胡 超

(杭州绿然环保集团有限公司，浙江 杭州 311100)

1 针对VOCs废气的治理现状

目前，国内外治理VOCs废气，主要采用3种技术方法：一是液体吸收法。该处理工艺的净化效率在60%～80%之间，主要处理低浓度、大风量的VOCs废气。但是，处理期间会产生二次污染，因此实际应用受限。二是催化燃烧法。该处理工艺的净化效率在95%左右，主要处理高浓度、小风量的VOCs废气[2]。缺点是对目标对象的要求高，必须提高废气的温度，因此燃料消耗量大，运行费用提高。三是活性炭吸附法。该处理工艺的净化效率在99%以上，主要处理低浓度、大风量的VOCs废气。结合实践成果，活性炭吸附法的技术最为成熟，但缺点是工艺流程复杂，不仅成本较高，而且回收物不能重复使用，必须对液体废物进行再次处理，治理期间容易出现蒸汽源不稳定的问题。

2 吸附浓缩—催化燃烧法在VOCs废气处理中的应用

2.1 净化原理

吸附浓缩—催化燃烧法，是活性炭吸附技术、催化燃烧技术的组合，VOCs废气经过吸附、浓缩、燃烧3个环节。其净化原理如下[3]：首先，利用活性炭的多孔性和表面张力，将VOCs溶剂吸附在活性炭空隙中，从而净化废气。然后，吸附达到饱和状态，使用热风脱附、再生。最后，在合适的催化剂作用下，促使脱附后的有机物在低温环境下分解为CO2、H2O，达到废气处理目标。

2.2 工艺流程

该工艺将吸附、脱附、燃烧3个功能集为一体，为了应对连续工作，设置2个吸附床相互交替使用，以满足连续生产、连续净化的需求；在间断工作时，使用1个吸附床即可。处理VOCs废气时，第一步，废气进入干式漆雾过滤器，从而去除漆雾。第二步，进入1#吸附床，在活性炭的吸附作用下，可以净化废气；当尾气中的有机物浓度达到标准，1#吸附床停止操作，切换到2#吸附床。第三步，吸附床达到允许吸附量后，按照一定浓度比，对活性炭上的有机物进行脱附，有机气体经过换热器，温度提高至300 ℃，进入催化床进行分解，生成CO2、H2O[4]。在这个过程中，有机废气浓缩后的热值明显提高，催化燃烧不需外加热源。第四步，尾气燃烧后，一部分排向大气，另一部分送至吸附床，用在活性炭的脱附再生上，满足燃烧和吸附的热量需求(图1)。

图1 吸附浓缩—催化燃烧法处理VOCs废气的工艺流程

2.3 技术优势

相比于单一的处理工艺，吸附浓缩—催化燃烧法的技术优势如下：

(1)利用活性炭吸附VOCs废气中的有机物，不仅净化效率高，而且工艺安全可靠，适用范围广泛。

(2)在VOCs废气处理过程中，实现了吸附→浓缩→燃烧的一体化，净化过程闭环操作，不仅能彻底处理有机物，还不会产生二次污染[5]。

(3)系统结构紧凑，由于热源利用率高，可以减少投资和操作费用。有机物脱附浓缩后，浓度会提高十几倍，接近于自然状态；进行催化燃烧时不需要外加热源，可见对有机废气的热值利用率高，实现降耗目标。

3 工程实例分析

3.1 工程概况

以某造船厂的2个喷漆生产车间为例，油漆类型是环氧富锌底漆，使用二甲苯溶剂作为稀释剂，因此VOCs废气的主要成分是甲苯、二甲苯，浓度设计值为300 mg/m3。该车间内有4个排气口，单口风量为3万m3/h，废气总生成量为24万m3/h。考虑到VOCs废气的浓度低、风量大，决定采用吸附浓缩—催化燃烧工艺进行处理，具体介绍如下。

3.2 工艺方案设计

在VOCs废气的处理上，采用FTX型废气净化装置，处理工艺方案是：VOCs废气进入装置上部的进风口，可以到达预处理室，由多个不锈钢丝网组成的过滤元件，可以去除废气中的颗粒物。在装置下部的总通道，可以进入组合吸附床，每个吸附床带有气动切换阀，可将吸附床转换为吸附状态、脱附状态。在吸附床的剖面上，自上而下分别是出气总管、净气室、吸附室、进气总管，其中吸附室、净气室之间利用滑板隔开，并在滑板下吊装吸附筒。废气进入吸附室后，经过吸附筒的外壁，可以穿过吸附层，微孔表面可以吸附VOCs分子，净化后即可进入净气室。最后经过切换阀，可进入出气总管，在风机作用下即可排出装置。

3.3 净化装置特点

净化装置的组成结构包括：

(1)预滤器；

(2)吸附器；

(3)引风机；

(4)催化燃烧装置；

(5)脱附风机；

(6)补冷风机；

(7)控制箱；

(8)自动阀门；

(9)底座。

这9个部分形成一体化装置，有利于运输和安装。分析了该净化装置的特点：一是在吸附剂的选取上，使用活性炭纤维吸附剂，具有快速、高效的特点，可以实现废气净化目标。二是在吸附器上，6个吸附单元的吸附、脱附、再生环节具有循环性，既能净化大风量、低浓度的废气，又能浓缩为小风量的废气，从而减少燃烧用量。三是在系统控制上，利用PLC控制系统，可以动态监测系统的运行工况，全自动控制可以实现无人值守，方便操作和维修。四是设备的体积小、重量轻，可以减少前期投资。五是活性炭纤维的热稳定性强，吸附和脱附的周期短，吸附床使用的吸附剂数量少；而且，活性炭纤维的热容量低，脱附时不会出现床温过高问题，可以提高装置的运行安全性。六是固体废物的生成量少，相比于传统的工艺，生成量只有1/20左右。

3.4 废气处理效果

在2个生产车间内，选择4个采样点，VOCs废气处理前后的苯类物质检测结果见表1。分析可知：

(1)经处理后，三苯含量在16.7～55.2 mg/m3之间，均低于55.18 mg/m3的标准，满足排放要求。

(2)废气处理过程中，燃烧废气量减少，燃烧设备的规模减小，降低了设备投资；废气经浓缩后，基本可达到自燃状态，因此外界热源装置的功率小，降低了系统运行成本，可以提高企业的经济效益。

表1 VOCs废气处理前后的苯类物质检测结果 mg/m3

4 结语

工业生产期间，针对VOCs废气进行处理，已成为从业人员关注怕要点。本文以吸附浓缩—催化燃烧法为核心，介绍了工艺原理、流程和优势，并结合工程实例分析了处理效果。结果显示：处理后的废气三苯含量在16.7～55.2 mg/m3之间，满足排放要求，值得推广应用。