導(dǎo)讀

揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）是空氣污染物特別是霧霾的主要污染源之一。世界衛(wèi)生組織等機(jī)構(gòu)將VOCs定義為：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，熔點低于室溫、沸點在323.15～533.15K的有機(jī)化合物總稱，如苯、甲苯、二甲苯、萘等。VOCs來源于石油化工、制藥、印刷、制鞋、汽車制造、電子制造等行業(yè)，據(jù)測算，全國揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）排放量高達(dá)3000多萬噸，VOCs不僅對環(huán)境造成破壞，也給人類健康帶來威脅。

世界各國都制定出了對VOCs排放量的相關(guān)法律法規(guī)，盡量減少乃至消除VOCs的排放。但是，受到生產(chǎn)技術(shù)水平限制，以及成本壓力，大多數(shù)控制VOCs排放的方式還只能在處理尾氣階段。目前控制VOCs排放含量的方法主要包括回收技術(shù)和銷毀技術(shù)。

在實際操作中，往往根據(jù)廢氣中VOCs的風(fēng)量、濃度、種類、經(jīng)濟(jì)價值等具體情況選擇其中一種或是幾種組合使用。

轉(zhuǎn)輪吸附技術(shù)，是VOCs回收技術(shù)之一。

VOCs轉(zhuǎn)輪吸附技術(shù)

VOCs轉(zhuǎn)輪吸附技術(shù)源于1950年美國人Bryant發(fā)明的轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)，1990年由日本公司用于VOCs凈化。該技術(shù)既可用于回收VOCs也可用于銷毀VOCs，該技術(shù)適用于低濃度VOCs廢氣，通過轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)富集濃縮后可回收或銷毀。

VOCs轉(zhuǎn)輪吸附系統(tǒng)主要包括吸附VOCs轉(zhuǎn)芯（蜂窩狀塊體，HoneycombMonolithicAdsorbent）、氣體過濾裝置、轉(zhuǎn)動裝置、風(fēng)機(jī)等組成。吸附VOCs轉(zhuǎn)芯是其核心部分。轉(zhuǎn)芯可經(jīng)分隔板分為三個區(qū)域：吸附區(qū)、再生區(qū)、冷卻區(qū)。為防止各區(qū)域之間串風(fēng)，每個區(qū)域使用分隔板隔開，分隔板使用的是耐高溫、耐腐蝕的橡膠密封材料。轉(zhuǎn)芯在馬達(dá)的驅(qū)動下以一定的轉(zhuǎn)速運行。

圖1VOCs濃縮凈化系統(tǒng)

含有VOCs污染的空氣經(jīng)過濾后由風(fēng)機(jī)送至吸附轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū)，如圖1所示，吸附劑轉(zhuǎn)子由馬達(dá)經(jīng)過皮帶帶動，以一定的速度緩慢轉(zhuǎn)動，低濃度的有機(jī)氣體由風(fēng)機(jī)送至轉(zhuǎn)輪吸附劑，通過吸附劑的蜂窩孔得到凈化，凈化后的氣體從蜂窩孔另一端排出。隨著吸附的不斷進(jìn)行，轉(zhuǎn)輪吸附劑中吸附接近飽和的部分轉(zhuǎn)入再生區(qū)，被從反方向吹掃的熱空氣脫附解吸，脫附下來的VOCs被收集起來進(jìn)行集中處理，轉(zhuǎn)輪吸附劑被再生的部分進(jìn)入冷卻區(qū)經(jīng)過冷卻降溫后，轉(zhuǎn)入吸附區(qū)再次進(jìn)行吸附操作。轉(zhuǎn)輪吸附劑經(jīng)歷著吸附-脫附-冷卻的重復(fù)過程。一般再生空氣的風(fēng)量小于處理風(fēng)量，這樣再生出口的VOCs濃度被濃縮，因此該方法也稱為VOCs濃縮技術(shù)。

轉(zhuǎn)輪吸附具有運行穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、單位床層阻力小及占地面積小等優(yōu)點，已使用在印刷、集成電路、塑料加工、噴漆生產(chǎn)線等會產(chǎn)生低濃度大風(fēng)量有機(jī)廢氣的生產(chǎn)中。

轉(zhuǎn)輪吸附劑

吸附轉(zhuǎn)輪用到的蜂窩結(jié)構(gòu)吸附劑制備方法主要有涂覆式、沉浸式和成型式3種，使用的吸附材料主要有活性炭、活性炭纖維和沸石分子篩3種。

活性炭孔穴豐富，比表面積大，具有較好的廣譜適用性，相比沸石分子篩吸附容量要大，是目前使用最廣泛的吸附劑。不過濕度對其吸附性能有較大影響，當(dāng)廢氣中有大量水蒸氣時，吸附性能會大幅降低。而且由于解吸時溫度較高，存在易燃等安全性隱患。

活性炭纖維是繼活性炭后研制出新型吸附材料，其商業(yè)化生產(chǎn)始于上個世紀(jì)六十年代。與顆粒和粉末活性炭相比，活性炭纖維具有很高的抗拉強(qiáng)度和彈性，因而可以加工成為布、織物、紙、氈等多種形式?；钚蕴坷w維有直接成型為蜂窩狀，制作成吸附轉(zhuǎn)輪。不僅如此，活性炭纖維有很高的比表面積，其BET比表面積可達(dá)1000~2000m2，且孔徑分布窄、均勻，并以微孔為主，其吸附量大，吸附快，再生容易，具有優(yōu)異的吸脫附性能?；钚蕴坷w維的應(yīng)用領(lǐng)域也非常的廣泛，在水處理、空氣凈化中都有使用。

沸石分子篩阻燃性好，可耐受高溫。使用疏水性高硅分子篩，相對濕度RH>60%的廢氣工況下依然有良好的吸附性能，雖然成本比活性炭高，但是易于解吸，可循環(huán)使用更加環(huán)保。

VOCs轉(zhuǎn)輪吸附市場

被稱為史上最嚴(yán)的《大氣污染防治法》于2016年1月1日起施行，其中明確規(guī)定生產(chǎn)、進(jìn)口、銷售和使用含揮發(fā)性有機(jī)物的原材料和產(chǎn)品的，其揮發(fā)性有機(jī)物含量應(yīng)當(dāng)符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或者要求。“十三五”規(guī)劃綱要也將VOCs納入總量控制目標(biāo)。隨著排污費收費政策和補(bǔ)貼政策逐漸落地，VOCs治理將逐步放開。

中華環(huán)保聯(lián)合會秘書長張永紅表示，預(yù)計VOCs治理市場將迎來新一輪的爆發(fā)式增長，而“分子篩吸附濃縮轉(zhuǎn)輪”預(yù)計將有上百億的市場需求。

有權(quán)威機(jī)構(gòu)估算，假設(shè)VOCs氣體密度均為0.8g/L，VOCs在工業(yè)園區(qū)的潛在治理市場空間，至少將達(dá)到400-600億元。其中，石油煉制行業(yè)所占市場空間最大，近200億元、機(jī)械設(shè)備制造和印刷市場空間也達(dá)到100億元。截至2015年，VOCs治理市場的已發(fā)生空間約為50億元，主要集中在石油化工業(yè)以及印刷行業(yè)。到2020年，剩余市場空間約為500億元，具有相當(dāng)大的增長潛力。

國外技術(shù)現(xiàn)狀和趨勢

自上世紀(jì)60年代起，歐美等國家內(nèi)已出現(xiàn)吸附富集-脫附濃縮-蓄熱催化氧化后處理技術(shù)的應(yīng)用，德國的Dürr公司、美國Megtec、Enguil公司和加拿大Biothermica公司等，在行業(yè)中占有絕大部分市場。作為整體技術(shù)的核心材料，吸附劑品質(zhì)的提升及其利用方式的改進(jìn)對提升廢氣治理水平有顯著幫助。瑞典人CarlMunters創(chuàng)新性的提出將吸附材料做成具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)輪用于分離過程的概念，并于1974年申請了專利。1986年，瑞典Munters公司率先將蜂窩狀沸石轉(zhuǎn)輪用于VOCs廢氣處理。1988年，日本株式會社西部技研公司將加工成波紋形和平板形的陶瓷纖維紙用無機(jī)黏合劑粘結(jié)在一起后卷成具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)輪，然后將疏水性沸石涂覆在蜂窩狀通道的表面得到吸附轉(zhuǎn)輪，并將其成功用于VOCs凈化處理。此外，日本霓佳斯公司的相關(guān)產(chǎn)品也代表當(dāng)前世界的先進(jìn)水平。目前在日本、美、歐等國和臺灣地區(qū)，轉(zhuǎn)輪吸附濃縮技術(shù)在低濃度、大風(fēng)量工業(yè)有機(jī)廢氣的治理得到了普遍應(yīng)用?？傮w上來看，沸石吸附轉(zhuǎn)輪的生產(chǎn)技術(shù)還掌握在國外企業(yè)手中，主要有瑞典的Munters公司、瑞典DST公司、瑞典ProFlute公司、日本株式會社西部技研、日本霓佳斯（NICHIAS）公司、日本Daikin（大金）公司、美國atea-WKUSA等。

轉(zhuǎn)輪濃縮后的VOCs采用的燃燒技術(shù)中最普遍、最高效、最徹底的治理技術(shù)是氧化燃燒技術(shù)和催化燃燒技術(shù)。其中，催化燃燒技術(shù)能使VOCs在較低溫度下發(fā)生氧化反應(yīng)，有效降低設(shè)備運行功率。在催化燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上增加陶瓷蓄熱體與余熱再利用系統(tǒng)即為蓄熱式催化燃燒技術(shù)（簡稱RCO），能夠顯著節(jié)能降耗。上世紀(jì)日本三菱公司設(shè)計利用移動閥切換的蓄熱裝置，采用了具有高蓄熱能力的陶瓷蜂窩體，并進(jìn)行了實際應(yīng)用。除了對設(shè)備工藝的持續(xù)改進(jìn)，催化劑的研發(fā)也是影響廢氣處理的關(guān)鍵內(nèi)容。國外研究者已報道了一系列Pd、Au、Ce、Al2O3負(fù)載的Pt等不同金屬催化劑用于VOCs催化燃燒降解的實驗結(jié)果。德國的SüD-Chemie公司是目前開發(fā)VOCs氧化降解催化劑較為成功的企業(yè)之一。

雖然少數(shù)國外公司掌握了沸石濃縮轉(zhuǎn)輪的關(guān)鍵技術(shù)，但濃縮系統(tǒng)與氧化系統(tǒng)優(yōu)化匹配方案仍然有待完善，并且國外相關(guān)產(chǎn)品價格昂貴，限制了此技術(shù)在國內(nèi)涂裝、汽車噴涂等行業(yè)的大規(guī)模推廣應(yīng)用。

國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀和趨勢

國內(nèi)的沸石吸附濃縮設(shè)備起步較晚，生產(chǎn)企業(yè)多以組裝、代理為主要經(jīng)營模式，作為設(shè)備核心的沸石吸附單元基本依賴進(jìn)口，國外具有生產(chǎn)技術(shù)的企業(yè)也在國內(nèi)相繼設(shè)立設(shè)備組裝廠。不過，國內(nèi)現(xiàn)有的沸石轉(zhuǎn)輪成型及制備技術(shù)水平與國外的差距正在逐步縮小。截止目前，國內(nèi)已有多家高校及科研院所的研發(fā)團(tuán)隊對沸石轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了相關(guān)研究，包括華南理工大學(xué)、浙江大學(xué)等。但是，想要達(dá)到并超越國外同類產(chǎn)品，就需要創(chuàng)新性研發(fā)轉(zhuǎn)輪制備工藝，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)輪制備技術(shù)。

近年來，我國在催化燃燒技術(shù)發(fā)展方面已經(jīng)趨于成熟，國內(nèi)已有工業(yè)應(yīng)用及推廣的實例。對催化燃燒技術(shù)而言，采用蜂窩狀全效換熱器回收低品位熱源、進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計是未來的發(fā)展趨勢，代表性企業(yè)包括青島華世潔環(huán)?？萍加邢薰尽⒈本﹦?chuàng)導(dǎo)奧福精細(xì)陶瓷有限公司、福州嘉園環(huán)保股份有限公司等。

目前國內(nèi)有關(guān)工業(yè)有機(jī)廢氣的相關(guān)的技術(shù)規(guī)范有：《揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）污染防治技術(shù)政策》、《吸附法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》、《催化燃燒法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》，系列標(biāo)準(zhǔn)有：《HJ/T4389-2007工業(yè)廢氣催化凈化裝置》、《HJ/T386-2007工業(yè)廢氣吸附凈化裝置》、《HJ/T387-2007工業(yè)廢氣吸收凈化裝置》、《GB20101-2006涂裝作業(yè)安全規(guī)程有機(jī)廢氣凈化裝置安全技術(shù)規(guī)定》等。但截至目前，仍然沒有沸石吸附轉(zhuǎn)輪裝置及沸石吸附蓄熱催化氧化耦合裝置等相關(guān)技術(shù)規(guī)范、制造標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品技術(shù)要求發(fā)布。隨著技術(shù)的不斷完善及涂裝行業(yè)VOCs治理市場的日益擴(kuò)大，亟需制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。

總而言之，國內(nèi)已經(jīng)開展了相關(guān)的技術(shù)研究，具有較好的研究基礎(chǔ)，但是在核心材料研發(fā)、系統(tǒng)化集成、示范工程應(yīng)用等方面有待突破。綜合水平的提高乃至超過國際領(lǐng)先水平，對提升國內(nèi)涂裝等行業(yè)大風(fēng)量、中低濃度VOCs治理水平及裝備水平有顯著幫助，促進(jìn)國內(nèi)工業(yè)有機(jī)廢氣治理行業(yè)的發(fā)展