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时间：2024-06-07 来源： 浏览：

分子筛在vocs治理中的一些基础知识

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分子筛因其高效性和稳定性，广泛应运在vocs治理领域。和固定床用的蜂窝/颗粒分子筛、沸石分子筛转轮等，是仅次于活性炭的存在。如下文章对相关知识进行了简单汇总及整理，有点益处，故分享给大家：

分子筛是一类具有均匀微孔，主要由硅、铝、氧及其它一些金属阳离子构成的吸附剂或薄膜类物质，其孔道的直径在分子尺度上，使得分子筛可以根据分子的大小进行选择性吸附。 沸石分子筛 是指那些具有分子筛作用的天然及人工合成的晶态硅铝酸盐。沸石分子筛晶体具有吸附性、可交换性等诸多优良性能，在vocs治理中也有广泛的应用。

一、分子筛与活性炭的比较

1.分子筛的基本特性及应用

分子筛对某些特定尺寸的voc分子有较高的选择性，这使得它在需要针对性去除特定组分的应用中表现优异。分子筛的主要优点包括：
高选择性：能够针对特定大小的分子进行吸附，尤其适用于分子大小差异显著的混合物。
高热稳定性和化学稳定性：可以在较高的温度下使用，适合于热再生。
可重复使用：经过适当的再生处理，可以多次使用，延长其使用寿命。

2.活性炭的基本特性及应用

活性炭是一种被广泛使用的吸附材料，以其高比表面积和多孔结构而著称。它对各种类型的vocs均有较好的吸附效果。活性炭的主要优点包括：
广泛的吸附能力：能够吸附多种化学物质，尤其是极性和非极性有机物。
成本相对较低：在众多吸附材料中，活性炭的成本相对较低，使得其在工业应用中更经济。
易于获得：活性炭的来源广泛，制备技术成熟。

3.比较分析

（1）选择性：
分子筛：对特定分子有更高的选择性，适用于需要针对特定vocs成分的场合。
活性炭：吸附范围广，但缺乏选择性，可能导致非目标气体也被吸附，影响吸附效率。
（2）再生与耐用性：
分子筛：能够在较高温度下进行再生，且不易受到热分解影响。
活性炭：再生时容易造成孔结构损坏，导致吸附能力下降。
（3）成本考量：
分子筛：初始成本较高，但由于其高效的再生能力和长期的稳定性， 分子筛不需要经常更换，使用成本低，维护成本低， 长期成本可能较低。
活性炭：初始成本较低，但频繁更换和再生的成本可能较高。

4.应用选择

选择分子筛还是活性炭主要取决于处理需求和经济考虑。对于需要高选择性和可以承受较高初期投资的场合，分子筛是更好的选择。而对于处理范围广泛的vocs且预算有限的情况，活性炭可能更为合适。在实际应用中，这两种材料有时也会被结合使用，以利用各自的优点，达到最佳的处理效果。

二、沸石分子筛在vocs治理领域的应用

沸石分子筛在vocs治理中，主要以 盘式转轮 、 筒式转轮 和 固定床分子筛 的形式进行应用。

1盘式转轮

盘式沸石转轮结构分区为吸附区、再生区及 冷却区 三个部分，一般都是按10:1:1的分区比例。
（1）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。
（2）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，另外也顺利实现了热能回收。
（3）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倍。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。
（4）常见沸石转轮不适用处理的物质
在分子筛转轮上易发生聚合反应的烯烃类物质、有机硅氧烷、沸点超高260℃以上的大分子物质等，可能会对转轮造成永久性损坏。按无法处理的物质成分、不允许进入转轮的物质和限制进入转轮的物质划分如下表所示。
表1 转轮无法处理的物质成分
表2 不允许进入转轮的物质
表3限制进入转轮的物质
基材及沸石晶体结构的破坏是不可逆，聚合物导致通气道堵塞基材及沸石晶体结构的破坏是不可逆，聚合物导致通气道堵塞可逆的。高沸点物质残留导致的石通气道堵塞是可逆，特定离线活化工艺可恢复原始性能的80-90%。
我们再按照这个标准再划分总结，如下：  
（5）沸石转轮技术存在的问题与不足
a.转轮技术存在的问题
转轮并不是对所有的气体都能处理。
对一些不易处理的废气，如易聚合的烯烃、炔烃组分（脱附时容易聚合堵塞）、苯乙烯、涂装行业 uv漆 的聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯等，沸石就显得无能为力。
转轮对废气的浓缩能力与自身的吸附容量有关。
通常所说“转轮对废气能浓缩20~40倍”，只是个概念问题。如果废气浓度本来就很低，不要说浓缩到40倍，就是50倍60倍都是有可能的。如果废气浓度高，比如1000mg/m 3 ，那恐怕连10倍的浓缩比也达不到。
任何一种吸附装置都有吸附周期的问题。
也就是说，任何一个吸附装置都有破点的问题，如果吸附操作中在即将达到破点时才切换，当运行不稳定时，就很容易超标；但是如果在距离破点还有较长的时间就提前切换，就不会超标。所以，一般转轮设定的吸附时间都会比达到破点的时间要短得多，因而很容易做到达标排放。
废气通过床层的风速是由它的停留时间决定的，对浓度较稀的废气，可以采用较大的风速。设计人员在设计转轮风速时，要根据气体的浓度进行选择。由于采用转轮处理的废气浓度一般都较低，所以可以采用较大的风速。但转轮的风速不是随意提升的，也必须考虑阻力问题。因此，转轮的吸附层厚度最大也不会超过500mm。
此外转轮还存在以下不足：
i.从结构上看，转轮属移动床在运行时会将处理系统内所有部分都旋转起来，这就导致运行时的能耗会增加；把用于气流切换的阀门变成了与吸附单元硬摩擦的密封件，并将这些密封件固定在不同的位置，用于和旋转的每个吸附单元进行接触，以实现气体的切换。这无疑会增加设备制造的难度。尤其是密封件，国内很少生产，基本依赖进口。
ii. 不少转轮的脱附都是采用高温（180℃~200℃）脱附，这不仅造成了能源浪费，也不利于资源回收。即使为了与后续的催化燃烧相衔接，也没必要采用高温去脱附。可以采用低温脱附后对脱附气再加热，这样就能实现节能。因为此时省去了对整个吸附系统加热的能量，同时采用较低的温度脱附，也省去了对床层进行冷却的能量（对于含氯的挥发性有机物，在采用转轮浓缩进行处理后，不可再进行催化燃烧，因为那样将会产生毒性更强的光气或二英）。
iii. 部分研究认为，由于沸石转轮的脱附比热相对较低的空气或工业氮气作为脱附介质，必须依靠脱附才能确保较高的再生效率。但这种观点是基于“温度越高脱附效果越好”的错误脱附规律的认识。实际生产中，脱附效率与脱附温度并不存在一定的正相关，即不同的吸附质均存在对应的理想脱附温度，而这一温度点与吸附质的沸点并不存在直接关联。

2筒式转轮

筒式沸石转轮除了材料加工上的差异，从结构上和盘式有很大的区别，利用模块化沸石材料填充成筒状结构，来实现vocs的吸附浓缩。结构分区上没有了盘式的冷却区，当浓缩倍率一样的话，其脱附能耗高于盘式转轮。筒式转轮的浓缩倍率最高可以做到50倍，浓缩倍率越高其搭配的燃烧装置或其他就规格越小，其模块化沸石便于安装和维护也是设备的一大特点。

3固定床沸石分子筛

不论筒式转轮或盘式转轮，其应用场景都要求工况具有连续性。因此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。
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米乐m6苹果官网下载的解决方案。
沸石固定床与其他吸附剂的对比表：
难以吸附的物质：甲醇、环己烷、甲醛、乙醛、二氯甲烷、戊烷等。
难脱附的物质：油雾、焦油、漆雾、丙烯啨、丁二烯、苯乙烯和其他超过200℃的高沸点物质。
导致沸石分子筛失效物质：酸性碱性物质；易于分解的卤代烃有机物。
导致沸石孔道堵塞的物质：铵盐、碳酸钙、等粉尘颗粒物；
低沸点物质：沸点低于40℃以下的物质(c4以下的烷烃、烯烃、卤代烃等)
高沸点物质：沸点在170℃~220℃的部分物质(三甲苯、乙二醇丁醚、丙二醇、乙二醇、dotp、nmp、dmso、def、丁内酯等)
沸石固定床的现场应用
1.沸石固定床可应用于大风量低浓度连续或间歇生产工艺；浓度不大于150~200mg/m 3 ；
2.对于废气中含有易聚合的物质苯乙烯、大分子高沸点无种子，丙酮等；
3.连续性生产的uv胶印、丝网印刷、单凹印刷大风量低浓度，均可应用；
4.对于汽车喷涂、家具喷漆、模具喷漆等大风量等间歇生产均可应用；
5.能耗相对来说比较低，在平时工作过程中，一直处于吸附状态到脱附时间后才进行脱附。

来源：科学环保人、正蓝环保、vocs指南，vocs减排工作站再编辑。

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