沸石转轮中VOCs残留的处理办法

沸石转轮中VOCs残留的处理办法

 

目前国内外对VOC的末端治理方法有：冷凝、吸附、氧化、生物处理、吸收、等离子体净化等。以沸石材料为载体的吸附浓缩法处理VOC废气（沸石转轮）得到了较为广泛的应用。全国对VOCs污染物防治的要求和力度逐渐加强，低浓度废气治理的沸石转轮吸附浓缩法成为了很多企业的优选治理方案。

在使用的过程中，因为VOCs在转轮内部的残留，会导致沸石转轮劣化，处理效率降低，要如何避免和应对这样的情况呢？

降低沸石转轮设备内部VOCs残留主要从改善VOCs废气的进气质量和加强脱附效率两方面入手。

一. 废气预处理

废气预处理措施通常有除尘、除湿、除雾、除高沸物等。针对要处理的VOCs废气实际情况，需选取适当的废气预处理措施。比如，半导体生产制造过程对生产场所的颗粒物有严格的要求，生产场所通常为洁净车间。因此，有机废气中的颗粒物含量极少，通常无需进行除尘预处理。

比如，芯片制造业生产过程中使用的主要有机原料通常具有低沸点、易挥发的特点，但仍不排除少量高沸点物质，如剥离液的主要成分二甘醇胺（沸程218～224℃）等。可在高沸点物质的处理工序中增设冷凝、前道活性炭吸附等预处理装置，以避免VOCs废气中难脱附的高沸点物质进入沸石转轮。

 

高沸点VOCs进入废气管道后容易凝结，从而使废气湿度增大。当进入沸石转轮系统的有机废气湿度大于80%时，将对疏水性沸石分子筛产生较为严重的影响。因此，建议对高湿度废气增设干燥除湿预处理装置，使得进入废水转轮系统的废气湿度保持在稳定、可控的范围内。

二. 高温再生

根据对国内芯片企业开展的调研可知，芯片制造业常用的有机物质有异丙醇（沸点为82.45℃）、丙二醇单甲醚乙酸酯（沸点为146℃）；同时还含有少量的高沸点物质，例如二甘醇胺（沸程218～224℃）。

通常芯片制造业沸石转轮的再生温度为180-200℃，在此再生温度下，高沸点的二甘醇胺等物质将无法从沸石转轮上有效脱附，从而逐渐积聚在转轮内部。

 

经过对沸石转轮系统的高沸点物质聚集情况开展的研究，可知当沸石转轮系统运行1个月后，转轮内部确实有较大量的有机物积聚，其有机物积聚量即达6wt%。进行有效的高温脱附之后，其内部的有机物积聚量可降低约40%～60%。因此，高温脱附可较为有效地去除沸石转轮内部积聚的高沸点有机物质。

企业应根据废气的实际产生情况，分析废气组成分布，分析高沸点物质占比情况，以及废气的产生总量等内容，从而确定高温再生频次。较为适宜的高温再生频次为2～3个月一次。

高温再生的温度也会影响高温脱附效果。若高温脱附温度选取过低，则高沸点物质仍无法有效脱除；若高温脱附温度选取过高，将对沸石分子筛的骨架结构产生一定的影响，从而降低其使用寿命。高温脱附温度宜选取300℃左右，并且，相应的沸石转轮内部配件均需采用可耐300℃高温的密封配件。

三. 水洗再生

芯片制造业常用的有机物质（如异丙醇、丙二醇单甲醚乙酸酯等）通常具有较好的水溶性，可采用水洗再生的方式去除沸石转轮内部聚集的高沸点物质。

水洗再生可有效提高沸石转轮系统的治理效率，对于工厂，当水洗再生次数达到4～6次/年时，沸石转轮系统的治理效率可达95%～99%。因此，适当增加定期水洗再生频次，可有效防止高沸点物质在沸石转轮内部的聚集，保持高治理效率。

由于沸石转轮通常采用无机粘合剂将分子筛涂覆在陶瓷纤维纸表面制造而成，故水洗时不仅转轮不会发生龟裂形变，也不会发生由于分子筛脱落所导致的性能劣化、使用寿命缩短等问题。

但是，水洗时需要注意水质状况，若其中大量含有钙、镁等离子，将可能在沸石内部形成碳酸盐，阻塞沸石转轮的蜂窝状孔道；水中所含微量重金属物质、氯等也会毒化沸石。

值得注意的是，并非所有沸石转轮材质均耐水洗，企业应在水洗再生之前，向沸石转轮设备的制造厂商做好相关的咨询工作。
四. 高压空气吹扫

企业在停机检维修期间，采用高压空气对沸石转轮进行吹扫。然而，高压空气吹扫通常只可清除沸石转轮表面附着的灰尘，而VOCs有机质通常吸附在分子筛孔道内部，无法得到有效的脱除，还需与上述其他处理方式配合选用。