CN115920865A - 一种处理复杂废气的沸石转轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种处理复杂废气的沸石转轮，沸石转轮呈圆盘形，由条形的波纹材料逐圈卷绕粘合而成；波纹材料包括条形的基材以及波纹状的负载层；负载层的正面与反面均涂覆有吸附材料层，其波谷与相应基材的正面粘合，使得波纹状负载层的相邻波谷之间的区域与基材围合形成第一气流通道；各第一气流通道与沸石转轮的轴线方向平行；各圈波纹材料的基材背面与前一圈波纹材料的负载层的波峰粘合，并围合形成第二气流通道。该沸石转轮的气流通道的形状和尺寸经过优化设计，使得沸石转轮具有更小的阻力、更大的负载率以及更好的吸附效果。
Description
技术领域
本发明涉及环保设备领域，尤其涉及一种处理复杂废气的沸石转轮。
背景技术
橡胶轮胎行业制作工艺主要包括炼胶、压延挤出、硫化等工序，会产生大量的挥发有机物。制作工序中需要添加大量的化学药剂，且采用高温混炼，加热范围为40～160℃，会产生大量的粉尘和VOCs，废气具有风量大、浓度低、成分复杂、难处理等特点。随着《橡胶制品工业污染物排放标准》(GB27632-2011)正式实施后，标准中要求轮胎及其他制品企业炼胶和硫化装置废气排放浓度排放限值为10mg/m3，项目落地难，处理要求高，使橡胶行业环保压力陡增，环保排放达标问题已经成为诸多轮胎企业生存和发展的“瓶颈”。以往采用的复合光催化氧化法、溶剂吸收法、生物法、除臭法等技术，均存在一定的技术局限性，处理效率约为50％-60％左右，在橡胶废气治理领域的应用已逐渐被淘汰。
鉴于以上存在的问题，以沸石转轮为核心的吸附浓缩技术，由于对大风量、低浓度有机废气处理效果突出，设备运行稳定，已发展成为橡胶废气治理的主流单品之一。但是，目前市场上的常规沸石转轮对易吸附、组成相对单一的废气成分，如苯系物、酮类、酯类等组分，处理效果较好；但对于组分较复杂，且存在难吸附组分如乙醇等的行业废气，选择性差，处理效率低，无法达标排放。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供一种处理复杂废气的沸石转轮，可有效处理橡胶行业复杂废气，处理效率高。
为实现上述目的，本发明提供了一种处理复杂废气的沸石转轮，其特征在于：所述沸石转轮呈圆盘形，由条形的波纹材料逐圈卷绕粘合而成；所述波纹材料包括条形的基材以及波纹状的负载层；所述负载层的正面与反面均涂覆有吸附材料层，其波谷与相应所述基材的正面粘合，使得所述波纹状负载层的相邻波谷之间的区域与所述基材围合形成第一气流通道；各所述第一气流通道与所述沸石转轮的轴线方向平行；各圈所述波纹材料的基材背面与前一圈所述波纹材料的负载层的波峰粘合，并围合形成第二气流通道。
本发明的进一步改进在于：所述负载层的波纹的截面形状为类正弦波，波峰波谷之间高度为1.3～2mm，波长为1.7～2.5mm，负载层的厚度为0.1～0.5mm。
本发明的进一步改进在于：所述基材的正面和背面也涂覆有吸附材料层。
本发明的进一步改进在于：所述第一气流通道的长度为360mm至420mm。
本发明的进一步改进在于：所述吸附材料为改性纳米分子筛，其包括HY、NaY、USY、FAU、ZSM分子筛中的一种或几种的组合。
与现有技术相比，本发明的主要有益效果是：
1)本发明的沸石转轮，所述波纹材料采用的波纹成型技术结合孔道流体分析模拟及力学应力分析计算，设计的波纹孔道具有最佳的波峰高度、宽度及负载层厚度。制作出来的波形结构，轻薄有韧性，重量轻阻力低。有效解决了市场上同类产品，具备轻薄特性的产品，波形结构强度较低，易变形；具备韧性的产品，孔道壁厚较厚，阻力大，负载率低的问题。
2)本发明所述的吸附材料负载层，与市场同类产品的单级涂层技术相比，采用单涂-交叉-叠涂的涂层负载技术，涂层粘附更牢固，分散更均匀，活性吸附位的暴露率更高(≥98％)。有效解决了市场同类产品涂层厚重，粘附力较差，通入废气时涂层易被气流剥落；涂层易覆盖活性吸附点位，直接影响产品吸附效果等问题。有效提高了后续吸附材料的上载效果，吸附效果更好。
3)本发明的沸石转轮，通过对吸附材料进行配方改性、优化设计不同吸附材料的配方比例，结合废气成分的竞争吸附机制，可优先选择吸附乙醇等废气组分，同时不影响其他废气组分的吸附效果，从而实现对橡胶行业复杂废气的高效处理。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1为本发明实施例的处理复杂废弃的沸石转轮的示意图；
图2为沸石转轮的端面的局部结构示意图；
图3为波纹材料的示意图。
图中：1、吸附材料负载层；2、基材固定层；3、波纹孔道。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
为了阐释的目的而描述了本发明的一些示例性实施例，需要理解的是，本发明可通过附图中没有具体示出的其他方式来实现。
如图1、图2所示，本发明的实施例提供一种处理复杂废气的沸石转轮，所述沸石转轮10呈圆盘形(图1中的填充图案仅为示意，不代表沸石转轮的截面的真实纹理)，由条形的波纹材料20逐圈卷绕粘合而成。所述波纹材料20包括条形的基材21以及波纹状的负载层22。负载层22的正面与反面均涂覆有吸附材料层，其波谷与相应所述基材的正面粘合，使得所述波纹状负载层的相邻波谷之间的区域与所述基材围合形成第一气流通道11；各所述第一气流通道11与所述沸石转轮10的轴线方向平行；各圈所述波纹材料20的基材21背面与前一圈所述波纹材料20的负载层22的波峰粘合，并围合形成第二气流通道12。
如图3所示，负载层22的波纹的截面形状为类正弦波，波峰波谷之间高度为1.3～2mm，波长为1.7～2.5mm，负载层22的厚度为0.1～0.5mm。波纹材料20的宽度为以及第一气流通道11的长度为400mm。波纹状孔道设计为接近正弦波形，采用流体模拟软件进行孔道结构模拟设计。通过仿真模拟有机废气分子进入孔道后的分布轨迹、运动速度、停留时间等参数，优化设计，得到上述的波纹孔道的波峰高度、波宽和负载层的厚度，使得沸石转轮具有更小的阻力、更大的负载率以及更好的吸附效果。
本实施例中，基材21的正面和背面也涂覆有吸附材料层。基材21和负载层22的吸附材料层采用单涂-交叉-叠涂的涂层负载技术进行制备，涂层粘附更牢固，分散更均匀，活性吸附位的暴露率更高(≥98％)。有效解决了市场同类产品涂层厚重，粘附力较差，通入废气时涂层易被气流剥落；涂层易覆盖活性吸附点位，直接影响产品吸附效果等问题。有效提高了后续吸附材料的上载效果，吸附效果更好。
本实施例的沸石转轮采用卷绕的方式进行制作，使得其径向的结构更加均匀稳定，在沸石转轮旋转过程中不容易变形。在制作过程中，在卷绕完成后将沸石转轮置于300℃高温炉内煅烧6h进行煅烧，可除去基材固定层中的水分及残留的有机杂质，增强所述波纹孔道的通量，提高所述吸附材料的负载总量(可达45％以上)。
本实施例的吸附材料对橡胶行业废气组分具有较强的选择性吸附能力。所述橡胶行业废气组分主要包括乙醇、正己烷、甲基异丁基甲酮、丙酮、2-甲基-丁烷等几种或多种废气成分。
进一步地，所述吸附材料层采用一种或几种纳米分子筛定制配比设计。所述纳米分子筛包括HY、NaY、USY、FAU、ZSM分子筛中的一种或几种组合。
在一个具体实施例中，针对某橡胶轮胎厂排放的废气，废气成分主要包括乙醇、正己烷、甲基异丁基甲酮、丙酮、2-甲基-丁烷等，废气风量约为20000m3/h，废气最大浓度范围为60mg/m3左右，废气主要成分如表1所示。针对性的采用两种不同纳米分子筛Y型和ZSM型分子筛复合配制，设计制作沸石转轮直径为1750mm，厚度为400mm，得到该沸石转轮对橡胶行业复杂废气的处理结果如表2所示：
表1：
表2：
本发明的沸石转轮不仅限于表1中列出的橡胶行业废气成分，而是适用于其所代表的污染物大类中的所有污染物。观察表1和表2可知，采用Y型和ZSM型复合配制的分子筛负载时，制得的沸石转轮对橡胶行业复杂废气进行处理，废气浓度为30～60mg/m3时，其处理效率达到93％以上，维持时长约30～47min；处理效率达到90％以上，维持时长约35～55min；处理效率达到85％以上，维持时长约42～63min；相较于现有技术中，同等工况条件下，其处理效率只有60～80％，且维持时长只有10～20min，大大低于本发明的处理效率。本发明的沸石转轮的处理效果不仅源于吸附材料层的材质，还源于波纹材料的形状设计。将本发明的沸石转轮搭配现有的吸附材料，相比于现有技术，仍可获得更好的吸附效果。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (5)
1.一种处理复杂废气的沸石转轮，其特征在于：所述沸石转轮(10)呈圆盘形，由条形的波纹材料(20)逐圈卷绕粘合而成；所述波纹材料(20)包括条形的基材(21)以及波纹状的负载层(22)；所述负载层(22)的正面与反面均涂覆有吸附材料层，其波谷与相应所述基材的正面粘合，使得所述波纹状负载层的相邻波谷之间的区域与所述基材围合形成第一气流通道(11)；各所述第一气流通道(11)与所述沸石转轮(10)的轴线方向平行；各圈所述波纹材料(20)的基材(21)背面与前一圈所述波纹材料(20)的负载层(22)的波峰粘合，并围合形成第二气流通道(12)。
2.根据权利要求1所述的一种处理复杂废气的沸石转轮，其特征在于：所述负载层(22)的波纹的截面形状为类正弦波，波峰波谷之间高度为1.3～2mm，波长为1.7～2.5mm，负载层(22)的厚度为0.1～0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种处理复杂废气的沸石转轮，其特征在于：所述基材(21)的正面和背面也涂覆有吸附材料层。
4.根据权利要求1所述的一种处理复杂废气的沸石转轮，其特征在于：所述第一气流通道(11)的长度为360mm至420mm。
5.根据权利要求1所述的一种处理复杂废气的沸石转轮，其特征在于：所述吸附材料为改性纳米分子筛，其包括HY、NaY、USY、FAU、ZSM分子筛中的一种或几种的组合。
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| 曹海洋;黄燕;徐军辉;田平;张卫明;: "橡胶行业VOCs治理技术解决方案", 科学技术创新, no. 20, 15 July 2020 (2020-07-15), pages 177 - 178 * |
| 鲍梅连;: "用于VOCs处理的沸石转轮技术研究", 机电信息, no. 18, 25 June 2018 (2018-06-25), pages 128 - 129 * |
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