發布時間：2021-01-11所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：本文通過對沸石轉輪領域專利文獻進行定量統計，從專利角度對國內外沸石轉輪技術的行業現狀和發展前景進行了對比分析，為研究人員對技術熱點的把握和專利布局提供參考。 關鍵詞：沸石轉輪;專利;吸附;廢氣 沸石轉輪，即沸石濃縮轉輪系統，是全球公認的最
摘要：本文通過對沸石轉輪領域專利文獻進行定量統計，從專利角度對國內外沸石轉輪技術的行業現狀和發展前景進行了對比分析，為研究人員對技術熱點的把握和專利布局提供參考。
關鍵詞：沸石轉輪;專利;吸附;廢氣
沸石轉輪，即沸石濃縮轉輪系統，是全球公認的最高效的廢氣濃縮技術，沸石轉輪吸附濃縮裝置采用吸附—脫附—濃縮焚化三項連續程序，主要用于有機廢氣的治理，特別適用于大風量、低濃度場合。該吸附裝置以陶瓷纖維為基材，做成蜂窩狀的大圓盤輪狀系統，輪子表面涂覆疏水性沸石做吸附劑。沸石轉輪吸附濃縮裝置主要由廢氣預處理系統、分子篩轉輪濃縮吸附系統、脫附系統、冷卻干燥系統和自動控制系統等組成。轉輪后有后處理系統。其核心技術是高效吸附分離濃縮過程以及所采用的具有蜂窩狀結構的吸附轉輪。
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本文從專利角度對全球及在華范圍內沸石轉輪領域的專利文獻進行定量分析，包括申請趨勢、地域分布、主要申請人分布情況，以期了解各國和企業在該領域的專利布局及技術發展。
圖2是沸石轉輪領域歷年專利申請趨勢，1987年，日本西部技研公司首次將沸石轉輪成功用于VOCs凈化處理，并于當年申請專利，標志著可投入工業應用的沸石轉輪正式誕生。隨后進入長達十年的技術積累期，全球專利申請量穩中有升，表明研發初期沸石轉輪技術并未受到普遍關注。直到九十年代末期全球專利申請數量出現了較大幅度攀升，兩個小高峰分別出現在2001年的12項和2003年的11項，可見經過十多年的技術孕育，加之全球對于廢氣處理的迫切需求，包括美國、日本在內的多個國家和地區均對沸石轉輪的研發投入了更多的精力。相較而言，中國申請則出現的更為滯后，經過1999、2002及2003年的初步探索后，2006-2008年迎來一個發展小高峰，可惜的是隨后并未跟隨國外申請的增長趨勢，究其原因一方面在于國外早期申請造成的技術壁壘，另一方面則是沸石轉輪相對于傳統固定床吸附研發需要更高的成本。隨著沸石轉輪核心吸附技術的日趨成熟，國外申請人自2010年后放緩了專利申請的布局。相反國內申請人在這一時期對于沸石轉輪設備工藝改進表現出了極大的熱情，專利申請量自2013年開始迎來一波爆發性增長，特別是2015年財政部、發改委和環保部聯合印發《揮發性有機物排污收費試點辦法》后國內多地相繼開征VOCs排污費，政策倒逼進一步刺激了國內申請人在沸石轉輪領域的研發投入，專利申請量于2018年達到驚人的66項，成為主導全球申請量的主要力量。
圖3顯示了全球和在華沸石轉輪專利地域分布，從上圖可以看出，中國雖然在沸石轉輪領域起步較晚，但得益于國內研發機構在相關設備工藝改進的后程發力，其專利申請數量在全球占有絕對優勢。日本、美國在VOCs處理領域投入較早，基本引領了沸石轉輪的核心技術發展，二者不僅關注研發創新，還尤為注重專利技術的全球布局，除了本土保護外，中國和歐洲是他們主要的技術占領市場。圖中需要關注的還有中國臺灣地區和瑞典，二者專利申請數量靠前則歸功于為數不多的本土企業如臺灣的華懋科技、杰智環境以及瑞典的芒斯特公司。
國內方面，位于前兩名的江蘇、上海與在后第三名的中國臺灣地區拉開了明顯的梯度，江蘇月輝環、江蘇楚銳和上海華懋、上海同璞分別是以上兩省份專利申請數量的主要貢獻者。我國沸石主要分布在中東部地區，浙江、山東、安徽等地借助于本地資源優勢，成為沸石轉輪專利申請持有量較多的地區。廣州、北京則因為地理位置優勢受到多家沸石轉輪研發機構的青睞。
圖4為國內外沸石轉輪領域前10專利申請人排名分布，從圖中可以看出，國外申請人前10位中僅日本企業就霸占了5席，并且西部技研以絕對的數量優勢居于榜首，大金工業緊隨其后。作為沸石轉輪領域的先導者瑞典蒙特斯與日本東洋紡并列位于第三。KUMA TOSHIMI與西部技研作為共同申請人在沸石轉輪領域共布局5項專利，位列第五。日本霓佳斯專注于沸石轉輪吸附元件研究共申請了4項專利。另外四席則分別由美國和德國企業平分。在華申請人分布前兩名則均由中國臺灣企業占據，分別是華懋科技和杰智環境，由此可見臺灣地區申請人在沸石轉輪處理VOCs領域較內地申請人擁有更為雄厚的技術實力。青島華世潔公司位于在華申請人排行第三名，其旗下子公司納博科擁有自主研發的沸石轉輪技術。隨后四至九名則均由江蘇和上海兩地的申請人所壟斷，這也呼應了以上專利申請地域分布的特點。第十名為可迪爾北京公司，雖然其專利申請數量僅為3件，但其在國內代理經銷東洋紡沸石轉輪，配套組裝技術較為成熟。
4技術熱點分析
沸石轉輪技術的發展當前主要集中于兩個方面：吸附性能改進和設備工藝改進。吸附材料作為整體技術的核心，其發展路線在于沸石吸附材料疏水改性技術的改進對有機化合物的選擇吸附能力的增強。沸石含有率直接決定了吸附效率，轉輪吸附材料已由最初的天然沸石涂覆被疏水性能更優的高硅鋁比合成分子篩所替代，主流的吸附材料類型包括Y型、ZSM5型分子篩及其相應的改性優化材料。脫附性能同樣是影響沸石轉輪吸附效率的重要指標，提高脫附性能的手段主要包括(1)設置前端高沸點VOCs物質去除設備;(2)提高脫附溫度和脫附再生風量，降低濃縮倍數;(3)定期進行高溫脫附再生，如高壓清潔水清洗和在線高溫活化等手段。
針對吸附-脫附-濃縮焚化三項連續程序以及相應的廢氣預處理系統、轉輪濃縮吸附系統、脫附系統、后處理系統進行設備工藝改進是沸石轉輪技術發展新時期的主要內容。國內在沸石轉輪行業起步較晚，生產企業多以組裝、代理為主要經營模式，從而激發了國內申請人在轉輪系統串并聯改進以及裝配結構提升凈化效能的深入研究。此外，與沸石轉輪配套連接的后處理催化燃燒技術“沸石轉輪+RTO(蓄熱式焚燒爐)”以及“沸石轉輪+RCO(催化燃燒設備)”也成為國內專利申請的關注熱點。
5專利布局建議
吸附性能方面，作為設備核心的沸石吸附單元基本依賴進口，國外專利對于吸附材料的研究已從天然沸石過渡至人工合成沸石方向，并且目前國內尚無直接針對沸石轉輪所用沸石材料特別是天然沸石材料應用的相關專利申請，鑒于天然沸石相較合成沸石應用成本的優勢，沸石企業在專利布局方向可選擇將高硅鋁比天然沸石與吸附改性工藝(如骨架脫鋁提高疏水性)相結合后應用于沸石轉輪吸附單元，一方面通過吸附改性克服自身性能缺陷，另一方面突出天然沸石使用的成本優勢，從而填補國內專利申請在該技術領域的空白。
設備工藝方面，經過近年來國內外申請人對于結構改進和系統優化的聚焦，國內相關專利布局已初步形成，并且進入精細化改進階段，在此環境下，建議企業“棄大抓小”細化技術改進點，以某一特定結構或工藝著手尋求突破，提高專利申請質量和授權概率。此外，在專利申請類型上，應注重發明專利申請和實用新型專利申請的搭配技巧，對于涉及設備優化和結構改進的非核心專利采用實用新型進行保護，以建立時效優勢;對于涉及材料制備、工藝調整的重點專利申請發明專利保護，以提高其專利穩定性及保護年限。——論文作者：張金磊
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