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沸石分子筛在VOCs治理中的应用
发布时间：
2023-09-09
通常自然界存在的结晶型硅铝酸盐称为沸石，人工合成的称为分子筛。沸石分子筛吸附是利用物理吸附，将VOCs吸附到分子筛内部，再通过升高温度使得VOCs逸出，完成吸附和脱附的全过程。沸石分子筛的吸附主要是择形吸附，利用吸附质的分子形状和大小，以及分子极性和不饱和度来进行选择。
特点1.通过对二氧化硅和氧化铝极有规律的连接，形成的沸石分子筛的微孔具有均匀性，使得其吸附具有选择性，目标污染物的吸附效率大大提高。
特点2.改变二氧化硅和氧化铝的比例，可调节分子筛的吸附能力。高硅沸石分子筛显著改变其疏水性，同时也改变了其耐温性。实现了对VOCs工况的适应性扩展。减小高湿环境以及环境温度变化对吸附浓缩效果的影响。
特点3.沸石分子筛通过硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成的分子尺寸大小(通常为0.3nm至2.0 nm)的孔道和空腔体系，从而具有筛分分子的特性。氧环通过氧桥连结，形成具有三维空间的多面体，多面体有中空的笼，笼状结构是分子筛的骨架结构。不同结构的笼再通过氧桥相互联结形成各种不同结构的分子筛。如A型、ZSM-5等。在沸石晶体的构造中存在离子(钠、钾、钙等)，通过阳离子的交换，可以改变孔径，从而实现更高效的吸附目标污染物。
特点4.沸石材料本身是不燃物质，在应用的安全性上有保障。
从沸石分子筛的合成到集成装置的应用，其核心在于不同类型沸石分子筛的选择以及负载工艺的优化。
1.固定床沸石分子筛-在固定床活性炭发展的基础上，通过改变吸附材料，形成了固定床的蜂窝沸石分子筛吸附床。目前少量应用在市场。由于沸石分子筛的特性，其动态吸附容量远小于活性炭，且脱附温度高(250℃左右)。采用固定床系统对阀门的气密性、固定床的保温、脱附温升的控制等方面都加大了系统复杂。固定床沸石系统的应用，还需要积累经验和优化难点解决方案。
2.盘式沸石转轮-结构分区为吸附区、再生区以及冷却区三个部分。一般都是10：1：1的分区比例，也有采用45°脱附区和45°冷却区。
吸附区：废气迎风面，一般风速控制在2-4Nm/s，净化效率一般在90-97%。净化气进入烟囱。
冷却区：一般采用制程气进行冷却，一方面降低了冷却区沸石的温度，使得其具有吸附性。另一方面实现了热能回收。这个气体也就是脱附气。
脱附区：将经过热回收的气体，再进行加热温度到200℃左右，进入脱附区进行冷却。脱附再生的风量一般是进气的10-20分之一。当进行高温再生，最高温度可达到300℃左右，需要在设计时选择高温再生型转轮。
总结
针对沸石转轮的应用，常见的组合工艺有沸石转轮+燃烧系统(TO/RTO/CO/RCO)，沸石转轮+活性炭固定床吸附+冷凝、沸石转轮+冷凝(NMP回收)等。目前沸石转轮系统已经称为全球公认的最高效的吸附浓缩技术，针对大风量、低浓度，连续工况，常规VOCs，转轮的吸附浓缩是最佳的工艺选择。
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