CN204429078U - 基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统 - Google Patents

基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统,包括:喷淋吸收塔、过滤器、高分子筛吸附床、催化燃烧设备;沿着有机废气的处理方向,喷淋吸收塔、过滤器、高分子筛吸附床依次设置组成有机废气的处理管路;高分子筛吸附床和催化燃烧设备通过管道相接组成高分子筛的再生回路。本实用新型具有结构简单、操作方便、达到较好的废气处理效果、保护环境、减轻日后的废气处理运营费用的优点,属于喷涂后产生的有机废气处理技术领域。

Description

基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统
技术领域
本实用新型涉及喷涂后产生的有机废气处理技术,具体的说,涉及一种基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统。
背景技术
吉他在加工过程中,有一道喷涂工序。针对PE、PU喷油线,所使用的涂料主要成分为PE漆、PU漆、UV漆、色漆等树脂类涂料等;有机溶剂为天那水。现有的有机废气仅通过活性碳吸附,处理方式单一,废气处理不彻底,污染环境。同时,吸附饱和的活性碳不易再生处理。
实用新型内容
针对现有技术中存在的技术问题,本实用新型的目的是:提供一种对有机废气进行有效处理,同时可对高分子筛吸附床的高分子筛清洗再生的基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统。
为了达到上述目的,本实用新型采用如下技术方案:
基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统,包括:喷淋吸收塔、过滤器、高分子筛吸附床、催化燃烧设备;沿着有机废气的处理方向,喷淋吸收塔、过滤器、高分子筛吸附床依次设置组成有机废气的处理管路;高分子筛吸附床和催化燃烧设备通过管道相接组成高分子筛的再生回路。
基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统,其特征在于:它还包括:吸附风机、脱附风机、电动阀门A、电动阀门B、电动阀门C、电动阀门D、手动阀门A、手动阀门B;有机废气的处理管路中,喷淋吸收塔、过滤器、吸附风机、电动阀门A、高分子筛吸附床、电动阀门B依次通过管道相接;高分子筛的再生回路中,高分子筛吸附床、手动阀门A、脱附风机、催化燃烧设备、电动阀门C依次通过管道相接,电动阀门C再与高分子筛吸附床通过管道相接;催化燃烧设备和电动阀门C之间的管道通过手动阀门B与大气相接;电动阀门C和高分子筛吸附床之间的管道通过电动阀门D与大气相接。
基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统,还包括位于高分子筛的再生回路中的热电偶A、热电偶B、热电偶C;热电偶A位于高分子筛吸附床的出口,热电偶B位于高分子筛吸附床的入口,检测催化燃烧温度的热电偶C位于催化燃烧设备内。
喷淋吸收塔包括:塔釜、进气口、出气口、喷淋装置、循环泵、循环池;进气口位于塔釜的下端,出气口位于塔釜的上端,喷淋装置位于装有填料的塔釜的内上方;喷淋装置、循环泵、循环池通过管道相接,循环池再与喷淋装置通过管道相接。
喷淋吸收塔的出气口处设有气体脱水装置。
过滤器为干式过滤器。
高分子筛吸附床内设有蜂窝状活性碳高分子筛。
催化燃烧设备包括:装有催化剂的催化床、对催化床预热的预热器。
基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理方法,使用基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统,包括如下步骤:有机废气先由喷淋吸收塔进行过滤,再由过滤器滤除细小的漆雾颗粒物,最后由高分子筛吸附床进行吸附过滤,最终排出尾气;高分子筛吸附床的高分子筛吸附饱和后,热气流将有机物从高分子筛上脱附下来,脱附下来的有机物被浓缩并输送至催化燃烧设备,经催化燃烧处理后,燃烧后的尾气一部分排入大气,其余与新空气混合后被送往高分子筛吸附床用于高分子筛的再生。
脱附下来的有机物被浓缩,浓度达到2000PPm以上时,有机物在催化燃烧设备中维持自燃,无需外加热。
本实用新型的原理是:
通过有机废气的处理管路实现吸附气体流程,通过高分子筛的再生回路实现脱附气体流程,喷淋吸收塔内的喷淋液可循环利用。
(A)废气流程
本实用新型的工艺流程为:车间生产线喷涂等设备在作业过程中产生的有机废气被喷涂有机废气处理系统的吸气口捕集,经管道直接进入喷淋吸收塔进行一级过滤,有机废气流由喷淋吸收塔的塔釜下部的进气口进入,塔釜内顶部的喷淋装置(防堵型喷嘴)产生雾状喷雾,洒下的吸收液在向下流动的过程中,沿着塔釜内填料的各处表面均匀分布,并在表面形成一均匀液膜。喷淋吸收塔的垂直设计使专用表面活性剂碱性水溶液和自下而上气体相向流动,并能很好地接触反应,有机废气流中的二甲苯、苯乙烯等污染物被加药装置制备的专用表面活性剂碱性水溶液吸收进入循环池,一级处理后的有机废气流由管道引入干式过滤器,以去除气体中细小的漆雾颗粒物,防止污染后面的高分子筛,提高高分子筛的使用寿命。然后,经除杂质后的有机废气进入高分子筛吸附床进行吸附过滤,利用多孔性分子筛吸附剂的吸附作用,脱除气态污染物中的水份、有机溶剂蒸气及其它有害气相物质等,经净化后的气体通过吸附风机、管道排入大气,达标排放。另外,喷淋吸收塔的顶部设有气体脱水装置,防止部分雾状酸碱性吸收液被带入风机。
当达到饱和时停止吸附,然后用热气流将有机物从高分子筛上脱附下来使高分子筛再生;脱附下来的有机物已被浓缩(浓度较原来提高几十倍)并送往催化燃烧设备催化燃烧成二氧化碳及水蒸气排出。当有机废气的浓度达到2000PPm以上时,有机废气在催化燃烧设备可维持自燃,不用外加热。燃烧后的尾气一部分排入大气,大部分被送往高分子筛吸附床,用于高分子筛的再生。这样可满足燃烧和吸附所需的热能,达到节能的目的。
具体流程如下:
①吸附气体流程
吸附时电动阀门A、B打开,手动阀门A关闭。启动吸附风机,从车间排放的有机废气由风管引出后,首先进入喷淋吸收塔、过滤器除尘,对有机废气流中的漆雾粉尘进行净化,过滤后的气体由吸附风机送入高分子筛吸附床内,气体中的有机物质被吸附在高分子筛表面而截留,从而气体得到净化,净化后的气体送入烟囱排放。
②脱附气体流程
待高分子筛吸附饱和后,该设备可切换到脱附过程,对高分子筛进行再生。
脱附时首先停止吸附风机,关闭电动阀门A、B,打开手动阀门A,启动预热器预热催化床,启动脱附风机,再通过调节电动阀门B、电动阀门C之间的开度,可使脱附温度稳定在150~250℃左右,对高分子筛进行脱附,脱附出来的有机物质,送入催化床,在催化剂的作用下被分解成CO2和H2O,同时放出大量的热,使气体温度进一步升高。经过催化床的高温气体分两部分,一部分直接排空,另一部分与新鲜的冷空气混合后进入高分子筛吸附床的吸附室,用来脱附高分子筛。一般达到脱附-催化燃烧自平衡过程须启动预热器2~3小时左右。达到热平衡后可关闭电加热,这样的再生处理系统靠有机废气中的有机溶剂做燃料,在无须外加能源基础上使再生过程达到自平衡循环,极大地减少能耗,并且无二次污染的产生。
(B)喷淋循环液流程
喷淋表面活性剂碱性水溶液在塔釜内与二甲苯、苯乙烯等充分接触、反应后,从塔釜流到循环池内收集,经漆雾渣经沉淀过滤后,清液返回喷淋装置循环使用。整个喷淋吸收循环系统闭路循环,饱和的循环液定期外运给有资质单位或排至厂内污水站处理。
特别说明:循环废水需进行周期性更换,因其水量小,定期外运交给有资质单位或排入厂内污水站进行处理。
总的说来,本实用新型具有如下优点:
1.结构简单、操作方便。
2.有机废气经表面活性剂喷淋吸收塔+干式过滤器+高分子筛吸附床+RCO催化燃烧组合净化工艺,能达到较好的废气处理效果,保护环境,减轻日后的废气处理运营费用。
3.喷淋吸收塔的喷淋液循环利用,节约能源,降低回收成本。
4.高分子筛循环再生,靠废气中的有机溶剂做燃料,再生过程达到自平衡循环,极大的减少能耗。
附图说明
图1是基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统的结构简图,实线箭头显示吸附过程,虚线箭头显示脱附过程。
图2是基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统的连接关系图。
其中,1为喷淋吸收塔,2为过滤器,3为吸附风机,4为高分子筛吸附床,5为脱附风机,6为催化床,7为预热器,8A为电动阀门A,8B为电动阀门B,8C为电动阀门C,8D为电动阀门D,9A为手动阀门A,9B为手动阀门B,10A为热电偶A,10B为热电偶B,10C为热电偶C,11为阻火器,12为控制系统。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。
基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统,包括:喷淋吸收塔,过滤器,吸附风机,高分子筛吸附床,脱附风机,催化燃烧设备,电动阀门A,电动阀门B,电动阀门C,电动阀门D,手动阀门A,手动阀门B,热电偶A,热电偶B,热电偶C。系统的运行由控制系统进行控制调节。
喷淋吸收塔,过滤器,吸附风机,电动阀门A,高分子筛吸附床,电动阀门B,依次通过管道相接组成有机废气的处理管路。
高分子筛吸附床,手动阀门A,脱附风机,催化燃烧设备,电动阀门C,高分子筛吸附床通过管道相接组成高分子筛的再生回路。其中,催化燃烧设备和电动阀门C之间的管道通过手动阀门B与环境大气相接排气,电动阀门C和高分子筛吸附床之间的管道通过电动阀门D与环境大气相接进气。热电偶A检测高分子筛吸附床热气流的出气温度,热电偶B检测高分子筛吸附床热气流的进气温度,热电偶C检测催化燃烧设备的实时温度。
下面对系统中的各个设备进行说明。
一、喷淋吸收塔。
喷淋吸收塔包括:塔釜、进气口、出气口、喷淋装置、循环泵、循环池;进气口位于塔釜的下端,出气口位于塔釜的上端,喷淋装置位于装有填料的塔釜的内上方;喷淋装置、循环泵、循环池通过管道相接,循环池再与喷淋装置通过管道相接。喷淋吸收塔的出气口处设有气体脱水装置。
为了有效地防腐和节省造价,塔釜材料采用碳钢A3或PP。
喷淋吸收塔设计成气密性结构,防止液体泄漏。塔釜上的人孔、通道、连接管道等需要在壳体穿孔的地方将进行密封,防止泄漏。
喷淋装置的喷嘴采用雾化喷嘴,塔釜将尽可能避免形成死角及堵塞。
塔釜底面设计能保证完全排空净化液。
喷淋吸收塔的整体设计将方便塔釜内部件的检修和维护,塔釜内部的导流板、喷淋装置和支撑等尽可能不堆积污物和结垢,并且设有通道以便于清洁。
塔釜配备有足够数量和大小合适的人孔门和观察孔,人孔门和观察孔没有泄漏。
本方案设计采用碱性表面活性剂水溶液吸收法,选用旋流板多密球乱堆,气液接触时间3-5S,其主要设备参数如下:
序号 项目 参数
1 处理风量 30500m3/h、常温
2 塔径、塔高 φ2.6m×5.2m
3 塔板层数 1层旋流板+2层填料+1层除雾
4 设计空塔气速 ~1.5m/s
5 液气比 ~1.5L/m3
6 塔体材质 PP、12mm
7 循环液量 ~45m3/h
8 配套水箱容积 12m3
9 数量 1台
循环泵满足如下特殊要求:
循环泵将循环池内碱性水溶液送至每层填料及旋流板,二层填料及一层旋流板共用1台主循环泵,每层的循环液流量通过阀门进行调节。
循环泵为自吸泵,叶轮由防腐耐磨高分子材料制成。
循环泵设计便于拆换和维修。
据此选用耐腐蚀离心泵,其性能参数如下表所示:
二、过滤器。
本方案中,过滤器的作用是对微小颗粒进行过滤处理,防止颗粒物堵塞和污染后面的高分子筛吸附床。过滤器采用初中效两级过滤。过滤材料采用无纺布,初效采用板式,中效采用袋式结构,要求更换周期为一个月以上,其主要参数如下:
序号 项目 单位 数量
1. 处理风量 mg/Nm3 30500
2. 风速 (m/s) 0.5-1.0
3. 容尘量 (kg/m2) 20-28
4. 耐高温 (℃) 180
5. 过滤效率 (%) 90-98
6. 最大承压 (Pa) 200
7. 阻力 (Pa) <50
8. 材质 - 纸质
9. 外形尺寸L×W×H m 2.0×1.5×1.0
10. 数量 1
三、高分子筛吸附床。
利用高分子筛的晶体吸附特性吸附有机废气是一种常用的废气处理手段,可使有机废气净化效率高达95%以上。吸附剂表面面积愈大、单位质量吸附剂所能吸附的物质愈多。本方案采用蜂窝状活性碳作为高分子筛,比表面积900~1500m2/g,具有非常良好的吸附特性。
高分子筛吸附床的特点:
高分子筛吸附床吸附载体采用蜂窝状高分子筛,比表面积900~1500m2/g,其吸附量比分子筛颗粒一般大20-100倍,其比重为分子筛的8-10倍,吸附容量为25wt%。因此净化装置具有体积小、净化效率高、活性好等优点。当吸附载体吸附饱和时,启动脱附系统进行脱附再生处理,再生处理后其性能基本恢复原先的参数,可继续使用。其使用寿命为5年。处理装置按吸附周期为100-150h设计(按每天运行10小时计算,吸附周期为10-15天)。
注:在实际应用中,所有的过滤设备都不可能100%的净化颗粒物杂质,会有少量固体杂质通过管道进入到高分子筛吸附床,粘附在高分子筛层前面的1~2层高分子筛表面,长时间的积累将影响高分子筛吸附床前面一层高分子筛的吸附效果,因此我们可以采用如下方法保证高分子筛的吸附效果:由于蜂窝状高分子筛易于拆卸和清理,在相应高分子筛吸附床工作一段时间后可以将第一、第二层高分子筛拆下,清理后放回,如果甲方明显感觉到高分子筛吸附效果下降,可更换前面的一层高分子筛。
吸附质都有使用寿命限制,脱附是影响寿命的主要因素之一,因此脱附次数少,可延长吸附质的使用寿命。回转轮式有机废气净化设备是连续不停地吸附、脱附,而固定床式有机废气净化设备是间歇吸附、脱附,甚至可吸附几天才脱附一次,因此固定床式有机废气净化设备脱附次数比回转轮式有机废气净化设备要少,使用寿命要长。其主要设备参数如下:
序号 项目 单位 数量
1 处理风量 mg/Nm3 30500
2 空塔风速 m/s ~0.5
3 分子筛用量 M3 8
4 吸附周期 h 100-150
5 吸附器阻力 Pa ~600
6 吸附器耐压等级 Pa -5000
7 最大漏风率 3
8 壳体材质 A3钢
9 室体保温 mm 岩棉,厚50
10 防腐要求 环氧富锌底漆+耐候型面漆
11. 外形尺寸L×W×H m 4.5×2.0×3.5
12. 数量 1
注:本项目净化系统高分子筛的吸附周期是按同类性质项目进行初步估算的,在系统运行的实际操作过程中,应根据废气的成分、浓度、生产时间的实际变化情况来调整高分子筛的再生时间。
四、催化燃烧设备。
催化燃烧设备包括:装有催化剂的催化床、对催化床预热的预热器。需满足如下要求:
操作方便:设备工作时,实现自动控制。
能耗低,节能效果好:设有高效折流换热器,回用的热能可部分或全部停止预热室工作。
安全可靠:设备配有阻火除尘系统、防爆泄压系统、超温报警系统及先进自控系统。
阻力小,净化率高:采用当今先进的贵金属钯、铂浸渍的蜂窝状陶瓷载体催化剂,比表面积大。
使用寿命长:催化剂一般20000小时更换,并且载体可再生。
催化燃烧内装有催化剂,其设计大小根据喷淋吸收塔的大小相配,其设计参数如下:
五、控制系统。
采用高分子筛吸附浓缩+RCO(蓄热式催化燃烧法,regenerative catalyticoxidizers,RCO)催化燃烧组合工艺治理有机废气,对吸附和脱附进行分别控制:
吸附过程,只控制吸附风机,实现吸附风机的开启、停止即可,吸附风机采用变频控制。对脱附采用数字控制,主要由温度来实现整个脱附过程的阀门和加热器的自动功能。以时间参数来实现脱附风机和脱附时间的控制,控制系统具有以下几个特点:
1).运行时具有连锁功能;
2).运行时出现的异常情况可报警及自动停机;
3).根据工艺要求改变控制参数如:脱附周期;
4).控制系统操作简单,对工艺参数方便调节。
六、吸附风机和脱附风机。
选用珠江牌离心引风机,根据本系统的设计风量及系统阻力计算,其性能参数如下表所示:(2台)
备注:本系统拟采用变频器控制风机电机转速,以节省运行能耗成本。
下面对操作规程进行说明。
一、吸附过程。
关闭手动阀门A、电动阀门C、电动阀门D、手动阀门B;开启电动阀门A、电动阀门B,启动循环泵,启动吸附风机,系统处于吸附状态,并计时(记录吸附风机运行时间)。有机废气先由喷淋吸收塔进行过滤,再由过滤器滤除细小的漆雾颗粒物,最后由高分子筛吸附床进行吸附过滤,最终排出尾气。
二、脱附过程。
①脱附时停止循环泵、停止吸附风机,关闭电动阀门A、电动阀门B。
②开启手动阀门A、电动阀门C。
③启动脱附风机;启动预热器加热催化床;风经过催化床升温,然后再经电动阀门C进入高分子筛吸附床,对吸附剂升温脱附,此时,风量内循环,风量大小可通过脱附风机的频率手动调节。系统开始计时(记录脱附风机运行时间)。
③当热电偶C检测的温度达到200℃时,开启手动阀门B,排空部分热空气;
④当热电偶A检测的温度达到300℃时,停止催化床的电加热;待温度下降到250℃,在重新启动,电加热器如此循环。
⑤当热电偶C检测的温度达到220℃时,开启电动阀门D,同时关闭电动阀门C,当热电偶C检测的温度低于210℃,关闭电动阀门D,同时开启电动阀门C,电动阀门C、D如此循环开闭,使系统的脱附温度维持在200~220℃之间。
⑥当催化床的温度达到600℃时,强制关闭电动阀门C,开启电动阀门D,系统补冷降温,并报警;待催化床的温度下降到400℃时,报警解除,再开启电动阀门C,此时,电动阀门C、D的动作按步骤⑤执行。
⑦当热电偶B的温度达到180℃时,关闭催化床加热功率,开启电动阀门D,关闭电动阀门C,系统冷却,再过60min,关闭脱附风机,再生过程结束,计时器清零。
高分子筛吸附床的高分子筛吸附饱和后,热气流将有机物从高分子筛上脱附下来,脱附下来的有机物被浓缩并输送至催化燃烧设备,经催化燃烧处理后,燃烧后的尾气一部分排入大气,其余与新空气混合后被送往高分子筛吸附床用于高分子筛的再生。脱附下来的有机物被浓缩,浓度达到2000PPm以上时,有机物在催化燃烧设备中维持自燃,无需外加热。
采用本实用新型对吉他PE、PU喷油线的废气进行处理,生产中所使用的涂料主要成分为PE漆、PU漆、UV漆、色漆等树脂类涂料等;有机溶剂为天那水。所用涂料化学成分分析见下表:
通过采用本实用新型,可以使排放到大气中的污染物量得到有效控制。根据项目的环评资料,试验车间所处的位置为二类区,本项目大气一般污染物排放标准采用广东省《大气污染物排放限值》(DB 44/27-2001)第二时段二级标准,具体执行指标如下:
对VOCS的排放,国家尚未出台污染排放标准,其排放限值标准参照执行《荷兰排放导则》(NER,Nederlandse Emissie Richtlijner)相关要求,即VOCS≤50mg/m3,排放速率根据《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》(GB/T13201-91)计算。
本项目喷漆生产线在运行过程中有机溶剂挥发形成有机废气,其主要污染物VOCS、臭气等,执行《恶臭污染物排放标准》(GB14554-1993)二级标准。
大气特征污染物排放限值参照标准如下(注:VOCS排放浓度参考执行《荷兰排放导则》排放限值):
臭气排放执行标准如下:
经试验,本实用新型处理的有机废气达到上述标准。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式,但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统,其特征在于:包括:喷淋吸收塔、过滤器、高分子筛吸附床、催化燃烧设备;沿着有机废气的处理方向,喷淋吸收塔、过滤器、高分子筛吸附床依次设置组成有机废气的处理管路;高分子筛吸附床和催化燃烧设备通过管道相接组成高分子筛的再生回路。
2.按照权利要求1所述的基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统,其特征在于:它还包括:吸附风机、脱附风机、电动阀门A、电动阀门B、电动阀门C、电动阀门D、手动阀门A、手动阀门B;
有机废气的处理管路中,喷淋吸收塔、过滤器、吸附风机、电动阀门A、高分子筛吸附床、电动阀门B依次通过管道相接;
高分子筛的再生回路中,高分子筛吸附床、手动阀门A、脱附风机、催化燃烧设备、电动阀门C依次通过管道相接,电动阀门C再与高分子筛吸附床通过管道相接;催化燃烧设备和电动阀门C之间的管道通过手动阀门B与大气相接;电动阀门C和高分子筛吸附床之间的管道通过电动阀门D与大气相接。
3.按照权利要求1或2所述的基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统,其特征在于:它还包括位于高分子筛的再生回路中的热电偶A、热电偶B、热电偶C;热电偶A位于高分子筛吸附床的出口,热电偶B位于高分子筛吸附床的入口,检测催化燃烧温度的热电偶C位于催化燃烧设备内。
4.按照权利要求1或2所述的基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统,其特征在于:所述喷淋吸收塔包括:塔釜、进气口、出气口、喷淋装置、循环泵、循环池;进气口位于塔釜的下端,出气口位于塔釜的上端,喷淋装置位于装有填料的塔釜的内上方;喷淋装置、循环泵、循环池通过管道相接,循环池再与喷淋装置通过管道相接。
5.按照权利要求4所述的基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统,其特征在于:所述喷淋吸收塔的出气口处设有气体脱水装置。
6.按照权利要求1或2所述的基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统,其特征在于:所述过滤器为干式过滤器。
7.按照权利要求1或2所述的基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统,其特征在于:所述高分子筛吸附床内设有蜂窝状活性碳高分子筛。
8.按照权利要求1或2所述的基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统,其特征在于:所述催化燃烧设备包括:装有催化剂的催化床、对催化床预热的预热器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104524947A (zh) * 2015-01-07 2015-04-22 广东红棉乐器有限公司 基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统和处理方法

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