沸石的特點(diǎn)淺談

沸石分子篩吸附是利用物理吸附，將VOCs吸附到分子篩內(nèi)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(zhì)的分子形狀和大小，以及分子極性和不飽和度來進(jìn)行選擇吸.

特點(diǎn)1：選擇吸附通過對二氧化硅和氧化鋁極有規(guī)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。雖然沸石分子篩沒有活性炭或硅膠、樹脂的吸附物質(zhì)的種類廣泛，但是目標(biāo)污染物的吸附效率大大提高。

特點(diǎn)2：種類繁多 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(huán)通過氧橋連結(jié)，形成具有三維空間的多面體，多面體有中空的籠，籠狀結(jié)構(gòu)是分子篩的骨架結(jié)構(gòu)。不同結(jié)構(gòu)的籠再通過氧橋相互聯(lián)結(jié)形成各種不同結(jié)構(gòu)的分子篩。如A型、ZSM-5等。

特點(diǎn)3：性能可優(yōu)化改變二氧化硅和氧化鋁的比例，可以調(diào)節(jié)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(shí)現(xiàn)了對VOCs工況的適應(yīng)性擴(kuò)展。減小高濕環(huán)境以及環(huán)境溫度變化對吸附濃縮效果的影響。

在沸石晶體的構(gòu)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(shí)現(xiàn)更高效的吸附目標(biāo)污染物。

特點(diǎn)4：安全性還有就是沸石材料本身是不燃物質(zhì)，在應(yīng)用的安全性上有保障。

沸石分子篩應(yīng)用類型

從沸石分子篩的合成到集成裝置的應(yīng)用，其核心在于不同類型沸石分子篩的選擇以及負(fù)載工藝的優(yōu)化。

1986年，瑞典的蒙特公司將蜂窩狀沸石轉(zhuǎn)輪用于VOCs廢氣處理。1988年，日本株式會社西部技研公司將加工成波紋形和平板形的陶瓷纖維紙用無機(jī)黏合劑粘結(jié)在一起后卷成具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)輪，然后將疏水性沸石涂覆在蜂窩狀通道的表面得到吸附轉(zhuǎn)輪，并將其成功用于VOCs的凈化處理。雖然國內(nèi)的沸石吸附濃縮裝置起步較晚，但目前也有幾家品牌在市場上大量的實(shí)踐應(yīng)用。

沸石轉(zhuǎn)輪的基材基本都選擇了以玻璃纖維為主的涂敷法，其中東洋紡采用濕法抄紙法工藝提進(jìn)行蜂窩沸石制作，提高了沸石負(fù)載量。

01盤式轉(zhuǎn)輪

盤式沸石轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)分區(qū)為吸附區(qū)、再生區(qū)以及冷卻區(qū)三個部分。一般都是10：1：1的分區(qū)比例，也有采用45°脫附區(qū)和45°冷卻區(qū)。

吸附區(qū)：廢氣迎風(fēng)面，一般風(fēng)速控制在2-4Nm/s，凈化效率一般在90-97%。凈化氣進(jìn)入煙囪。

冷卻區(qū)：一般采用制程氣進(jìn)行冷卻，一方面降低了冷卻區(qū)沸石的溫度，使得其具有吸附性。另一方面實(shí)現(xiàn)了熱能回收。這個氣體也就是脫附氣。

脫附區(qū)：將經(jīng)過熱回收的氣體，再進(jìn)行加熱溫度到200℃左右，進(jìn)入脫附區(qū)進(jìn)行冷卻。脫附再生的風(fēng)量一般是進(jìn)氣的10-20倍。當(dāng)進(jìn)行高溫再生，最高溫度可達(dá)到300℃左右，需要在設(shè)計(jì)時選擇高溫再生型轉(zhuǎn)輪。

02筒式轉(zhuǎn)輪

除了材料加工上的差異，從結(jié)構(gòu)上和盤式有很大的區(qū)別，利用模塊化沸石材料填充成筒狀結(jié)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)VOCs的吸附濃縮。

結(jié)構(gòu)分區(qū)上沒有了盤式的冷卻區(qū)，當(dāng)濃縮倍率一樣的話，其脫附能耗高于盤式轉(zhuǎn)輪。筒式轉(zhuǎn)輪的濃縮倍率最高可以做到50倍，濃縮倍率越高其搭配的燃燒裝置或其他就規(guī)格越小，還有其模塊化沸石，便于安裝和維護(hù)，也是設(shè)備的一大特點(diǎn)。

03沸石分子篩

不論筒式轉(zhuǎn)輪或盤式轉(zhuǎn)輪，其應(yīng)用場景都要求工況具有連續(xù)性。因此在固定床活性炭發(fā)展的基礎(chǔ)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(yīng)用在市場。由于沸石分子篩的特性，其動態(tài)吸附容量遠(yuǎn)小于活性炭，且脫附溫度高(250℃左右)。采用固定床系統(tǒng)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(tǒng)復(fù)雜。固定床沸石系統(tǒng)的應(yīng)用，還需要積累經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)化難點(diǎn)解決方案。

總結(jié)

針對沸石轉(zhuǎn)輪的應(yīng)用，常見的組合工藝有沸石轉(zhuǎn)輪+燃燒系統(tǒng)(TO/RTO/CO/RCO)，沸石轉(zhuǎn)輪+活性炭固定床吸附+冷凝、沸石轉(zhuǎn)輪+冷凝(NMP回收)等。

盡管目前沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)已經(jīng)稱為高效的吸附濃縮技術(shù)，也不得不承認(rèn)其本身具備一定的局限性。比如廢氣的組分復(fù)雜，很多工況難以明細(xì)其廢氣的真實(shí)濃度、組分或其濃度、組分具有變化性，沸石的應(yīng)變能力就捉襟見肘。

沒有萬能的設(shè)備或工藝，適合的才是好的。針對大風(fēng)量、低濃度，連續(xù)工況，常規(guī)VOCs，轉(zhuǎn)輪的吸附濃縮是最佳的工藝選擇。隨著沸石分子篩、活性炭纖維、樹脂等吸附材料的研究與發(fā)展，未來市場的VOCs治理工藝更加繁多，優(yōu)化出合適工況的組合工藝，從投資和運(yùn)行以及安全綜合解決末端VOCs治理問題。