基于RTO的低浓度VOCs处理研究

赵守庆

摘要：在工业生产过程中， VOCs的排放情况十分复杂。根据VOCs气体的特性，一般采取多种处理工艺。通过比较和比较国内外现有的几种工业VOCs技术，指出采用吸附、浓缩、生物过滤或焚烧－分离相结合的方法来处理低风速行业排放的发展方向。

关键词：RTO技术；低浓度；VOCs处理；污染问题

引言：近年来，随着环境保护的日益提高， VOCs污染问题日益突出，对生态环境和人体的危害也越来越大。挥发性有机化合物是一类具有多种类型和源的污染物，包括自然源、工业源、农业源和生活源，而工业源污染尤为突出。所以，要从源头上控制大气中的污染物，不仅要控制工业VOCs的排放量，还要控制其排放量。除了针对VOCs浓度较高的大气进行净化外，还应针对大风量低浓度VOCs的污染气体进行有效治理。

1.低浓度VOCs处理技术分析

我国的工业企业在大风量、低浓度 VOCs环境下的环境治理中，急需要找到一种经济实用、高效、节能的处理途径，这也是国家污染治理工作开展的重点内容。从现有的工业 VOCs处理技术来看，针对工业生产中挥发性有机物的处理，可以将其分成两大类型：脱除法和再生法。脱氮的途径是利用光催化、生物降解、催化氧化等一系列的化学过程，把有机化合物变成无毒的、无毒性的、如CO2、水中的化合物；它包括燃烧法、生物处理法、离子法等。主要采用吸附、吸收、冷凝和膜片等工艺，对高排放气体和可再生的有机物质进行再生，以达到对资源的最大化再生。对比分析来看，不同方法之间各具优缺，其中一些技术手段，可能会造成二次污染，或者具有一定的安全风险，吸附、生物、燃烧是目前国内外应用最为广泛的 VOCs处理技术，热能燃烧技术和电浆技术等处理技术也较为频繁，随着国家生化技术已经逐渐成熟，在低浓度VOCs处理工作上也取得了一定的效果。

对于大风量低浓度的行业，采用生化法进行生物滤池是一种高效的方法，但由于占用空间较大，且投入较高，需要结合其他工艺进行治理。近年来，世界各国先后研制出一种处理低浓度、高风量含颗粒物的行业废气的处理工艺：采用分子筛式吸附、浓缩+生化过滤/焚烧工艺，此工艺在日本、美、欧、台湾等地区得到广泛使用，并逐步在我国逐步推广和发展，逐步发展为大风量、低浓度的行业 VOCs的主要处理技术。比如：利用间歇法对不同组分的沸点进行分批脱吸，使 RTO的启动次数降低57%。另外，在氧化过程中，因为尾气的高密度，RTO装置在启动后可以达到70%的自给率。通过对各地区的数据分析，在进行分批脱附法之前，该装置的总消耗约为1060m3/日，经运行后，平均消耗179m3/d，减少83%。如果以300天的作业量来算，可以节省264300m3的燃气，减少了925,000元/a的费用。此项技术无需硬件投资，只需调整参数，修改程序即可，其经济效益及推广应用前景广阔。

另外，对于低浓度、大风量 VOCs，采用蜂窝型分子筛法进行预处理是最理想的方法。工作时采用低速、不间断的方式，通过鼓风机将尾气分为两股，一股送至分子筛浓缩器的加料段。通过吸附剂在处理区中吸收并去除VOCs，通过集中设备处理区间排出的排气达到标准，吸附器具有较多的与吸附剂表面的空气相接触，所述设备以大约3~8 rpm的转速连续转动，并将所吸收的VOCs转移到脱附区，在脱附区中利用另外一股再生的加热器进行脱附，在脱附结束后，转动到冷却区进行冷却，然后转动到吸附富集区。排出的排气通过冷凝器，经加热后可回收利用。

2.低浓度VOCs处理现状分析

2.1处理现状

VOCs 是一种在大气中进行光化学作用的有机物，如：桂、含氧有机物等，是形成臭氧和细颗粒物污染的重要前体物。2018年起，按照国家和省、市要求，对涂装行业的VOCs排放进行了全面的整治。其中，在一家大型机械公司中，已有十几个单位已装备了分子筛+ RTO氧化法。沸石转轮吸脱附+RTO废气处理系统工作原理如下：

首先，沸石转盘持续旋转，将低浓度、大风量的排气依次送入吸附区，使 VOCs在沸石上被吸附，并将其吸收后的净化气体排出。其次，将少量的尾气通过 RTO加热装置的换热器进行传热，将其加热后的热空气净化到脱附区，将附着在转盘上的VOCs进行脱附，并在760℃或更高的温度下进行氧化，产生CO2和蒸汽。与家具行业、油漆行业、印刷行业相比，喷涂行业的尾气排放水平要高得多，而且尾气排放的热源远没有达到自我保持的水平。以某工程机械公司为实例，在RTO系统中，除吸后排放的气体质量浓度只有0.6 g/m3，要保持自身的能源，必须要有7 g/m3的排放，所以必须通过不断地燃烧来恢复能源，才能保持RTO装置的恒温，每天消耗1100-1400m3，这对于公司而言，运营成本是相当高的[1]。

2.2问题分析

VOCs处理装置的高能量消耗问题必须要得到解决，从增加 VOCs的角度出发，采用常规的溶剂型漆取代了高固化、低黏性的漆，经过系统的测试和数据统计，发现其耗气平均减少&2%。但由于油漆工的反应，油漆气味大，长期使用对人体健康不利，而且由于环境要求，一般的溶剂型油漆被高固低粘涂料替代，加之节能效果不明显且影响工人健康，该试验停止。其次是仅吸收而不排放，当转盘吸收达到饱和后，才进行浓缩，这时的 VOCs浓度高，具有自我维持的能力。现有的VOCs处理装置为实时吸附、脱附和焚烧，新的处理方法是将RTO装置进行脱附和加热。通过对转轮的分离吸收达到饱和，燃烧器、脱附风机、RTO风机都不工作，能耗下降。仅抽不抽时，采用设于烟气出口的质量浓度联机监测表格，每10分钟测定一次排气的质量浓度，其质量浓度随时间的改变而改变。如在旋转吸附初期，排气质量的浓度发生了较小的改变，在20 mg/m

3后，其质量密度曲线逐渐变陡，3小时后，其质量浓度超过规定的50 mg/m3，由于不同的工件喷涂量存在差别，所以必须预留足够的空间，最后决定仅抽不排出时间区间为2小时。仅吸不脱工艺尾气排放在线监测品质密度变化中可以看出，由于高 VOCs气体在集中脱吸后进入RTO，导致高温超高压的危险。为了规避以上的危险，必须要对具体的技术进行调整[2]。

2.3解决方式

通过反复实验，得出了该方法的基本原理：第一次进行旋转吸附，在进行脱附之前，将 RTO装置在脱附之前进行加热，使其升温到760℃，再进行脱附。第一阶段的脱附温度为126℃，脱附率为49%，其中以丁酯和丁醇为主；第二阶段的脱附温度为146℃，以丙二醇甲醚醋酸盐为主，脱附二甲苯为主体，约为46%；第三阶段为200℃脱附温度，以三甲基和其他高沸有机物质为主，约为5%。三阶段的脱附时间大约为1.5小时，在此过程中，对转盘进行了正常的吸收。脱附结束后，RTO处于保温待用的条件下，进行下一阶段的分批脱附和集中燃烧[3]。

根据数据变化可以看出，在分批脱吸时， RTO的温度随时间的改变。在仅抽不出的2小时中关闭RTO，从前一循环760℃降低到600 T, RTO启动，在极短的15分钟之内，RTO的温度就上升到760℃，满足了进入气体的要求。甚至在八小时内，该装置的温度也下降到了500℃，并在20 min内上升到760℃。该系统的断续脱附时间为3.5小时，其能量的自我保持基本上是真实的。燃烧器的全开时间小于1小时，自然气门的开口量比以前更小，节省了大量的燃气。

总结：综上所述，工业生产过程中产生的 VOCs污染问题，既威胁到了人们的身体和精神，又给环境造成了很大的污染，所以，必须尽快进行污染防治。结合国内外常用的VOCs治理技术特点和施工实践，认为采用吸附、浓缩式分子筛结合、燃烧、含粉尘、浓度低、空气流量较大的行业尾气，既经济又环保，又是一种新型的治理方法，它的推广及普及定会使我国VOCs治理工作迈上一个崭新的台阶。

参考文献：

[1]张琰，李好管.挥发性有机物（VOCs）治理：技术进展及政策探析[J].煤化工，2022,50(06):1-10+15.

[2]杨旭，王涛，王翼鹏，蒋伟，孙莉.沸石转轮+RTO工艺在低浓度VOCs废气治理中的应用[J].中国资源综合利用，2022,40(12):88-90.

[3]王登祥,杨生林,张同鹏.低浓度VOCs节能处理技术研究与应用[J].上海涂料,2022,60(04):18-20.