環(huán)保展指出，揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds, VOCs）廣泛存在于工業(yè)廢氣中，包括石油化工、噴漆、印刷和制藥等行業(yè)。VOCs不僅對環(huán)境構(gòu)成威脅，還可能對人體健康產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，有效地控制和處理VOCs排放至關(guān)重要。在眾多控制技術(shù)中，分子篩因其高效性和穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)運在VOCs治理領(lǐng)域。

 

 

 

分子篩是一類具有均勻微孔，主要由硅、鋁、氧及其它（專業(yè)各類VOCs治理RTO、RCO、CO、冷凝器、噴淋塔、活性炭/樹脂/沸石吸脫附等設(shè)備廠家：樊13141458653微信同）一些金屬陽離子構(gòu)成的吸附劑或薄膜類物質(zhì)，其孔道的直徑在分子尺度上，使得分子篩可以根據(jù)分子的大小進(jìn)行選擇性吸附。沸石分子篩是指那些具有分子篩作用的天然及人工合成的晶態(tài)硅鋁酸鹽。沸石分子篩晶體具有吸附性、可交換性等諸多優(yōu)良性能，在VOCs治理中也有廣泛的應(yīng)用。

 

 

 

一、分子篩與活性炭的比較

 

 

 

1.分子篩的基本特性及應(yīng)用

 

環(huán)保展指出，分子篩對某些特定尺寸的VOC分子有較高的選擇性，這使得它在需要針對性去除特定組分的應(yīng)用中表現(xiàn)優(yōu)異。分子篩的主要優(yōu)點包括：

 

高選擇性：能夠針對特定大小的分子進(jìn)行吸附，尤其適用于分子大小差異顯著的混合物。

 

高熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性：可以在較高的溫度下使用，適合于熱再生。

 

可重復(fù)使用：經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑偕幚恚梢远啻问褂?，延長其使用壽命。

 

2.活性炭的基本特性及應(yīng)用

 

活性炭是一種被廣泛使用的吸附材料，以其高比表面積和多孔結(jié)構(gòu)而著稱。它對各種類型的VOCs均有較好的吸附效果?；钚蕴康闹饕獌?yōu)點包括：

 

廣泛的吸附能力：能夠吸附多種化學(xué)物質(zhì)，尤其是極性和非極性有機(jī)物。

 

成本相對較低：在眾多吸附材料中，活性炭的成本相對較低，使得其在工業(yè)應(yīng)用中更經(jīng)濟(jì)。

 

易于獲得：活性炭的來源廣泛，制備技術(shù)成熟。

 

3.比較分析

 

（1）選擇性：

 

分子篩：對特定分子有更高的選擇性，適用于需要針對特定VOCs成分的場合。

 

活性炭：吸附范圍廣，但缺乏選擇性，可能導(dǎo)致非目標(biāo)氣體也被吸附，影響吸附效率。

 

（2）再生與耐用性：

 

分子篩：能夠在較高溫度下進(jìn)行再生，且不易受到熱分解影響。

 

活性炭：再生時容易造成孔結(jié)構(gòu)損壞，導(dǎo)致吸附能力下降。

 

（3）成本考量：

 

分子篩：初始成本較高，但由于其高效的再生能力和長期的穩(wěn)定性，分子篩不需要經(jīng)常更換，使用成本低，維護(hù)成本低，長期成本可能較低。

 

活性炭：初始成本較低，但頻繁更換和再生的成本可能較高。

 

4.應(yīng)用選擇

 

環(huán)保展說明，選擇分子篩還是活性炭主要取決于處理需求和經(jīng)濟(jì)考慮。對于需要高選擇性和可以承受較高初期投資的場合，分子篩是更好的選擇。而對于處理范圍廣泛的VOCs且預(yù)算有限的情況，活性炭可能更為合適。在實際應(yīng)用中，這兩種材料有時也會被結(jié)合使用，以利用各自的優(yōu)點，達(dá)到最佳的處理效果。

 

二、沸石分子篩在VOCs治理領(lǐng)域的應(yīng)用

 

沸石分子篩在VOCs治理中，主要以盤式轉(zhuǎn)輪、筒式轉(zhuǎn)輪和固定床分子篩的形式進(jìn)行應(yīng)用。

 

1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)及冷卻區(qū)三個部分，一般都是按10:1:1的分區(qū)比例。

 

 

 

（1）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。

 

（2）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，另外也順利實現(xiàn)了熱能回收。

 

（3）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)計時選擇高溫再生型轉(zhuǎn)輪。

 

（4）常見沸石轉(zhuǎn)輪不適用處理的物質(zhì)

 

在分子篩轉(zhuǎn)輪上易發(fā)生聚合反應(yīng)的烯烴類物質(zhì)、有機(jī)硅氧烷、沸點超高260℃以上的大分子物質(zhì)等，可能會對轉(zhuǎn)輪造成永久性損壞。按無法處理的物質(zhì)成分、不允許進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的物質(zhì)和限制進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的物質(zhì)劃分如下表所示。

 

表1 轉(zhuǎn)輪無法處理的物質(zhì)成分

 

 

 

表2 不允許進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的物質(zhì)

 

 

 

表3限制進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的物質(zhì)

 

 

 

基材及沸石晶體結(jié)構(gòu)的破壞是不可逆，聚合物導(dǎo)致通氣道堵塞基材及沸石晶體結(jié)構(gòu)的破壞是不可逆，聚合物導(dǎo)致通氣道堵塞可逆的。高沸點物質(zhì)殘留導(dǎo)致的石通氣道堵塞是可逆，特定離線活化工藝可恢復(fù)原始性能的80-90%。

 

我們再按照這個標(biāo)準(zhǔn)再劃分總結(jié)，如下： 

 

 

 

（5）沸石轉(zhuǎn)輪技術(shù)存在的問題與不足

 

A.轉(zhuǎn)輪技術(shù)存在的問題

 

轉(zhuǎn)輪并不是對所有的氣體都能處理。

 

對一些不易處理的廢氣，如易聚合的烯烴、炔烴組分（脫附時容易聚合堵塞）、苯乙烯、涂裝行業(yè)UV漆的聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯等，沸石就顯得無能為力。

 

轉(zhuǎn)輪對廢氣的濃縮能力與自身的吸附容量有關(guān)。

 

通常所說“轉(zhuǎn)輪對廢氣能濃縮20~40倍”，只是個概念問題。如果廢氣濃度本來就很低，不要說濃縮到40倍，就是50倍60倍都是有可能的。如果廢氣濃度高，比如1000mg/m³，那恐怕連10倍的濃縮比也達(dá)不到。

 

任何一種吸附裝置都有吸附周期的問題。

 

也就是說，任何一個吸附裝置都有破點的問題，如果吸附操作中在即將達(dá)到破點時才切換，當(dāng)運行不穩(wěn)定時，就很容易超標(biāo)；但是如果在距離破點還有較長的時間就提前切換，就不會超標(biāo)。所以，一般轉(zhuǎn)輪設(shè)定的吸附時間都會比達(dá)到破點的時間要短得多，因而很容易做到達(dá)標(biāo)排放。

 

廢氣通過床層的風(fēng)速是由它的停留時間決定的，對濃度較稀的廢氣，可以采用較大的風(fēng)速。設(shè)計人員在設(shè)計轉(zhuǎn)輪風(fēng)速時，要根據(jù)氣體的濃度進(jìn)行選擇。由于采用轉(zhuǎn)輪處理的廢氣濃度一般都較低，所以可以采用較大的風(fēng)速。但轉(zhuǎn)輪的風(fēng)速不是隨意提升的，也必須考慮阻力問題。因此，轉(zhuǎn)輪的吸附層厚度最大也不會超過500mm。

 

此外轉(zhuǎn)輪還存在以下不足：

 

i.從結(jié)構(gòu)上看，轉(zhuǎn)輪屬移動床在運行時會將處理系統(tǒng)內(nèi)所有部分都旋轉(zhuǎn)起來，這就導(dǎo)致運行時的能耗會增加；把用于氣流切換的閥門變成了與吸附單元硬摩擦的密封件，并將這些密封件固定在不同的位置，用于和旋轉(zhuǎn)的每個吸附單元進(jìn)行接觸，以實現(xiàn)氣體的切換。這無疑會增加設(shè)備制造的難度。尤其是密封件，國內(nèi)很少生產(chǎn)，基本依賴進(jìn)口。

 

ii.不少轉(zhuǎn)輪的脫附都是采用高溫（180℃~200℃）脫附，這不僅造成了能源浪費，也不利于資源回收。即使為了與后續(xù)的催化燃燒相銜接，也沒必要采用高溫去脫附。可以采用低溫脫附后對脫附氣再加熱，這樣就能實現(xiàn)節(jié)能。因為此時省去了對整個吸附系統(tǒng)加熱的能量，同時采用較低的溫度脫附，也省去了對床層進(jìn)行冷卻的能量（對于含氯的揮發(fā)性有機(jī)物，在采用轉(zhuǎn)輪濃縮進(jìn)行處理后，不可再進(jìn)行催化燃燒，因為那樣將會產(chǎn)生毒性更強(qiáng)的光氣或二英）。

 

iii.部分研究認(rèn)為，由于沸石轉(zhuǎn)輪的脫附比熱相對較低的空氣或工業(yè)氮氣作為脫附介質(zhì)，必須依靠脫附才能確保較高的再生效率。但這種觀點是基于“溫度越高脫附效果越好”的錯誤脫附規(guī)律的認(rèn)識。實際生產(chǎn)中，脫附效率與脫附溫度并不存在一定的正相關(guān)，即不同的吸附質(zhì)均存在對應(yīng)的理想脫附溫度，而這一溫度點與吸附質(zhì)的沸點并不存在直接關(guān)聯(lián)。

 

2筒式轉(zhuǎn)輪

 

筒式沸石轉(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，其模塊化沸石便于安裝和維護(hù)也是設(shè)備的一大特點。

 

 

 

3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。

 

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)驗和優(yōu)化難點解決方案。

 

 

 

沸石固定床與其他吸附劑的對比表：

 

 

 

難以吸附的物質(zhì)：甲醇、環(huán)己烷、甲醛、乙醛、二氯甲烷、戊烷等。

 

難脫附的物質(zhì)：油霧、焦油、漆霧、丙烯啨、丁二烯、苯乙烯和其他超過200℃的高沸點物質(zhì)。

 

導(dǎo)致沸石分子篩失效物質(zhì)：酸性堿性物質(zhì)；易于分解的鹵代烴有機(jī)物。

 

導(dǎo)致沸石孔道堵塞的物質(zhì)：銨鹽、碳酸鈣、等粉塵顆粒物；

 

低沸點物質(zhì)：沸點低于40℃以下的物質(zhì)(C4以下的烷烴、烯烴、鹵代烴等)

 

高沸點物質(zhì)：沸點在170℃~220℃的部分物質(zhì)(三甲苯、乙二醇丁醚、丙二醇、乙二醇、DOTP、NMP、DMSO、DEF、丁內(nèi)酯等)

 

沸石固定床的現(xiàn)場應(yīng)用

 

1.沸石固定床可應(yīng)用于大風(fēng)量低濃度連續(xù)或間歇生產(chǎn)工藝；濃度不大于150~200mg/m³；

 

2.對于廢氣中含有易聚合的物質(zhì)苯乙烯、大分子高沸點無種子，丙酮等；

 

3.連續(xù)性生產(chǎn)的UV膠印、絲網(wǎng)印刷、單凹印刷大風(fēng)量低濃度，均可應(yīng)用；

 

4.對于汽車噴涂、家具噴漆、模具噴漆等大風(fēng)量等間歇生產(chǎn)均可應(yīng)用；

 

5.能耗相對來說比較低，在平時工作過程中，一直處于吸附狀態(tài)到脫附時間后才進(jìn)行脫附。

 

（文章來源：VOCs課堂）