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吸附法在工業(yè)廢氣治理中的應(yīng)用研究

2022-02-14 01:42楊婉奕
低碳世界 2022年10期
關(guān)鍵詞:黃磷二氧化硫活性炭

梁 廣,楊婉奕

(1.重慶賽迪熱工環(huán)保工程技術(shù)有限公司,重慶 400000;2.重慶新天地環(huán)境檢測技術(shù)有限公司,重慶 400000)

0 引言

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展,環(huán)境問題日益凸顯,尤其是大量工業(yè)廢氣的隨意排放,導致環(huán)境質(zhì)量大幅下降。為提高居民的生活質(zhì)量,對周圍環(huán)境起到良好的保護作用,當前應(yīng)加強對工業(yè)廢氣治理工作的研究,提高吸附法應(yīng)用效果,減少工業(yè)生產(chǎn)過程中對環(huán)境的破壞。

1 工業(yè)廢氣成分及污染來源分析

1.1 氣態(tài)污染物

氣態(tài)污染物對周圍空氣環(huán)境質(zhì)量有著重要的影響,尤其是含氮有機污染氣體的隨意排放,將導致空氣質(zhì)量急劇下降,并且會造成嚴重的環(huán)境污染問題。隨著我國汽車保有量的不斷增加,排放的含氮有機污染氣體越來越多,加劇了環(huán)境污染,也使得城市環(huán)境承載力進一步下降。汽油在轉(zhuǎn)化成汽車動力的過程中,將產(chǎn)生大量的氮化物,在受到大氣循環(huán)的影響下,嚴重威脅到周圍人群的健康狀況。

此外,含硫氣體的排放,在遇到空氣中的水汽之后會發(fā)生化合反應(yīng),進而引起酸雨等環(huán)境問題。而酸雨具有較強的腐蝕性,會對城市生態(tài)系統(tǒng)、金屬等材料造成破壞,其腐蝕速度X 計算如式(1)所示[1]。另外,大量碳氫有機氣體的排放,也將加劇工業(yè)廢氣污染。通常情況下,天然氣如果不能充分燃燒,也會產(chǎn)生大量的碳氫有機氣體污染物。碳氫有機氣體污染物不僅會破壞臭氧層,還將加劇城市光污染問題。大量研究表明,碳氫有機氣體還將對植被生長產(chǎn)生不利影響。

式中:X——腐蝕速度,mm/a;W1——腐蝕前的重量;W2——腐蝕后的重量;A——金屬表面積;T——時間;D——金屬材料密度。

1.2 固體顆粒粉塵污染物

工業(yè)廢氣的來源主要是石油行業(yè)、化工行業(yè)等,尤其是化工行業(yè),產(chǎn)生的工業(yè)廢氣種類較多,且工業(yè)廢氣的成分極為復雜。因此,要加強對工業(yè)廢氣治理工作的研究,減輕工業(yè)廢氣造成的不利影響。化工行業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,廢氣的排放量相當大,根據(jù)工業(yè)廢氣成分的不同,可以將其分為兩種不同的類型:①固體顆粒粉塵污染物。②氣體污染物。其中,根據(jù)來源性質(zhì)的不同,可以將固體顆粒污染物細分為一次、二次氣溶膠性污染物。上述兩種污染物主要漂浮在周圍的空氣中,一旦出現(xiàn)含量超標問題,將導致嚴重的空氣污染問題。通常來說,懸浮在空氣中的顆粒污染物大多是由工廠排氣筒所排出。此外,隨著汽車尾氣的大量排放,空氣中溶膠顆粒含量不斷增加,且一些造紙廠、重金屬化工廠在生產(chǎn)過程中也會增加固體顆粒污染物含量。

2 常見的工業(yè)廢氣治理技術(shù)與方法

2.1 催化燃燒法

在開展工業(yè)廢氣治理工作時,催化燃燒法是較為常見的一種技術(shù)。該技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在價格低廉、可操作性強等方面。對于一些未完全燃燒的氣體,該技術(shù)的應(yīng)用有著良好的治理效果,尤其是有機氣體污染問題。催化燃燒法的原理主要是把空氣中的碳氫有機氣體、含硫有機氣體進行化學分解,進而減少有害氣體對城市環(huán)境的污染。經(jīng)過分解之后,可以形成對自然無害的二氧化碳、水汽等成分。由于工業(yè)廢氣成分相對復雜,采用催化燃燒法只能對上述兩種有機氣體進行處理,因而在應(yīng)用方面存在一定的局限性。但是,催化燃燒法仍然是工業(yè)廢氣治理工作中常見的一種技術(shù),有著成熟的治理體系,而且其處理設(shè)備的成本較低,圖1 為處理設(shè)備造型。

圖1 處理設(shè)備造型

2.2 吸附法

在工業(yè)廢氣治理過程中,吸附法的應(yīng)用較為廣泛,其對設(shè)備具有較高的依賴性,吸附材料性質(zhì)較為穩(wěn)定,且吸附效果較好。目前,該技術(shù)已經(jīng)成為我國工業(yè)廢氣治理工作中最為常見的技術(shù)方法。通常情況下,吸附法治理效果主要受到吸附體面積、結(jié)構(gòu)等因素的影響[2],隨著吸附體面積的增大,吸附效果將顯著提升。因此,在工業(yè)廢氣治理工作中應(yīng)當考慮吸附體面積的影響。另外,如果吸附體結(jié)構(gòu)越疏松,并且耐溫性能越好,那么吸附法的治理效果也將得到顯著改善。

該方法應(yīng)用期間,需要工作人員細致分析氣體污染的化學成分,合理設(shè)計吸附體的柔韌性,還應(yīng)適當增強吸附裝置的抗腐蝕效果,進而提升吸附法的持續(xù)治理水平。然而,該方法應(yīng)用期間也存在一定的局限性,這主要是由于吸附材料的可重復利用性較差,每年需要在設(shè)備維護方面投入較多的資金與資源,且活性炭活力的降低將導致工業(yè)廢氣治理效果受到影響。需要注意,吸附法對含硫有機污染氣體以及碳氧化物不能起到治理的效果。圖2 為活性炭吸附法現(xiàn)場。圖3 為吸附法工作流程。

圖2 活性炭吸附法現(xiàn)場

圖3 吸附法工作流程

2.3 微生物分解法

作為工業(yè)廢氣治理重要的發(fā)展趨勢,微生物分解法在未來將得到廣泛的應(yīng)用。同時,微生物分解法也是眾多治理方法中最為環(huán)保的一種。該技術(shù)主要通過降解污染顆粒,實現(xiàn)對工業(yè)廢氣的治理?,F(xiàn)階段,我國對微生物分解法的應(yīng)用缺乏一定的經(jīng)驗,但不可否認的是,該方法有著廣闊的應(yīng)用前景。

3 吸附法中丙酮填料塔工藝應(yīng)用流程分析

早在20 世紀80 年代,行業(yè)內(nèi)就已經(jīng)對氣體吸附分離技術(shù)做出了研究,經(jīng)過約40 年的努力研發(fā),吸附法已經(jīng)成為一種重要的廢氣處理技術(shù)??傮w而言,常用到的氣體吸附分離技術(shù)主要包括兩種類型:變壓吸附法、變溫吸附法。其中,變壓吸附法具有高效、節(jié)能等方面的優(yōu)勢,其操作原理主要是在不同的壓力環(huán)境下,吸附劑可以對不同成分的氣體進行有差異性的吸附;變溫吸附法強調(diào)吸附過程的溫度,其通過調(diào)節(jié)溫度,使得不同類型的氣體被有效地分離出來。

通過對上述兩種吸附法的分析可知,變壓吸附法更具選擇性,在經(jīng)過分離凈化處理后,形成的是單一氣體,且其吸附劑能夠被循環(huán)使用,極大地降低了廢氣處理成本,而變溫吸附分離法的吸附過程主要受溫度影響[3],操作較為復雜。

作為吸附法的典型案例,丙酮填料塔工藝極為重要,應(yīng)針對其操作流程做出分析。在廢氣治理過程中應(yīng)當將混合空氣引入吸附塔,混合氣體會和水之間產(chǎn)生逆流接觸,進而可以排放出凈化氣體。水吸收丙酮之后,技術(shù)人員要對其開展取樣工作,同時還要對各個組分的含量進行計算,判斷其是否達到了國家標準。如果符合國家標準,就可以進行排放。反之,應(yīng)當對其進一步處理,直至合格方可排放。圖4 為丙酮填料塔工藝。

圖4 丙酮填料塔工藝

4 工業(yè)廢氣治理工作中吸附法的具體要點分析

4.1 工業(yè)廢氣中氮氧化物的治理

通過對吸附法治理氮氧化物氣體的調(diào)查與案例分析可以看出,溫度、壓力的變化對吸附法的應(yīng)用效果產(chǎn)生重要的影響。因此,具體應(yīng)用過程中應(yīng)當結(jié)合實際情況,謹慎、合理地設(shè)置溫度值與壓力值,進而嚴格控制吸附過程。氮氧化物分離過程中,主要應(yīng)用吸附法開展空氣分離。具體操作時,應(yīng)當加強對吸附劑的應(yīng)用,如活性炭、硅膠、氫氧化鈉等,其中,氫氧化鈉吸附廢氣產(chǎn)生的化學反應(yīng)如式(2)和式(3)所示;也可以使用泥煤、分子篩等。例如,在硝酸生產(chǎn)過程中,會產(chǎn)生大量的氮氧化物,利用吸附法對混合氣體開展治理,可以顯著降低氣體污染的程度以及減少生產(chǎn)成本。吸附法的操作流程如下:①應(yīng)當在吸附器中引入硝酸尾氣。②可以采用變溫吸附法,對氣體開展分離操作,進而減少廢氣中的占比。③當處理結(jié)束之后,應(yīng)當做好再生氣體的處理工作,最終實現(xiàn)再生氣體的循環(huán)利用。

4.2 工業(yè)廢氣中黃磷的治理

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,我國每年的黃磷產(chǎn)量能夠達到50 萬t 以上。在開展黃磷生產(chǎn)工作期間,每生產(chǎn)1 t的黃磷,則產(chǎn)生2500~3000 m3的尾氣,可見做好廢氣中黃磷污染物的治理工作極為重要。黃磷主要是由二氧化硫、五氧化二磷、一氧化碳等物質(zhì)通過復雜的組合形成的。其中,在黃磷諸多的組成成分中,一氧化碳的占比較大,甚至高達90%左右。鑒于此,可以采用吸附法對一氧化碳進行治理[4],活性炭的吸附時間計算如式(4)所示。通過吸附分離技術(shù)的應(yīng)用,先清除一氧化碳,再處理其他類型的尾氣。

式中:V——活性炭的使用量;C——廢氣濃度;Q——廢氣流量;d——活性炭的堆密度;t——使用時間;W——炭容。

4.3 工業(yè)廢氣中氫氣的治理

在諸多類型的工業(yè)廢氣中,氫氣含量較大,其是工業(yè)生產(chǎn)過程中一種重要的氣體原料。因此,應(yīng)當從能源充分利用的角度出發(fā),把工業(yè)廢氣中的氫氣分離出來,之后再借助提純技術(shù)對其加以利用。在利用變壓吸附分離技術(shù)處理氫氣時,應(yīng)當先處理工業(yè)廢氣,再提純。上述工作結(jié)束之后,借助合理的回收技術(shù),既達到了廢氣治理的目的,同時也增加了廢氣治理的效益。由此可見,吸附法是氫氣治理的重要方法之一,其具有較強的有效性、經(jīng)濟性。

4.4 工業(yè)廢氣中二氧化硫的治理

在硫氧化物中,二氧化硫是重要的組成物質(zhì)。二氧化硫的亂排亂放,將加劇大氣污染等問題[5],且其含量較大、影響范圍廣,因而在污染氣體的治理過程中,應(yīng)當將活性炭作為載體,并添加一定量的碳酸鉀等物質(zhì),對二氧化硫進行堿性處理。需要注意,處理環(huán)境應(yīng)當含有微量的水蒸氣,保證硫氧化物可以和吸附劑之間發(fā)生充分的酸堿中和反應(yīng)。此外,需要添加一定量的貴金屬,主要充當催化劑的作用。通過催化劑的使用,可以使硫離子與含硫離子發(fā)生充分的氧化反應(yīng),所生成的硫化物將會在活性炭中脫出。

在上述方法中,由于酸堿反應(yīng)與氧化反應(yīng)同步開展,可以增加吸附劑容量。試驗數(shù)據(jù)顯示,二氧化硫能夠從含量為5400 mg/m3脫除到120 mg/m3左右。對于再生氣體而言,其二氧化硫可以被濃縮4 倍作用。由此可以看出,吸附法治理二氧化硫等廢氣有著良好的應(yīng)用效果,工業(yè)廢氣治理工作中,應(yīng)加強對該方法的研究與應(yīng)用。

5 結(jié)語

在節(jié)能減排、綠色環(huán)保理念的影響下,工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)加強對各類廢氣的治理。通過選用吸附法等相關(guān)處理技術(shù),降低有害物質(zhì)的含量,提高環(huán)境保護力度。除此之外,還應(yīng)做好新技術(shù)的革新與應(yīng)用,不斷改進廢氣處理工藝,增強工業(yè)廢氣治理效果,提高治理效率。

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