通常自然界存在的結(jié)晶型硅鋁酸鹽稱為沸石，人工合成的稱為分子篩。1959年，美國(guó)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利被批準(zhǔn)下來(lái)下來(lái)，至此人工沸石分子篩的應(yīng)用更加廣泛。本文簡(jiǎn)單為大家介紹沸石分子篩在VOCs處理系統(tǒng)中的應(yīng)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(nèi)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)行選擇吸附。

特點(diǎn)1：選擇吸附通過(guò)對(duì)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(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(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(guò)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(shí)也改變了其耐溫性。實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(duì)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(guò)陽(yáng)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，瑞典的蒙特公司率先將蜂窩狀沸石轉(zhuǎn)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(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。目前，市場(chǎng)的沸石轉(zhuǎn)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(guó)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(chǎng)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。

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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(gè)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(gè)氣體也就是脫附氣。

脫附區(qū)：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(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(shí)選擇高溫再生型轉(zhuǎn)輪。

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筒式轉(zhuǎn)輪

筒式沸石轉(zhuǎn)輪來(lái)自日本東洋紡，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(lái)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)。

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固定床沸石分子篩

不論筒式轉(zhuǎn)輪或盤式轉(zhuǎn)輪，其應(yīng)用場(chǎng)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(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(yīng)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(yuǎn)小于活性炭，且脫附溫度高（250℃左右）。采用固定床系統(tǒng)對(duì)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(duì)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)稱為全球公認(rèn)的最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(wàn)能的設(shè)備或工藝，適合的才是最好的。針對(duì)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(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(yùn)行以及安全綜合解決末端VOCs治理問題。