沸石转轮-催化氧化VOCs治理装置在包装印刷行业中的应用

介绍了一种将沸石转轮与催化氧化技术协同组合并用于挥发性有机化合物VOCs废气治理的装置。通过对包装印刷行业所排放的VOCs废气风量、VOCs成分及其质量浓度与特性的研究,结合实际案例分析,发现采用疏水性分子筛的沸石转轮与催化氧化组合装置具有高去除率与高经济性效果。

某生产线所排放的废气风量约为15000 m~3/h(标准状态),质量浓度为53.03 mg/m3,符合大风量低质量浓度的特性。治理后,废气中的苯、甲苯、二甲苯、非甲烷烃(NMHC)的去除效率可达98%以上。对装置运行能源的计算对比表明,在催化氧化工段,液化天然气(LNG)是最经济的能源。

因彩色印刷与塑膜复合工序中使用大量溶剂型油墨与稀释用有机溶剂等物质, 我国每年仅包装印刷行业挥发性有机化合物(VOCs)的排放量可达约200 万~300 万t,所产生的VOCs 废气通常采用活性炭吸附、光催化、等离子、催化氧化/蓄热式催化氧化(CO/RCO)、蓄热式焚烧(RTO)等方法进行治理,其中又以催化氧化法与焚烧法最为普及。

包装印刷废气具有以下特点:

(1) 废气成分复杂,含有多种有机物质;

(2) 油墨干燥时,由于需要严格控制生产车间的废气质量浓度,通常引入较大风量来进行通风,因此所产生的VOCs 废气风量大、质量浓度低。

传统催化氧化或焚烧装置适用于处理不同风量的中高质量浓度VOCs 废气, 设备大小主要取决于其自身的最大处理风量。但在处理大风量低质量浓度的VOCs 废气时, 采用单一催化氧化或焚烧方法需要庞大的装置,不仅一次设备的投资成本高,而且会大幅增加后续燃料的运行成本。

因此实际处理中需引入沸石转轮技术, 先对大风量低质量浓度VOCs废气进行吸附, 将其浓缩为小风量高质量浓度的气体后再进行催化氧化处理。

随着新环保法规的修订出台与各地对VOCs排放限制的严控, 行业对VOCs治理设备提出了更高的要求。相比于单一VOCs废气处理设备, 沸石转轮-催化氧化组合装置具有设备体积小、去除效率高、安全性与经济性良好的多重优势,这也将是未来VOCs 废气治理装置的主流发展方向。

1 沸石转轮-催化氧化装置原理

目前国内包装印刷行业废气具有排放风量大、质量浓度低、废气成分复杂等特点,且一般为有组织排放。对于大风量低质量浓度VOCs废气而言,仅通过催化氧化或焚烧装置单独进行处理时, 一次设备的投资费用大,后期运行成本较高;采用沸石转轮-催化氧化技术的VOCs废气处理装置可先对大风量低质量浓度的废气进行分离浓缩, 使其形成高质量浓度、小风量的气体后再进行催化氧化处理。

1.1 沸石转轮- 催化氧化装置工艺流程

VOCs沸石转轮-催化氧化装置采用沸石浓缩与催化剂氧化组合技术,由多级过滤器、沸石转轮、吸附风机、脱附风机、换热器、催化氧化装置等分段设备组成,具体见图1。

含有VOCs 的有机废气先经过初步多级过滤后,由鼓风机送至沸石转轮分段装置吸附区(A 区)进行吸附处理,生成的洁净空气被直接排出。随着沸石转轮的不停旋转,已饱和的转轮吸附区部分转至再生区(R 区),接受来自反向高温再生空气的吹洗并

进行脱附。脱附后的高质量浓度有机废气直接进入催化氧化装置进行氧化分解。经过脱附区的VOCs废气随后旋转进入冷却区(P 区),降温后返回吸附区进行循环操作。由于脱附再生区的空气风量一般仅为处理区风量的1/10, 因此再生后废气中的VOCs质量浓度约为浓缩前的10 倍。

沸石转轮再生浓缩后的高质量浓度有机废气被吹入下游催化氧化装置,并由燃烧器对其进行升温,预热至350℃后进行催化氧化反应。催化氧化全过程采用蜂窝状铂(Pt)触煤,废气中VOCs 经催化氧化反应生成无毒无害的二氧化碳与水。

通过催化氧化工段后,被排出的净化气体温度约为360 ℃;为充分利用余热,将催化氧化设备净化后的气体与再生用废气进行热交换,升温后的再生废气用于沸石转轮脱附区的脱附。

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