因彩色印刷与塑膜复合工序中使用大量溶剂型油墨与稀释用有机溶剂等物质， 我国每年仅包装印刷行业挥发性有机化合物（VOCs）的排放量可达约200 万~300 万t，所产生的VOCs 废气通常采用活性炭吸附、光催化、等离子、催化氧化/蓄热式催化氧化（CO/RCO）、蓄热式焚烧（RTO）等方法进行治理，其中又以催化氧化法与焚烧法最为普及。包装印刷废气具有以下特点：（1） 废气成分复杂，含有多种有机物质；（2） 油墨干燥时，由于需要严格控制生产车间的废气质量浓度，通常引入较大风量来进行通风，因此所产生的VOCs 废气风量大、质量浓度低。传统催化氧化或焚烧装置适用于处理不同风量的中高质量浓度VOCs 废气， 设备大小主要取决于其自身的最大处理风量。但在处理大风量低质量浓度的VOCs 废气时， 采用单一催化氧化或焚烧方法需要庞大的装置，不仅一次设备的投资成本高，而且会大幅增加后续燃料的运行成本。因此实际处理中需引入沸石转轮技术， 先对大风量低质量浓度VOCs废气进行吸附， 将其浓缩为小风量高质量浓度的气体后再进行催化氧化处理。

  随着新环保法规的修订出台与各地对VOCs排放限制的严控， 行业对VOCs治理设备提出了更高的要求。相比于单一VOCs废气处理设备， 沸石转轮-催化氧化组合装置具有设备体积小、去除效率高、安全性与经济性良好的多重优势，这也将是未来VOCs 废气治理装置的主流发展方向。

1 沸石转轮-催化氧化装置原理

  目前国内包装印刷行业废气具有排放风量大、质量浓度低、废气成分复杂等特点，且一般为有组织排放。对于大风量低质量浓度VOCs废气而言，仅通过催化氧化或焚烧装置单独进行处理时， 一次设备的投资费用大，后期运行成本较高；采用沸石转轮-催化氧化技术的VOCs废气处理装置可先对大风量低质量浓度的废气进行分离浓缩， 使其形成高质量浓度、小风量的气体后再进行催化氧化处理。

1.1 沸石转轮- 催化氧化装置工艺流程

  VOCs沸石转轮-催化氧化装置采用沸石浓缩与催化剂氧化组合技术，由多级过滤器、沸石转轮、吸附风机、脱附风机、换热器、催化氧化装置等分段设备组成。

  含有VOCs 的有机废气先经过初步多级过滤后，由鼓风机送至沸石转轮分段装置吸附区（A 区）进行吸附处理，生成的洁净空气被直接排出。随着沸石转轮的不停旋转，已饱和的转轮吸附区部分转至再生区(R 区)，接受来自反向高温再生空气的吹洗并进行脱附。脱附后的高质量浓度有机废气直接进入催化氧化装置进行氧化分解。经过脱附区的VOCs废气随后旋转进入冷却区（P 区），降温后返回吸附区进行循环操作。由于脱附再生区的空气风量一般仅为处理区风量的1/10， 因此再生后废气中的VOCs质量浓度约为浓缩前的10 倍。

  沸石转轮再生浓缩后的高质量浓度有机废气被吹入下游催化氧化装置，并由燃烧器对其进行升温，预热至350℃后进行催化氧化反应。催化氧化全过程采用蜂窝状铂（Pt）触煤，废气中VOCs 经催化氧化反应生成无毒无害的二氧化碳与水。

  通过催化氧化工段后，被排出的净化气体温度约为360 ℃；为充分利用余热，将催化氧化设备净化后的气体与再生用废气进行热交换，升温后的再生废气用于沸石转轮脱附区的脱附。

1.2 沸石转轮浓缩分段装置结构与原理

  1.2.1 沸石转轮的结构与组成

  当废气具有大风量低质量浓度的特性时，可利用沸石转轮内部分子筛低温高吸附与高温高脱附的特点，对有机废气进行吸附-脱附浓缩。所产生废气的质量浓度约为原气体质量浓度的10~20 倍，为后续催化氧化处理节约了设备与运营成本。

  沸石浓缩转轮结构分为吸附区（A 区）、再生区（R 区）与冷却区（P 区）。由加工好的波纹形以及平板状陶瓷纤维纸采用无机黏合的方式制成蜂窝状转轮，再将具有疏水性的沸石分子筛涂抹在转轮通道上，使其具有吸附性。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。分子筛晶体的内部具有不同大小的孔穴， 可以吸附比自身孔径小的分子，排出比其孔径大的分子。包装印刷行业废气的相对湿度一般小于70%， 沸石转轮对VOCs 的吸附率可达到90%以上。随着废气相对湿度的增加，吸附效率会有所下降，因此，必要时可在废气进入沸石转轮前对其进行加热除湿。根据风量，设置沸石转轮以1~6 r/h 的速率进行旋转。

  1.2.2 沸石转轮适用风量与VOCs质量浓度

  针对不同VOCs质量浓度的废气， 所采用的处理方式不尽相同， 而沸石转轮常被用于大风量低质量浓度有机物废气的浓缩处理。

  对于VOCs 质量浓度低于600 mg/m3 的大风量废气， 采用沸石转轮浓缩装置可达到后续节能处理的目的。根据目前转轮的直径与厚度，在质量浓度低于600 mg/m3的情况下，可处理风量范围为0.4~18m3/h。

 1.2.3 沸石转轮对包装印刷废气中VOCs的吸附曲线

  包装印刷行业废气中主要含有邻二甲苯、异丙醇、乙酸乙酯、己二酸等苯系物，醇类及酯类物质，因此需要对沸石转轮上的疏水性分子筛进行吸附效率评价。根据吸附效率与时间的关系对沸石转轮分子筛的吸附性能进行了相关实验， 分别采用质量浓度为500 mg/m3 的苯系物、400 mg/m3 的醇类物以及300mg/m3 的酯类物质作为处理废气成分。

  对于包装印刷行业废气中含有的VOCs物质（即苯系物、醇类与酯类物质），疏水性分子筛均能进行有效吸附。

1.3 催化氧化分段装置结构与原理

  催化氧化分段装置采用贵金属Pt 作催化剂，对沸石转轮处理后的高质量浓度废气进行预热并将其催化氧化分解。其原理在于借助催化剂降低反应活化能， 使得氧化反应发生在较低的起燃温度（250~400 ℃）。由于待处理废气中可能含有使催化剂中毒的物质（含硫、磷、硅等元素的化合物），因此需在前端设置预处理工序， 即采用陶瓷为载体的前处理剂（见表2）对使催化剂中毒的物质进行拦截。当进入催化剂室的高质量浓度废气温度较低时， 可通过燃烧器对其进行预热，使温度上升至350 ℃；由于该温度为氧化催化剂最佳活性温度， 此时VOCs 的处理效率可达95%以上。

2 包装印刷行业废气的组成与测试排放标准

  2.1 包装印刷行业VOCs废气主要成分

  包装印刷行业所产生的VOCs 废气中主要含有邻二甲苯、异丙醇、甲氧基丙醇、乙酸乙酯、乙酸丙酯、己二酸等苯系物、酯类与醇类物质。

  2.2 包装印刷行业测试排放标准

  当前我国各省采用的VOCs控制标准不尽相同，最常用的标准为天津地标DB 12/524—2014《工业企业挥发性有机物排放控制标准》， 其中对苯、甲苯、二甲苯与VOCs 的排放要求见表3。相应测试方法采用HJ 734—2014《固定污染源废气挥发性有机物的测定固相吸附-热脱附/气相色谱-质谱法》，其中VOCs 测试内容为24 项：丙酮、异丙醇、正己烷、乙酸乙酯、苯六甲基二硅氧烷、3-戊酮、正庚烷、甲苯、环戊酮、乳酸乙酯、乙酸丁酯（醋酸丁酯）、丙二醇单甲醚乙酸酯、乙苯、对/间二甲苯、2-庚酮、苯乙烯、邻二甲苯、苯甲醚、苯甲醛、1-癸烯、2-壬酮、1-十二烯等。

  针对大风量低VOCs质量浓度的包装印刷废气治理，沸石转轮- 催化氧化一体型净化装置具有高效、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%。沸石转轮用分子筛材质不可燃、安全性好，可在高温下进行脱附再生，其使用寿命长达5~10 年。催化氧化工段所采用的氧化催化剂VOCs处理效率高（95%~98%），对于间歇性工况废气，催化氧化比蓄热式催化燃烧法更加节能。氧化反应采用的催化剂使用寿命长，平均5 年更换一次，并可作再生处理。整体装置采用低温燃烧，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滚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- 催化氧化装置将会得到更广泛的认可及应用。

  针对家具喷漆过程VOCs成分复杂、风量大、浓度低的实际情况,本文重点介绍了沸石(分子筛)转轮吸附浓缩十热力燃烧VOCs治理技术,该技术特别适用于处理大风量、低浓度有机废气,可以有效提高处理效率、降低运行成本,VOCs去除效率可达到93%以上。

  1.引言

  喷漆是家具制造行业最主要工艺之一，在很大程度上决定了家具制品的外观、色彩、质量、档次与价值。就当前家具行业来说，VOCs主要来自于喷漆工序中涂料中有机溶剂和稀释剂的挥发，而且不同种类的涂料在使用过程中所排放的VOCs种类和含量也不同，涂装相同面积时，使用溶剂型涂料产生的VOCｓ量最多，水性涂料次之，粉末涂料最少。虽然目前国家要求家具行业大力推广使用水性、紫外光固化涂料，到2020年底前，替代比例达到60%以上，但是鉴于家具行业喷漆过程水性、紫外光固化涂料技术的不成熟，业内目前仍以溶剂型涂料为主，喷漆过程产生大量的漆尘和VOCs，因此对家具行业VOCS治理提出了很高的要求。

  以无锡某大型家居企业为例，企业设置两条喷漆线，进行木门和浴室柜喷涂，喷涂废气具体包括：调漆废气、喷漆废气、烘干废气，主要污染物为醋酸乙酯、苯乙烯、二甲苯、醋酸丁酯、乙醇、甲基异丁酮、异氰酸酯单体、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、甲苯、2-甲基-2-丙烯酸-2-羟乙基酯磷酸酯、丙烯酸、3-氯-1，2-环氧丙烷、乙苯、甲基乙基酮、环己酮、石油、1，2，4-三甲基苯、乙二醇、颗粒物，该过程风量约为215000m3/h，喷涂、VOCs产生浓度为120~330mg/m3，该废气具有风量大、浓度低、废气组分复杂、无回收价值等主要特点。

  对于大风量、低浓度的有机废气经过沸石分子筛吸后，可转换成小风量、中高浓度的有机废气，因此企业喷漆废气选用沸石转轮吸附浓缩十RTO处理，具有净化效率高、投资低等优点，可以确保喷漆废气达标排放，工艺技术合理、可行。

  2.沸石转轮浓缩十RTO技术原理

  本技术是沸石转轮吸附同蓄热式焚烧技术的组合工艺，净化系统主要由三级干式过滤装置、沸石转轮浓缩吸附装置、RTO、风机、换热器、PLC自动化控制系统组成。该组合技术通过沸石转轮的吸附浓缩使大风量、低浓度有机废气浓缩为小风量、高浓度浓缩气体，高浓度浓缩气再经RTO高温燃烧分解为CO2和H2O等无机成分。沸石转轮浓缩装置是利用吸附-脱附-浓缩三项连续变温的吸附、脱附程序，通过转轮的旋转，在转轮(被分割成吸附区、脱附区、冷却区)上同时完成VOCs的吸附、脱附再生。

 组合技术工艺过程：经三级干式过滤装置去除粉尘、颗粒物后的有机废气流过浓缩转轮时，其中的有机物在转轮吸附区域会被吸附下来，经过吸附净化后的废气(约占处理风量的85%~95%)排放到大气中，一小部分废气(约占处理风量的5%~15%)对转轮冷却区降温后经换热器被加热到180~220℃的脱附温度后，流入脱附区，脱附区有机物从吸附剂—沸石上脱离到加热的气流中，转轮得以再生，脱附后的高浓度VOCs被送入RTO高温焚烧，反应后的高温烟气进入规整蜂窝陶瓷蓄热体，95%的热量被蓄热体吸收并“储存”起来，温度降低到接近RTO入口温度，通常不超过50℃。蓄热体温度升高后，通过切换阀或旋转装置切换气流流向，分别进行蓄热和放热，实现热量的有效回收利用。

  3.沸石转轮浓缩十RTO简介

  案例所采用沸石转轮浓缩十RTO废气处理设备主要包括混合总管单元、三级干式过滤器、升温调湿单元、沸石转轮浓缩单元、蓄热氧化炉单元。

  3.1三级干式过滤器

  三级干式漆雾过滤器能较完全地去除粉尘、漆雾，气体中0.5μm以上的尘净化效率≥98%。它的原理是通过材料纤维改变漆雾颗粒的惯性力方向从而将其从废气中分离出来，材料逐渐加密的多重纤维经增加撞击率，提高过滤效率。过滤时能有效通过不同过滤材料组合，利用材料空间容纳漆雾，达到更高的过滤效率是干式材料的特有性能。

  当过滤系统压力达到设定报警值时，报警系统发出报警信号，报警信号接入中央控制室，提醒操作人员更换滤材。

  沸石浓缩转轮被分为吸附区、脱附区、冷却区三个功能区，沸石分子筛转轮在各个功能区域内连续运转。

  在吸附区：废气通过前置的过滤器后，送至沸石分子筛转轮的吸附区。在吸附区(吸附区面积为S1)有机废气中的VOCs被沸石分子筛吸附，未被吸附的废气在吸附风机的带动下，直接排入烟囱达标排放。

  在脱附区：沸石转轮上吸附的VOCs，在脱附区(脱附区面积为S2)被高温逆向脱附、浓缩，脱附温度约200℃，浓缩倍数一般为5~25倍。浓缩倍数：

  n=(S1×V1)(/S2×V2)，其中S1/S2=10：1，

  V1/V2=(0.5~2.5)。脱附气在脱附风机的带动下进入RTO焚化系统。

  在冷却区：为保证高的吸附效率，需对高温脱附后的转轮进行冷却。冷却空气冷却转轮吸附材后自身被预热，作为脱附气的源气，再与来自RTO燃烧室来的高温净化气换热，温度提升至180~200℃后逆向进入转轮脱附区进行高温脱附。

  沸石分子筛转轮设备整体密闭，污染源主要为沸石分子筛更换产生的废沸石材料，但根据工程实际案例运营情况，吸附材料一般寿命在5年以上。

   在废气净化设施中，活性炭发挥着无可替代的重要作用。当前活性炭应用情况、废气处理效果究竟如何？曾有环保组织对某地部分企业废气处理设施中的活性炭进行取样检测，发现碘值（衡量活性炭吸附力高低的重要指标）800以上、灰分小于15%的高品质活性炭仅占1/3左右。由于市场上活性炭质量鱼龙混杂，导致部分废气净化设施不能很好运行，废气净化效果大打折扣，亟待重视和整治。活性炭质量良莠不齐，对于削减污染物排放量影响明显，究其原因，主要有三方面。

   一是不少企业对活性炭相关知识掌握甚少，个别企业甚至不知道活性炭的碘值、灰度是什么概念。加之企业内部安环和采购是两个独立的部门，从降低成本角度考量，通常选择价格低廉的活性炭。而在活性炭市场上，价格从每吨三四千元到一万四五千元不等。价格高低不同，活性炭的碘值自然也有着显著的差异。

   二是环境影响评价报告书中往往只要求废气达标排放，缺少过程管理要求，导致部分废气处理设施设计和施工公司存在弄虚作假行为。他们通过装配大功率风机，增大风量，调高风速，对废气倍量稀释。即便在活性炭吸附箱内装填劣质活性炭，但排风口废气仍然能够检测达标，但实际上废气中的污染物并未有效去除。

   三是对于活性炭的更换，通常没有具体可行的要求，致使企业只关注活性炭吸附箱内有没有活性炭，而对于活性炭何时更新、更换量是多少，均存在较大的随意性。笔者在调研中发现，个别汽修厂的废气处理设施已使用三四年了，但活性炭吸附箱从来没有打开过，更谈不上更新活性炭了。

   废气处理设施绝非企业的装饰品。因此，绝不能容许低碘值高灰分的活性炭滥竽充数，做做样子。

   也有人会认为：只要废气达标排放了，有必要过多关注活性炭的品质吗？这种观点看似结果导向，无可厚非，实则不然。笔者调查发现，低效活性炭可以保证废气短时间内达标排放，但由于其碘值偏低、吸附能力弱，很容易吸附饱和，因此污染物去除的持续性和实效性较差，甚至会出现无效运行状态。尤其对于风量大、污染物浓度接近排放限值的废气，劣质活性炭也许能保证废气勉强达标排放，但污染物去除率微不足道，偏离了依托废气处理设施减少污染物排放总量的初衷。

   当前，各地正在按照《重点行业挥发性有机物综合治理方案》相关部署，全力推动企业加强废气处理设施升级改造，规范日常运行管理。然而，如果盲目乱用活性炭，将影响废气治理效果。对此，笔者认为必须从提升污染物吸附效率的角度，加强探索研究，创新思路，在保证废气达标排放的前提下，还要进一步加强活性炭使用过程管理，确保活性炭在废气净化过程中切实发挥作用。

   一方面，建议对活性炭使用实施等级管理。根据活性炭碘值、灰分等要素，建议相关部门对活性炭划定明确的等级标准，为今后依法监管提供更加便利的基础条件。在此基础上，要根据污染物类别、废气处理工艺和设施类型以及进风口污染物浓度、风量、风速等，在环境影响评价报告书或废气处理设施建设改造方案中，明确活性炭使用的最低等级标准。根据活性炭碘值高低，测算废气处理设施开启时长，限定废气处理设施中活性炭的更换周期。对于劣质活性炭，要通过科学测算，确定相对较短的更换周期，保障污染物去除高效率。

   另一方面，建议对活性炭执法检查开展试点。当前碘值检测相对复杂，而且费用相对较高，不利于环境执法现场抽样检测。对此，建议研究更为便捷的活性炭碘值检测现场执法设备与执法规范，确保在短时间内定量分析出活性炭的类别。对于活性炭更换问题，在检查更换记录的同时，必须查看企业购买活性炭的发票，因此企业要加强台账资料管理，以备检查。同时，活性炭吸附箱的进风口和出风口要配备压力表，根据箱内风力压差初步判定活性炭吸附饱和情况。为了推动活性炭规范化使用，建议选择经济相对发达、产业种类较为齐全的地区，授权开展活性炭规范化使用专项执法检查试点，严防因为活性炭品质差、更换不及时，造成废气处理设施实际运行效率低下等现象。

       一、沸石的结构及特性

　　沸石是沸石族矿物的总称，是一种含水的碱金属或碱土金属的铝硅酸矿石。已经发现的沸石有36种，它们的共同特点就是具有架状结构，就是说在它们的晶体内，分子像搭架子似地连在一起，中间形成很多的空腔。

　　沸石具有吸附性、离子交换性、催化和耐酸耐热等性能，因此被广泛用作吸附剂、离子交换剂和催化剂，也可用于气体的干燥、净化和污水处理等方面。

　　二、工作原理

　　沸石转轮浓缩催化燃烧法处理有机废气的工作原理是：含VOCs废气进入沸石转轮，此时废气中VOCs绝大部分被转轮上的沸石吸附，而使废气中VOCs的含量大幅降低，从而成为较洁净的气体，达标排放至大气中，经过转轮吸附再高温脱附出来的废气就变成高浓度的VOCs气体，可降低后续处理程序的操作成本。利用沸石浓缩转轮将大风量、低浓度的废气浓缩为小风量、高浓度的废气，再以催化燃烧的方式，将有机组分转化为无害的CO2和H2O，以达到去除VOCs的目的。

　　沸石转轮热力燃烧处理工艺，特别适用于处理大风量、低浓度有机废气，可以有效提高处理效率、降低运行成本，VOCs去除效率可达到90%以上，有的甚至能达到99%以上。

　　沸石转轮吸附的目的是为了将VOCs废气从大风量浓缩到小风量高浓度。在小风量情况下，高浓度的VOCs气体将更高效地被燃烧炉处理。含VOCs的废气在经过旋转转轮处理区的时候被收集，当气体过了转轮后，VOCs就被转轮上的吸附介质吸附从而得到去除。

　　等转轮转到脱附区域时，附着在转轮上的VOCs被连续的高温及低流量脱附气体从反方向解吸收，高浓缩的VOCs气体从转盘中脱离并送到燃烧炉进行燃烧处理。旋转转轮经过脱附区域，经过低温再生再次转到处理区，对VOCs废气进行吸附净化。

　　经净化的VOCs废气一小部分通过加温进入脱附区，对吸附介质进行再生。大部分已净化气体进入燃烧炉的换热器中，从低温气体转换为高温气体，并输送到车间供设备烘干使用。多余的已净化气体则与经燃烧处理后的气体通过排气筒排放。

　　燃烧炉的用途是对经转轮脱附出来的高浓度VOCs气体进行燃烧氧化处理，同时利用换热器对经转轮净化处理的气体进行加温。

       沸石转轮吸附浓缩技术凭借其高效、节能的特点深受企业的喜爱，其多变的工作环境与低廉的成本在工业上为沸石转轮奠定着不可撼动的地位。如何选择操作稳妥、效率较高的沸石转轮，就需要人们的火眼金睛了，以下就介绍一下该从哪些方面选择沸石分子筛?

　　一、沸石含有率高

　　沸石转轮的沸石含有率与吸附浓缩效率是成正比的，因此，很多人在选择购买沸石转轮时，应该多关注一下该设备的沸石含有率是否满足要求或是足够高。选择优良的设备在一方面也是在提升企业的潜在价值。

　　二、疏水性好

　　评价沸石的吸附性好不好，不仅要看沸石的比表面积是否足够大，还要看设备的疏水性是否良好。在购买时，人们可以选择检验设备，检验设备的疏水性的佳空气湿度是大于60%的时候，如果出现设备堵塞和机器异常工作的情况，人们就应该谨慎考虑是否购买该设备，要明确沸石转轮的吸附性与疏水性同样重要。

　　三、脱附效率高

　　沸石的净化效率，一方面由吸收性决定，一方面由脱附功能决定，如果设备的脱附效率不能满足日常运行标准，时间一长，势必会影响到沸石转轮的工作效率。不仅如此，其还会对沸石转轮产生影响。

       沸石转轮装置实质上是一个浓缩器，经过转轮处理后的含有机溶剂的废气被分成两个部分：可以直接排放的洁净空气和含高浓度有机溶剂的再生空气。可以直接排放的洁净空气，可以进入喷漆空调通风系统进行循环使用;高浓度的VOCs气体，其浓度大约为进入系统前VOCs浓度的10倍左右，浓缩后的气体再通过TNV回收式热力焚烧系统(或其他设备)进行高温焚烧处理，焚烧产生的热量分别为烘干室供热和沸石转轮脱附供热，热量被充分利用，达到节能减排的效果。

       技术性能及特点：结构简单，维护方便，使用寿命长;高吸、脱附效率,使原本高风量、低浓度的VOCss废气，转换成低风量、高浓度的废气,降低后端终处理设备的成本;沸石转轮吸附VOCs所产生的压降极低，可大大减少电力能耗;整体系统采预组及模块化设计，具备了最小的空间需求，且提供了持续性及无人化的操控模式;经过转轮浓缩后的废气，可达到国家排放标准;吸附剂使用不可燃性疏水沸石，使用更安全;缺点是一次性投资较高。