沸石轉輪催化燃燒過程
沸石分子篩模塊的吸附是沸石轉輪催化燃燒過程中的一個物理變化過程。吸附的主要原因是固體表面分子吸引產生的一種“表面力”。當流體流經時,流體中的一些分子由于不規則運動與吸附劑表面碰撞,導致表面分子集中,從而減少流體中這類分子的數量,達到分離去除的目的。因為吸附沒有化學變化,沸石分子篩只要試圖趕走表面集中的分子,就會有吸附能力。這個過程是吸附的逆過程,稱為脫附或再生。由于沸石分子篩的孔徑是均勻的,只有當分子直徑小于沸石分子篩的孔徑時,它才容易進入晶體并被吸附,所以沸石分子篩就像一個氣體和液體分子的分子篩,是否被吸附是根據分子的***小來決定的。沸石分子篩因其******的結構和性能而成為一門***立的學科,其應用已遍及石油化工、環境保護、生物工程、食品工業、醫藥化工等***域。隨著***民經濟各行業的發展,沸石分子篩的應用前景日益廣闊。
沸石分子篩是結晶硅鋁酸鹽的水合物,化學通式為Mx/m[(AlO2)x-(SiO2)y]-zH2O。m代表陽離子,m代表化合價,z代表水合數,x和y為整數。沸石分子篩活化后,水分子被除去,剩余的原子形成孔徑為3~10A的籠狀結構。分子篩晶體中有許多一定***小的孔,許多直徑相同的孔(也稱為“窗口”)相互連接。分子篩之所以得名,是因為它可以將小于其孔徑的分子吸附到空腔中,將***于其孔徑的分子排除在空腔之外,從而起到篩分分子的作用。
沸石轉輪+催化燃燒(RTO)的工作原理:
1.過濾
廢氣收集到多級過濾系統中,根據實際情況,采用G4、F7、F9等材料逐步過濾去除灰塵和粘性物質。
2.集中注意
當含有VOCs的空氣流過沸石分子時,沸石起到分子篩的作用,捕捉可以吸附的VOCs分子,而分子***的則讓它流過。當吸附區接近飽和時,轉輪到脫附再生區,與高溫(180~220℃)空氣脫附再生,形成VOCs濃縮氣體。脫附再生處理后的轉輪轉輪到冷卻區降溫,然后繼續吸附處理。
3.氧化
揮發性有機物濃縮氣體流經催化床,催化劑在250℃~350℃引發氧化分解反應,揮發性有機物分解為H2O和CO2。
4.熱交換
氧化反應釋放的熱量會使氣體溫度升高,高溫氣體產生的熱量通過換熱器傳遞給低溫氣體,用于轉輪脫附氣體和加熱CO爐入口氣體,從而降低系統運行所需的能耗。如果還有多余的熱量,也可以用來加熱工廠的其他區域。
5.排放
轉輪吸附氧化后的廢氣從高空統一煙囪排出。煙囪高度一般為15m,高于周圍建筑。
隨著我***對VOC有機廢氣控制標準的日益嚴格,尤其是***風量、低濃度的工況面臨著更加嚴峻的挑戰。去年,生態環境部發布了《重點行業揮發性有機物綜合治理規劃》,規定重點排放源的排放濃度和去除效率要得到控制。對于車間或生產設施收集的廢氣,如果VOCs初始排放速率***于等于3 kg/h,重點區域***于等于2 kg/h,應加強控制。除了保證排放濃度穩定達標外,還要控制去除效率,去除效率不低于80%。
目前市場上主流的***風量低濃度有機廢氣處理工藝有沸石轉輪吸附濃縮工藝和活性炭吸附脫附工藝兩種。
沸石轉輪吸附濃縮工藝近年來在***內逐漸被認可,并成為高效的主流VOC處理工藝。活性炭吸附脫附工藝早在上個世紀就已經在中***應用。由于其技術門檻低,一次性設備投資少,目前***內很多業主都采用了這種工藝。
為什么沸石轉輪吸附濃縮處理工藝***于活性炭吸附脫附工藝?講解沸石分子篩吸附材料相對于活性炭材料的***勢。
目前,活性炭是一種常見的揮發性有機化合物吸附劑,但存在再生困難、防潮性差、易燃性差等問題。與活性炭等常規吸附劑相比,沸石分子篩作為VOCs吸附劑具有以下主要***點:
(1)沸石分子篩的疏水性可以調節,分子篩的親水性和疏水性可以通過調節分子篩骨架的硅鋁比來調節。高硅鋁比的沸石分子篩具有***異的疏水性能,在一定濕度條件下能有效降低水對VOCs分子的競爭吸附;
(2)均勻的孔徑分布可以有效識別分子,從而******提高吸附劑對VOCs的選擇性吸附;
(3)沸石分子篩一般由硅和鋁組成,不可燃,水熱穩定性***,可以結合微波加熱等其他手段降低吸附劑再生能耗,提高操作安全性;
(4)沸石分子篩比表面積***,吸附容量高,是蜂窩轉輪吸附技術中理想的吸附劑材料,是目前工業上***規模消除VOCs的研究熱點。