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沸石转轮技术原理及设计要点

2019-11-04 15:21:44 东莞市中仁环保科技有限公司 阅读

一、沸石转轮系统简介
该系统系结合吸附、脱附及浓缩焚化三项操作单元为一体,是目前提供防治VOCs之较完善设备,但造价及操作维护成本偏高,并不适用于直接处理高沸点挥发性有机物是其限制所在。

较适合每分钟600立方公尺(CMM)高风量以上、VOCs之总碳氢化合物浓度介于500-1000ppm之废气特性厂家应用。但若废气中含有较多量之高沸点物质,则并不适合单独、直接使用此系统处理之。高沸点VOCs虽容易吸附于沸石转轮上,但由于系统设计之安全考量,使得脱附高沸点VOCs温度不足,所以往往造成脱附不易,且高沸点VOCs将蓄积其上、占据吸附位置,影响系统整体效能。若VOCs废气中含有较多量之高沸点物质,欲应用沸石吸附浓缩系统控制,建议于进入系统前端加装冷凝器、活性碳网栅及除雾器等设备,如此将可有效处理高沸点VOCs。
而若是废气中含有高浓度之颗粒,则必须以微粒处理装置设置于沸石转轮之前端,以避免这些颗粒于沸石之蜂巢结构中沉积,其中最简单的微粒过滤装置为单层涂布,但其仅针对较大颗粒之过滤效果较佳,无法有效处理较小粒径之颗粒,因此适用于既设、无空间之工厂,其对沸石转轮之寿命延长仍然有限。而拟新设置之工厂,若能预留空间给较有效之微粒处理装置(如袋式集尘装置),方可使沸石转轮之寿命有效延长之。
若无法确认VOCs废气中是否有其他废气混入或含有较多量之高沸点物质,欲应用沸石吸附浓缩系统控制,建议:
(1)   设置颗粒物过滤设备。

(2)   定期以清洁水保养清洗。
能承受水洗程序处理之转轮,可依厂内所处理之废气所含高沸点VOCs物质浓度状况,适时以洁净水清洗沸石吸附转轮。。唯清洗时须特别注意水质状况,若其中含有大量钙、镁等离子,将可能会在沸石内生成碳酸盐或碳酸氢盐,阻塞沸石之蜂巢状孔隙;而水中之氯仿可能占据沸石内吸附位置,阻碍处理废气内所含VOCs之吸附性能,此外水中所含微量之重金属物质亦会毒化沸石,这将随着清洗次数及水质水量状况而有不同之影响;为克服沸石吸附转轮之蜂巢状孔道及其结构使得一般清洗水无法深入转轮内部,有研究采用如下的清洗程序。
利用高压喷嘴将清洗水形成微细雾滴状,并以系统冷却端之干净空气为载流,先将微细雾滴状之清水携入沸石孔道内实施逆洗程序后,再从另一边之吸附端吸入干净空气汇流,除可将附着于沸石内部之水气携出视为第二道清洗外,亦可完成沸石干燥之程序,如此两阶段之清洗转轮,其耗水量经统计可为以往传统方式之20%至30%,能大幅降低废水量,故可在成本考量下顺利、有效进行沸石转轮之清洗。

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(3)于操作程序中提高脱附热容量。
除于系统前增设预处理系统、定期实施水洗保养程序外,亦可藉由提升脱附热容量之日常操作参数改善高沸点VOCs对系统所造成之影响,其施行之方法可利用提高再生温度及提高再生风量来达成。
系统操作运转时,即给予足够之热容量贯穿整个沸石吸附区,使距再生端较远处依然有充分之热量将吸附其上之高沸点VOCs物质脱附下来,减少其产生蓄积聚合、占据吸附位置影响效能。

二、沸石转轮系统的组成
沸石吸附浓缩转轮焚化系统系利用吸附-脱附-浓缩焚化等三项连续程序,其设备特性适合处理高流量、低污染物浓度及含多物种之VOCs 废气,其主要应用于排放较稀薄且接近周界温度之污染物工业,典型应用如影印、涂装制程及半导体工厂等相关产业。

沸石吸附转轮组合(Cassette)为一中心轴承与轴承周围之支撑圆形框架支撑着转体,转体由沸石吸附介质与陶瓷纤维制成。转轮上包含用以分开处理废气及处理后释出干净气体之密封垫,其材质为需能承受VOCS 腐蚀性及高操作温度之柔软材料制成(一般为硅)。密封垫将蜂巢状沸石吸附转轮组合隔离成基本之吸附区(Adsorption zone) 及再生脱附区(Regenerationzone;desorption zone),但为提升转轮之吸附处理能力,则常见于前二区间加一隔离冷却区(Cooling zone or Purge zone)。通常吸附区为较大,而脱附区及冷却区则为两个较小且面积相等之处理侧。有时为特殊需求亦可分成更多串联区;而吸附转轮由一组电动驱动设备用以旋转转轮,故转轮处理时为可变速、且可控制每小时旋转2 至6 转之能力。

工厂所排放出之VOCS 废气进入系统后,第一阶段系经过疏水性沸石所组成之转轮,VOCS 污染物质首先于转轮上进行吸附;第二阶段之脱附程序是由与后端焚化系统热交换后预热之经冷却区处理后废气(约180 至250 ℃),使其通入转轮内利用高温将有机物脱附下来,此时出流污染物浓度大约可控制为入流废气之5 至20 倍左右,而脱附下来之有机物则可于第三阶段进行温度于700℃以上之焚化或进行冷凝回收再利用等程序,如此可以减少后续之废气处理单元尺寸、操作经费及设备初设费用。
沸石转轮之处理单元如下:
(1)沸石转轮的机体是由一些特定的固体基材涂布上一层吸附剂粉末组成,基材是以陶瓷或玻璃或活性碳纤维经烧结所做成,其中陶瓷纤维因具备耐高温、热稳定性高、可水洗、不可燃及耐酸碱的特性而最受广泛使用,吸附剂的种类则视欲处理的气体成分而有所不同,一般可采用活性炭、沸石等。转轮厚度一般为25cm-45cm。

(2)沸石转轮之基质为陶瓷纤维表面涂布一层吸附剂,一般为活性炭或疏水性沸石,制成蜂巢状圆形转轮,再分为两个区域,分别为吸附处理区及再生脱附区,但为提升转轮之吸附能力,有时会设计于两区之间多一个冷却区,通常吸附区较大,脱附区与冷却区为两个较小且面积相等之处理区域。
(3)热回收设备:将VOCs燃烧或氧化后之干净空气其温度高达500-700℃,将此部分空气经由热交换器将热能加以回收,同时将干净空气温度降低后将其导至转轮脱附区为转轮进行脱附作用;若温度太高则转轮可能发生燃烧,因此进入转轮之温度不可太高,一般会设置两段热回收设备并增设一鼓风机导入新鲜空气与燃烧后之空气混合,以控制脱附温度在180-220℃之范围内。为处理VOCs废气,除了沸石吸附浓缩转轮焚化系统外,并可在制程端如光阻涂布机台或去光阻制程废气出口端加装冷凝器,预先分流处理高沸点VOCs(如MEA、BDG、DMSO)。

来源:北极星VOCs在线



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