介紹了一種（zhǒng）將沸石轉輪與（yǔ）催化氧化技術協同（tóng）組合並用於揮發性有機化合物(VOCs)廢氣治理的裝置。通過對包裝印刷行業所排（pái）放的VOCs廢氣風量、VOCs成分及其質量濃度與特（tè）性的研究,結合實際案（àn）例分析,發現采用（yòng）疏水性分子篩的沸（fèi）石轉輪與催化氧化組合裝置具有（yǒu）高去除率與高經濟性效果。某生產（chǎn）線所排放的廢氣風量約為（wéi）15000 m~3/h(標準狀態),質量濃度為（wéi）53.03 mg/m3,符合大風量低質量（liàng）濃度的特（tè）性。治（zhì）理後,廢氣中（zhōng）的苯、甲苯、二甲苯、非甲烷烴(NMHC)的去（qù）除效率可達98%以上。對裝置運行能源的計算對（duì）比表明,在催化氧化工段,液化天然氣(LNG)是*經（jīng）濟的能源。

因彩色（sè）印刷與塑膜複合工序中使用（yòng）大量溶劑型油（yóu）墨與稀釋用有機溶劑等物質， 我國每年僅包裝印刷行業揮發性有機化合物（VOCs）的排放量可達約200 萬~300 萬t，所產生的VOCs 廢氣通（tōng）常采用活性炭吸附、光催化、等離子、催（cuī）化氧化（huà）/蓄熱式催化氧化（CO/RCO）、蓄熱式焚（fén）燒（RTO）等方法（fǎ）進行治理，其中又以催化氧化法與焚燒法*為普及。包（bāo）裝印刷廢（fèi）氣具有以下特點：（1） 廢氣成分複雜，含有多種有機物質；（2） 油墨幹燥時，由於需（xū）要嚴格控製生產車間的廢氣質量濃度，通常（cháng）引入較大風量來進行通風，因此所產生（shēng）的VOCs 廢氣風量大、質量濃度低（dī）。傳統催化氧化或焚燒裝置適用於處理不（bú）同風量的中高（gāo）質量濃度VOCs 廢氣， 設備大小主要取決於其自身的*大處理風量。但在處理大風量低質量濃度的VOCs 廢（fèi）氣時， 采用單一（yī）催化氧化或焚燒方法需要龐大的裝置，不僅一（yī）次設備的投資成本高，而且會大幅增加後續燃（rán）料的運行成本。因此實際處（chù）理中需引入沸（fèi）石轉輪技術（shù）， 先對大風量低（dī）質量濃度VOCs廢氣進行吸附， 將其濃縮為小風量高（gāo）質量濃度的氣（qì）體後再進行催化氧（yǎng）化處理。

隨著新環保法規的修訂（dìng）出台與各（gè）地對VOCs排放限製的嚴控， 行業對VOCs治理設備提出了（le）更高的要（yào）求。相比於單一VOCs廢氣處理設備， 沸石轉輪-催化氧化組合裝置具有設備體積（jī）小、去除效率高、安全性與經濟性良好的多重優勢，這也將是未來VOCs 廢氣治理裝置的主（zhǔ）流（liú）發（fā）展方向（xiàng）。

1 沸（fèi）石（shí）轉輪-催化氧化裝置原理

目前國內包裝印刷行業廢氣具有排放風量大、質量濃度（dù）低、廢氣成分複雜等特點，且一般為（wéi）有組織排放。對於（yú）大風量（liàng）低質（zhì）量濃（nóng）度VOCs廢氣而言，僅通過催化氧化或焚燒裝置單獨進行處理（lǐ）時， 一（yī）次設備的投資費用大，後期運行成本較高；采用沸石轉輪-催化氧化（huà）技術的（de）VOCs廢氣處理裝置可先對大風量低質量濃度的廢氣進行分離濃縮， 使其形成高（gāo）質量濃度、小風量的氣體後再進行催（cuī）化氧化處理。

1.1 沸石轉輪- 催化氧（yǎng）化裝置工藝流程

VOCs沸石轉輪-催化氧（yǎng）化裝（zhuāng）置采用沸（fèi）石濃縮與催化劑氧化組合技術，由多級過濾器、沸石轉輪、吸附風機（jī）、脫附風機、換熱器、催化氧化（huà）裝置等分段（duàn）設備組（zǔ）成，具體見圖1。

含有（yǒu）VOCs 的有機廢氣先經過初步多級（jí）過濾後，由（yóu）鼓風機（jī）送至沸石轉輪分段（duàn）裝置吸附區（A 區）進行吸附處理，生成的潔淨空氣被直接排出。隨著沸石轉輪的不停旋轉，已飽和的轉輪吸附區部分轉至（zhì）再生區(R 區)，接受來自反（fǎn）向高溫再生空氣的吹洗並

進行脫（tuō）附。脫附後的（de）高質量濃度有機廢氣直接進入催化氧化裝置進行氧化分解。經過脫附區的VOCs廢氣（qì）隨後旋轉進入冷卻區（P 區），降（jiàng）溫後返回吸附區進行循環操作。由於脫附再生區的空氣風量一般僅為處（chù）理區風量的1/10， 因此再生後廢氣中的VOCs質量濃度約為濃縮前的10 倍。

沸石（shí）轉輪再生（shēng）濃（nóng）縮後的高質量濃（nóng）度（dù）有機廢氣被吹入下遊（yóu）催（cuī）化氧化裝置，並由燃燒器對其進行升溫，預（yù）熱至350℃後進行催化氧化反應。催化氧化全過程采用（yòng）蜂窩狀鉑（Pt）觸煤，廢氣中VOCs 經催化氧化反應生（shēng）成無毒無害的二氧化碳與水。

通過催化氧化工段後，被排出的（de）淨化氣體溫（wēn）度（dù）約為360 ℃；為充（chōng）分利用餘熱，將催化氧化設備淨化（huà）後的氣體與再生用廢氣進行熱交換，升溫後的再生廢氣用於沸石轉輪脫附區的脫附。

1.2 沸石轉輪（lún）濃縮（suō）分段裝置結構與原理（lǐ）

1.2.1 沸石轉輪的結構（gòu）與組（zǔ）成

當廢氣具有（yǒu）大風量低質量濃度的特性時，可利用沸石轉輪內部分子篩低溫高吸附（fù）與高溫高（gāo）脫（tuō）附的特點，對有機廢氣進行吸附（fù）-脫附（fù）濃縮。所產生廢氣的質量濃度約為原（yuán）氣體質量濃度的10~20 倍，為後續催（cuī）化氧化處理節約了設備與運營成本。

沸石濃（nóng）縮轉輪結構（gòu）分為吸（xī）附區（A 區）、再生（shēng）區（R 區）與冷卻區（P 區）。由加（jiā）工好（hǎo）的波紋形以（yǐ）及平（píng）板狀陶瓷纖維紙采用無機黏合的方式（shì）製成蜂窩狀（zhuàng）轉輪，再將具有疏水性的沸石分子篩塗抹在轉輪通道上，使其（qí）具有吸附性。沸石分子（zǐ）篩的化學通式（shì）為Mx/m[（AlO2）x·(SiO2)y]·zH2O，是一種結晶矽酸鋁金屬鹽的多（duō）孔晶（jīng）體，其中（zhōng）的矽氧四麵體和鋁氧四麵體通過共享（xiǎng）氧原子相互連接形成骨架結構。分子（zǐ）篩晶體的內部具有不同大小（xiǎo）的孔穴， 可以吸附比自身孔徑小的分子，排出比其孔徑大的分子（zǐ）。包裝（zhuāng）印刷行業廢氣的相對濕度（dù）一般小於70%， 沸石轉輪對VOCs 的吸附率可達到90%以上。隨著廢氣相對濕度的增（zēng）加，吸附效率會有所下降，因此，必要時可在廢氣進入沸石轉輪前對其進行加熱除濕。根據風量，設置沸（fèi）石轉（zhuǎn）輪以1~6 r/h 的速率進行（háng）旋轉。

1.2.2 沸（fèi）石轉（zhuǎn）輪適用風量與VOCs質量濃度

針對不同VOCs質量濃度的廢氣， 所采用的處理方式不盡相同， 而沸石轉輪常被用於大風量低質量濃度有機物（wù）廢氣的濃縮處理。不同（tóng）質量濃度VOCs氣體的處理方法見表1。

對於VOCs 質量（liàng）濃度低於600 mg/m3 的大風量廢氣， 采用（yòng）沸石轉輪濃縮裝置（zhì）可達到後續（xù）節能處理的目（mù）的。根據目前轉輪的直徑與厚度，在質量濃度低於600 mg/m3的情況下，可處（chù）理風量範圍為0.4~18m3/h。

1.2.3 沸（fèi）石轉輪對（duì）包裝印刷廢氣中VOCs的吸附曲線

包裝印刷行業（yè）廢氣中主要（yào）含有鄰二甲苯、異丙醇、乙酸乙酯、己二酸等苯係（xì）物，醇類及酯類物質，因此需要對沸石轉輪上的（de）疏水性分子篩進行吸附效率評價。根據吸附效率與時間的關（guān）係對沸石轉輪分子（zǐ）篩的吸附性能進行了相關實驗， 分別采用（yòng）質量濃度為500 mg/m3 的苯係物、400 mg/m3 的醇類物以及300mg/m3 的酯類物質作為處理廢氣成分。結（jié）果見（jiàn）圖（tú）2。

圖2表明，對於包裝印刷行業廢氣中含有的VOCs物質（即苯係物、醇類與酯類物質），疏水性分子篩均能進行有效吸（xī）附。

1.3 催化氧化分段（duàn）裝置結構與原理

催化（huà）氧（yǎng）化分段裝（zhuāng）置采用貴金屬（shǔ）Pt 作催化劑，對沸石轉輪處理後的高質量（liàng）濃度廢（fèi）氣進行預熱並將其催（cuī）化（huà）氧化分解（jiě）。其原理在於（yú）借助催化劑降低反（fǎn）應活化能， 使得氧化反應發生在較低的起燃溫度（250~400 ℃）。由於待處理廢氣（qì）中（zhōng）可能含有（yǒu）使催化劑中毒的物質（含硫、磷、矽等（děng）元素的化合物），因（yīn）此需在前端設置（zhì）預處理工序， 即（jí）采用（yòng）陶瓷為（wéi）載體的前處理劑（見表2）對（duì）使催化劑中毒的物質進行攔截。當進入（rù）催化劑室的高質量濃度廢氣溫度較低時， 可通過燃燒器（qì）對其進行預熱（rè），使溫度上升至350 ℃；由於該溫度為氧化催化劑*佳活性溫度， 此時VOCs 的處理效率可達95%以上。

溫度不同時， 催化（huà）劑對VOCs 的處理活性效率也不同，因此需要尋找催化劑的*佳使用溫度。根據VOCs 廢氣中含有的主要有機揮發物（正己烷、二甲苯、苯、乙醇等物質），在不同入口溫度（dù）條件下對其進行轉化率測試評價，結果見圖3。

由圖3 可知，在（zài）350 ℃下，主要（yào）的（de）揮發性有機物質基本可被催化劑氧化（huà）去除。

2 包裝印刷行業廢氣的組成與測（cè）試排放標準

2.1 包裝（zhuāng）印刷行業VOCs廢氣主要成分

包裝印刷行業所產生的VOCs 廢氣中主要含有鄰（lín）二甲苯、異丙醇、甲氧基丙醇、乙（yǐ）酸乙酯、乙酸丙（bǐng）酯、己二酸等苯係物、酯類與醇類物質。

2.2 包（bāo）裝印刷行業測試排放標（biāo）準

當前我國各省采用的VOCs控（kòng）製標準不（bú）盡相同，*常（cháng）用的標準為天津地標DB 12/524—2014《工業企業揮（huī）發性有機（jī）物排放控製標準》， 其中對苯、甲苯、二甲苯與VOCs 的排放要求見表3。相應測試方法采用HJ 734—2014《固（gù）定汙染源廢氣揮（huī）發（fā）性有機（jī）物的測定固（gù）相吸附-熱（rè）脫附/氣相色譜-質（zhì）譜法》，其中VOCs 測試內容為24 項：丙（bǐng）酮、異丙醇、正己烷、乙酸乙酯、苯六甲基二矽氧烷、3-戊酮、正庚烷、甲苯、環戊酮、乳酸乙酯、乙酸丁酯（zhǐ）（醋酸丁酯）、丙二醇單甲醚（mí）乙酸酯、乙苯、對（duì）/間二甲苯、2-庚酮、苯乙烯、鄰二甲苯、苯甲醚（mí）、苯甲醛、1-癸烯、2-壬酮、1-十二烯等。

3 沸（fèi）石轉輪（lún）-催化氧化裝置的效果分析與（yǔ）經濟性對比

3.1 應用案例

某包（bāo）裝印刷生產線所排（pái）放的廢氣中含VOCs，質（zhì）量濃度（dù）約為53.03 mg/m3，風量為15 000 m3/h，當（dāng）地采用DB 12/524—2014， 分別對苯、甲苯、二甲（jiǎ）苯、VOCs 進行排放（fàng）限製（zhì）。

由於包裝（zhuāng）印刷生產（chǎn）線（xiàn）VOCs 廢氣的（de）質量濃度偏低（dī）（＜600 mg/m3），需采用沸石轉輪- 催化氧化裝置對廢氣進行濃縮後再作加熱催化氧化（huà）處理。6條生產線入口風量Q1=1 5 000 m3/h，每（měi）天生產16 h，工作日按330 d/a計（jì）算，那（nà）麽每年（nián）排放（fàng）的VOCs的總量約為：m 總=53.03 mg/m3×15 000 m3/h×5 280 h≈4.2 t/a。經（jīng）沸石轉輪- 催化氧化裝置處理前後的廢氣VOCs質量濃度見表 4。

根據實際測量結果可知，沸石轉輪- 催化氧化裝置對大風（fēng）量低質量濃度包裝印刷廢氣中VOCs 的去除效率高達（dá）98.01%，處理後的氣體符合允許排放質量濃度的要求。

3.2 不同（tóng）燃料（liào）經（jīng）濟性對比

沸石轉輪- 催化（huà）氧化設備中的催化氧化工段可（kě）采（cǎi）用液化天然氣（LNG）、液化（huà）石油（yóu）氣（LPG）或電能（néng）作（zuò）為裝置運行能（néng）源，因此長期使用時需對裝置運（yùn）行的經濟（jì）性作評價對比，尋找*經濟的使用能源。由於沸石轉輪（lún）工段均采用電能，因此僅對催化氧化工段（duàn）的（de）運行（háng）能源進行計算。考慮到氣體經過沸石轉輪後溫度上升、風量大幅減小，所計算出的數值差異小、參考性較弱，因（yīn）此按原入口氣（qì）體溫度與風量對催（cuī）化氧化（huà）工況進行放大對比計算。

包裝印刷生產線廢氣（有組織排放）的排放量：15 000 m3/h；VOCs 初始質量濃度：53.03 mg/m3（主要成分為丙酮、甲苯（běn）、乙酸乙酯（zhǐ）等）；運行天數為（wéi）330 d/a；日運（yùn）行時間為16 h，其中裝置啟動時間為30 min；催（cuī）化氧（yǎng）化段用熱值為36843.84 kJ/m3；LNG的價格為3.6元/m3，LPG 的價格為4.2 元/kg，電能的價（jià）格為0.7元/（kW·h）。

工（gōng）況：入口氣體溫度T1=28 ℃，處理設備一次（cì）換熱氣體溫度T2=218 ℃，催化氧化後氣體溫度T3=360，廢氣餘熱利用換熱後出口溫度T4=170 ℃。換熱溫度差值詳見圖4。

設（shè）需要熱量為Q；LNG 使用（yòng）量為G；LPG 使（shǐ）用量為P；電能消耗為E。則：

Q=250 (m3/min)×60 (min/h)×(360-218)℃ ×1.293(kg/m3)×1.005［kJ/（kg·℃)］=2 767 860.45 kJ/h

G=2 767 860.45(kJ/h)/36 843.84（kJ/m3）=75.1m3/h

費用G1＝75.1(m3/h)×3.6(元/m3)×330（d/a）×24（h/d）=2 141 580 元/a

P=2 767 860.45 (kJ/h)/50 798.44 (kJ/m3)×1.96(kg/m3)=106.78 kg/h

費用P1=106.78 (kg/h)×4.2 (元（yuán）/kg)×330（d/a）×24 (h/d)=3 551 828 元（yuán）/a

E=2767860.45 (kJ/h)/3600.68 (kJ/kW)=768.6 kW/h

費用（yòng）E1=768.6 (kW/h)×0.7［元/(kW·h)］×330（d/a）×24(h/d)=4 261 028 元/a

G1∶P1∶E1=1∶1.7∶2

不同能源（yuán）的運行費（fèi）用對比結果表明（míng），采用LNG為原料（liào）時催化（huà）氧化工段（duàn）的設備經（jīng）濟性*佳。

沸石轉輪- 催化（huà）氧化裝置（zhì）在初期投資與（yǔ）能源消耗方麵具有（yǒu）明顯的（de）經濟優勢，並且裝置的低溫燃燒安全（quán）性（xìng）好，催化劑的使用（yòng）壽命長，大大降低了（le）裝置維（wéi）護成本。

針對大風量低VOCs質量濃度的包裝印刷廢氣治理，沸石轉輪- 催化氧化一體型淨化裝置（zhì）具有高效、安全、經濟的特點（diǎn），對廢氣中苯係物、酯類、醇（chún）類物質的吸附效率可達90%~97%。沸石轉輪用分子篩（shāi）材（cái）質不可（kě）燃、安全（quán）性好，可在高溫下進行脫附再生，其使用壽命長達5~10 年。催化氧化工段（duàn）所采（cǎi）用的氧化催（cuī）化劑VOCs處理效率高（95%~98%），對於間歇性工況廢氣，催（cuī）化氧化比蓄熱式（shì）催化燃燒法更加節能。氧化反應采（cǎi）用的催化劑使（shǐ）用壽（shòu）命長，平（píng）均5 年更換一次，並（bìng）可作再生處理。整體裝置采用低溫燃燒，既節約能源又具有極高的安全性。但使用（yòng）過程中也需防止諸如因滾輪內積聚高質量濃（nóng）度VOCs 而導致悶燒等情況的發生，因此需要對設備進行監控與保養。

在工業迅速發展及（jí）環境保護形勢（shì）日益嚴峻的（de）今天（tiān），沸石轉輪- 催化氧化裝置（zhì）將會得到更廣泛的認可（kě）及應用。