綠之源環(huán)保
綠之源環(huán)保
綠之源環(huán)保
通常自然界存在的結晶型硅鋁酸鹽稱(chēng)為沸石，人工合成的稱(chēng)為分子篩。1959年，美國聯(lián)合碳化物公司的密爾頓博士的第一個(gè)人工合成分子篩的專(zhuān)利被批準下來(lái)下來(lái)，至此人工沸石分子篩的應用更加廣泛。本文簡(jiǎn)單為大家介紹沸石分子篩在VOCs治理系統中的應用。
沸石的特點(diǎn)淺談
沸石分子篩吸附是利用物理吸附，將VOCs吸附到分子篩內部，再通過(guò)升高溫度使得VOCs逸出，完成吸附和脫附的全過(guò)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(lái)進(jìn)行選擇吸.特點(diǎn)1：選擇吸附通過(guò)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。雖然沸石分子篩沒(méi)有活性炭或硅膠、樹(shù)脂的吸附物質(zhì)的種類(lèi)廣泛，但是目標污染物的吸附效率大大提高。
特點(diǎn)2：種類(lèi)繁多 沸石分子篩通過(guò)硅氧四面體或鋁氧四面體通過(guò)氧橋鍵相連而形成的分子尺寸大?。ㄍǔ?.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(guò)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(guò)氧橋相互聯(lián)結形成各種不同結構的分子篩。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，可以調節分子篩的吸附能力。高硅沸石分子篩顯著(zhù)改變其疏水性，同時(shí)也改變了其耐溫性。實(shí)現了對VOCs工況的適應性擴展。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。
在沸石晶體的構造中存在離子（鈉、鉀、鈣等），通過(guò)陽(yáng)離子的交換，可以改變孔徑，從而實(shí)現更高效的吸附目標污染物。
特點(diǎn)4：安全性還有就是沸石材料本身是不燃物質(zhì)，在應用的安全性上有保障。
沸石分子篩應用類(lèi)型
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(lèi)型沸石分子篩的選擇以及負載工藝的優(yōu)化。
1986年，瑞典的蒙特公司率先將蜂窩狀沸石轉輪用于VOCs廢氣處理。1988年，日本株式會(huì )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(wú)機黏合劑粘結在一起后卷成具有蜂窩狀結構的轉輪，然后將疏水性沸石涂覆在蜂窩狀通道的表面得到吸附轉輪，并將其成功用于VOCs的凈化處理。目前，市場(chǎng)的沸石轉輪進(jìn)口品牌有蒙特、西部技研、霓佳斯以及東洋紡公司。雖然國內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(chǎng)上大量的實(shí)踐應用。
沸石轉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，提高了沸石負載量。
01盤(pán)式轉輪
盤(pán)式沸石轉輪結構分區為吸附區、再生區以及冷卻區三個(gè)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(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：一般采用制程氣進(jìn)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(shí)現了熱能回收。這個(gè)氣體也就是脫附氣。
脫附區：將經(jīng)過(guò)熱回收的氣體，再進(jìn)行加熱溫度到200℃左右，進(jìn)入脫附區進(jìn)行冷卻。脫附再生的風(fēng)量一般是進(jìn)氣的10-20倍。當進(jìn)行高溫再生，最高溫度可達到300℃左右，需要在設計時(shí)選擇高溫再生型轉輪。
02筒式轉輪
筒式沸石轉輪來(lái)自日本東洋紡，除了材料加工上的差異，從結構上和盤(pán)式有很大的區別，利用模塊化沸石材料填充成筒狀結構，來(lái)實(shí)現VOCs的吸附濃縮。
結構分區上沒(méi)有了盤(pán)式的冷卻區，當濃縮倍率一樣的話(huà)，其脫附能耗高于盤(pán)式轉輪。筒式轉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格越小，還有其模塊化沸石，便于安裝和維護，也是設備的一大特點(diǎn)。
03固定床沸石分子篩
不論筒式轉輪或盤(pán)式轉輪，其應用場(chǎng)景都要求工況具有連續性。因此在固定床活性炭發(fā)展的基礎上，通過(guò)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(chǎng)。由于沸石分子篩的特性，其動(dòng)態(tài)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(mén)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(jīng)驗和優(yōu)化難點(diǎn)解決方案。
總結
針對沸石轉輪的應用，常見(jiàn)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。
盡管目前沸石轉輪系統已經(jīng)稱(chēng)為全球公認的最高效的吸附濃縮技術(shù)，也不得不承認其本身具備一定的局限性。比如廢氣的組分復雜，很多工況難以明細其廢氣的真實(shí)濃度、組分或其濃度、組分具有變化性，沸石的應變能力就捉襟見(jiàn)肘。
沒(méi)有萬(wàn)能的設備或工藝，適合的才是最好的。針對大風(fēng)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。隨著(zhù)沸石分子篩、活性炭纖維、樹(shù)脂等吸附材料的研究與發(fā)展，未來(lái)市場(chǎng)的VOCs治理工藝更加繁多，優(yōu)化出合適工況的組合工藝，從投資和運行以及安全綜合解決末端VOCs治理問(wèn)題。
