分離、脫附、進入後續處理系統，如此循環工作。

二、高分子篩吸附結合催化燃燒工藝的有機廢氣處理方法

由於吉他噴塗廢氣屬於低濃度有機廢氣，故上述的幾種處理方法中，高分子篩吸附結合催化燃燒工藝處理方法較為適合吉他噴塗有機廢氣的處理，該有機廢氣凈化系統主要包括噴淋吸收塔、過濾器、高分子篩吸附床、催化燃燒裝置、氣流管道、調節閥、風機、煙囪和電控系統等。工藝流程如下：

1、廢氣凈化流程

本方案的工藝流程為車間生產線噴塗等設備在作業過程中產生的廢氣被凈化系統的吸氣口捕集，經排風風管直接進入噴淋吸收塔進行一級過濾，廢氣流由吸收填料塔下部進入,塔頂部防堵型噴嘴產生霧狀噴霧，灑下的吸收液在向下流動的過程中，沿著填料的各處表面均勻分布，並在表面形成一均勻液膜。凈化塔的垂直設計使專用表面活性劑鹼性水溶液和自下而上氣體相向流動，並能很好地接觸反應，氣流中的二甲苯、苯乙烯等污染物被加藥裝置製備的專用表面活性劑鹼性溶液吸收進入水箱，一級處理後的廢氣流由排風管將氣體引入乾式過濾器，以去除氣體中細小的漆霧顆粒物，防止污染後面的分子篩，提高分子篩的使用壽命。然後，經除雜質後的廢氣進入高分子篩吸附器進行吸附過濾，利用多孔性分子篩吸附劑的吸附作用，脫除氣態污染物中的水分、有機溶劑蒸氣及其它有害氣相物質等，經凈化後的氣體通過風機、煙囪排入大氣達標排放。另外，凈化塔的頂部設有氣體脫水裝置，防止部分霧狀酸鹼性吸收液被帶入風機。

當達到飽和時停止吸附，然後用熱氣流將有機物從高分子篩上脫附下來使高分子篩再生；脫附下來的有機物已被濃縮（濃度較原來提高几十倍）並送往催化燃燒室催化燃燒成二氧化碳及水蒸氣排出。當有機廢氣的濃度達到2000PPm以上時，有機廢氣在催化床可維持自燃，不用外加熱。燃燒後的尾氣一部分排入大氣，大部分被送往高分子篩吸附床，用於高分子篩的再生。這樣可滿足燃燒和吸附所需的熱能，達到節能的目的。具體流程如下：

①吸附氣體流程

吸附時電動閥門1、2打開，手動閥門1關閉。啟動吸附風機，從車間排放的有機廢氣由風管引出後，首先進入一個洗滌塔、過濾器除塵，對廢氣流中的漆霧粉塵進凈化，過濾後的氣體由風機送入高分子篩吸附床內，氣體中的有機物質被吸附在分子篩表面而截留，從而氣體得到凈化，凈化後的氣體送入煙囪排放。

②脫附氣體流程

待分子篩吸附飽和後，該設備可切換到脫附過程，對分子篩進行再生。

脫附時首先停止吸附風機，關閉電動閥門1、2，打開手動閥門1，啟動催化床的預熱功率，啟動脫附風機，再通過自動調節調節電動閥門2、3之間的開度，可使脫附溫度穩定在150～250℃，對分子篩進行脫附，脫附出來的有機物質，送入催化床，在催化劑的作用下被分解成CO2和H2O，同時放出大量的熱，使氣體溫度進一步升高。經過催化床的高溫氣體分兩部分，一部分直接排空，另一部分與新鮮的冷空氣混合後進入吸附室，用來脫附分子篩。一般達到脫附-催化燃燒自平衡過程須啟動電加熱器2～3小時左右。達到熱平衡後可關閉電加熱裝置，這樣的再生處理系統靠廢氣中的有機溶劑做燃料，在無須外加能源基礎上使再生過程達到自平衡循環，極大地減少能耗，並且無二次污染的產生。

2、噴淋循環液凈化流程

噴淋表面活性劑鹼性水溶液在吸收塔內與二甲苯、苯乙烯等充分接觸、反應後，從塔釜流到循環池內收集，經漆霧渣經沉澱過濾後，清液返回噴淋塔循環使用。整個噴淋吸收循環系統閉路循環，飽和的循環液定期外運給有資質單位或排至廠內污水站處理。

原標題:高分子篩吸附法處理吉他噴塗有機廢氣的應用

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