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沸石分子篩在VOCs治理中的應用
發布時間：
2023-09-09
通常自然界存在的結晶型硅鋁酸鹽稱為沸石，人工合成的稱為分子篩。沸石分子篩吸附是利用物理吸附，將VOCs吸附到分子篩內部，再通過升高溫度使得VOCs逸出，完成吸附和脫附的全過程。沸石分子篩的吸附主要是擇形吸附，利用吸附質的分子形狀和大小，以及分子極性和不飽和度來進行選擇。
特點1.通過對二氧化硅和氧化鋁極有規律的連接，形成的沸石分子篩的微孔具有均勻性，使得其吸附具有選擇性，目標污染物的吸附效率大大提高。
特點2.改變二氧化硅和氧化鋁的比例，可調節分子篩的吸附能力。高硅沸石分子篩顯著改變其疏水性，同時也改變了其耐溫性。實現了對VOCs工況的適應性擴展。減小高濕環境以及環境溫度變化對吸附濃縮效果的影響。
特點3.沸石分子篩通過硅氧四面體或鋁氧四面體通過氧橋鍵相連而形成的分子尺寸大小(通常為0.3nm至2.0 nm)的孔道和空腔體系，從而具有篩分分子的特性。氧環通過氧橋連結，形成具有三維空間的多面體，多面體有中空的籠，籠狀結構是分子篩的骨架結構。不同結構的籠再通過氧橋相互聯結形成各種不同結構的分子篩。如A型、ZSM-5等。在沸石晶體的構造中存在離子(鈉、鉀、鈣等)，通過陽離子的交換，可以改變孔徑，從而實現更高效的吸附目標污染物。
特點4.沸石材料本身是不燃物質，在應用的安全性上有保障。
從沸石分子篩的合成到集成裝置的應用，其核心在于不同類型沸石分子篩的選擇以及負載工藝的優化。
1.固定床沸石分子篩-在固定床活性炭發展的基礎上，通過改變吸附材料，形成了固定床的蜂窩沸石分子篩吸附床。目前少量應用在市場。由于沸石分子篩的特性，其動態吸附容量遠小于活性炭，且脫附溫度高(250℃左右)。采用固定床系統對閥門的氣密性、固定床的保溫、脫附溫升的控制等方面都加大了系統復雜。固定床沸石系統的應用，還需要積累經驗和優化難點解決方案。
2.盤式沸石轉輪-結構分區為吸附區、再生區以及冷卻區三個部分。一般都是10：1：1的分區比例，也有采用45°脫附區和45°冷卻區。
吸附區：廢氣迎風面，一般風速控制在2-4Nm/s，凈化效率一般在90-97%。凈化氣進入煙囪。
冷卻區：一般采用制程氣進行冷卻，一方面降低了冷卻區沸石的溫度，使得其具有吸附性。另一方面實現了熱能回收。這個氣體也就是脫附氣。
脫附區：將經過熱回收的氣體，再進行加熱溫度到200℃左右，進入脫附區進行冷卻。脫附再生的風量一般是進氣的10-20分之一。當進行高溫再生，最高溫度可達到300℃左右，需要在設計時選擇高溫再生型轉輪。
總結
針對沸石轉輪的應用，常見的組合工藝有沸石轉輪+燃燒系統(TO/RTO/CO/RCO)，沸石轉輪+活性炭固定床吸附+冷凝、沸石轉輪+冷凝(NMP回收)等。目前沸石轉輪系統已經稱為全球公認的最高效的吸附濃縮技術，針對大風量、低濃度，連續工況，常規VOCs，轉輪的吸附濃縮是最佳的工藝選擇。
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