涂装是现代产品制造工艺中的一个重要环节。防锈、防蚀涂装质量是产品全面质量的重要方面之一。产品外观质量不仅反映了产品防护、装饰性能，而且也是构成产品价值的重要因素。涂装的过程中，使用到的油漆辅料等，在喷涂和干燥成膜的过程中，会挥发出有机化合物，在生产场所的环境造成污染，并对生产工人的身体健康造成不好的影响。本文介绍一家高温阀门制造企业，在产品表面涂装过程中，使用的增强油漆在高温情况下的附着力辅材烷氧基硅烷，使得生产废气中含有机硅成分。
废气中含硅一直都是业内一大难题，有机硅不溶于水，无法用喷淋塔这种传统方式治理，有机硅在高温条件下与氧气反应产生二氧化硅结晶体，这种结晶体很容易造成催化剂表面微孔的堵塞而永久失活，所以不适合使用各种催化剂，这种结晶体同样会堵塞RTO里面的陶瓷蓄热体孔道，因此，RTO工艺也不适合使用。本文采用沸石转轮浓缩技术协调直燃炉工艺处理此类废气，取得理想的效果，对此类废气的处理有一定的指导意义。
一、VOCs治理方法概述
挥发性有机物，常用VOCs表示，它是VolatileOrganicCompounds3个词第一个字母的缩写。根据世界卫生组织（WHO）的定义，VOCs是在常温下，沸点为50℃至260℃的各种有机化合物。VOCs参与大气环境中臭氧和二次气溶胶的形成，其对区域性大气臭氧污染、PM2.5污染具有重要的影响。大多数VOCs具有令人不适的特殊气味，并具有毒性、刺激性、致畸性和致癌作用，特别是苯、甲苯及甲醛等对人体健康会造成很大的伤害。流行病学统计表明，我国人群中癌症发病率持续增高，与环境中VOCs毒性物质的持续增加有密切关系。涂装行业一直是挥发性有机物产生的“大户”，涂装废气的特征之一是大风量、低浓度，因此，研究涂装过程中VOCs的产生、排放、危害及其控制对策和措施，具有十分重要的意义。
目前，针对挥发性有机物的末端治理方法主要有：吸附法、吸收法、膜分离法、生物降解法、低温等离子法、冷凝法和燃烧法。考虑项目建设的成本、处理效果及经济适用性，针对本案所提及的大风量、低浓度的含硅废气，原采用处理工艺为活性炭吸附+催化氧化工艺，但由于有机硅在高温下产生结晶，则更适用于采用浓缩之后再直燃式热力焚烧的组合工艺。
二、沸石转轮+TO工艺
在有机废气治理行业中，将质量浓度低于1000mg/m3的有机废气统称为低浓度有机废气。对于低浓度有机废气的治理，沸石转轮浓缩+TO工艺得到广泛应用，即采用疏水性沸石分子作为吸附剂将废气中的低浓度的VOCs吸附下来，使废气净化后排放，经一段时间的吸附后，沸石分子达到饱和状态，再用热空气对沸石分子进行脱附解吸，形成小风量、高浓度的有机废气，再进行高温分解无害化处理，反应方程如下：
这种工艺净化效率高，设备运行稳定，后期维护简单方便，但对工艺设计要求也相对较高。废气处理工艺流程如图1所示。
2.1-沸石转轮浓缩技术
沸石转轮浓缩是一种应用于大风量、低浓度的有机废气净化技术，沸石转轮主体为一个装满沸石分子筛的旋转轮，根据其在实际工作中的状态，沸石转轮分为吸附区、脱附区及冷却区。
沸石分子筛的化学通式为Mx/m[(AlO2)x•(SiO2)y]•zH2O，是一种结晶硅酸铝金属盐的多孔晶体，其中的硅氧四面体和铝氧四面体通过共享氧原子相互连接形成骨架结构。
沸石分子筛是沸石转轮的核心，本身作为一种疏水性材料，能适应更高的废气湿度，且有耐高温的特性，区别于活性炭这种广谱吸附剂，其具有较为均一的吸附孔径，故其孔洞直径具有“分子筛分”的作用，具有选择吸附性，更加安全可靠。
沸石转轮浓缩吸附是一个不断循环往复的旋转过程，如图1所示，从生产车间收集的废气，经过G4、F7、F9三级过滤后，进入到沸石转轮的吸附区，有机废气在主风机的作用下，通过转轮的吸附区本体，废气中的有机成分被吸附在分子筛内从而截留下来，干净的气体经烟囱排出。沸石转轮继续转到脱附区，截留在分子筛内的有机物，在此区域内被180～220℃的高温气体“蒸”出，带出转轮，在脱附区吸附饱和的分子筛得到“重生”，但此时高温的轮体仍未恢复完全的吸附作用，转轮需要继续旋转到冷却区，在冷却区高温干净的轮体，与过滤后的室外新风进行换热，使轮盘的温度下降至40℃以下，从而具备重新转入下一个循环的吸附条件，同时在换热过程中对脱附的热风进行了一次温度提升，为脱附风的快速升温提供条件，同时起到节约能源的效果。沸石转轮就是这样不断循环往复地重复着“吸附-脱附-冷却”的过程，实现有机废气处理的功能。
2.2-TO燃烧炉
针对成分复杂的高浓度处理的方式，主流工艺为热力氧化法。热力氧化法可分为催化氧化法（CO）、蓄热式热力氧化法（RTO）及直接焚烧法（TO）。本文所提及的废气为含硅废气，含硅废气目前仍是行业中一种较难处理的废气，由于有机硅在高温的条件下容易与氧气反应形成二氧化硅结晶体，这种结晶体容易堵塞催化剂表面微孔，致使催化剂物理失活；同时这种结晶体也能堵塞陶瓷蓄热体的废气孔道，一方面影响废气的通过效率，同时又大大降低了陶瓷蓄热体的换热效率，所以上述含硅废气的处理，既不能适用催化氧化法，也不适用蓄热式热力氧化法，这样一来TO炉成为唯一适用的处理工艺。
TO炉即直燃式废气焚烧炉，是直接采用燃气、燃油或者电等供热方式，将炉内温度提高至有机物起燃温度之上，废气在炉内高温条件下停留2s以上，被完全氧化分解成CO2和H2O等小分子无机物，从而得到无害化处理，反应方程式如上式（1）。TO炉出口的废气高温通过板式换热器进行能量回收，与TO的进气换热，基本能实现正常运行，TO炉自供热，无需额外的能源补充，降低系统运行的成本。
2.3-活性炭吸附+CO与沸石转轮+TO的比较
目前常用的吸附材料主要有活性炭、活性氧化铝及沸石分子筛[2]；在国内，最常用的有机废气吸附材料是活性炭，但随着国内外对新型吸附材料的不断研究及探索，具有吸附能力强、不可燃及较大的吸附、脱附能力等特点的沸石分子筛逐步替代了常规的活性炭，作为一种新型的有机废气吸附材料，在有机废气治理行业中大量使用，并逐步得到市场认可。
关于活性炭吸附+CO与沸石转轮+TO2种工艺在含硅废气中的处理优缺点比较详见表1。从表1可知，选择沸石转轮作为吸附净化材料，并配套TO来无害化分解高浓度VOCs气体，是治理大风量低浓度含硅有机废气的最佳选择。
三、结论
针对本文所述的大风量低浓度混合型的有机含硅废气，沸石转轮吸脱附+TO净化装置具有高效、安全、经济的特点，对废气中苯系物、酯类、醇类物质的吸附效率可达90%～97%。沸石转轮分子筛材质不可燃、安全性好，可在高温下进行脱附再生，其使用寿命长达8～10年。TO炉直接燃烧裂解的方式对VOCs处理效率高达95%～98%，对于废气处理过程中产生的有机硅结晶成分，对TO的处理效率几乎无影响，只需定期打开设备预留的检修门清理掉结晶体即可。整体装置采用实时温度监控，多级能量回收，既节约能源，又具有极高的安全性。但使用过程中也需防止诸如因转轮内积聚高质量浓度VOCs而导致闷烧等情况的发生，因此，需要做好对设备进行监控与保养。
在工业迅速发展及环境保护形势日益严峻的今天，沸石转轮+TO装置将会在含硅废气处理的领域中得到更广泛的认可和应用。
来源：相章分享环保技术
