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吸附法在工业废气治理中的应用研究

2022-02-14杨婉奕

低碳世界 2022年10期
关键词:黄磷二氧化硫活性炭

梁 广,杨婉奕

(1.重庆赛迪热工环保工程技术有限公司,重庆 400000;2.重庆新天地环境检测技术有限公司,重庆 400000)

0 引言

随着经济社会的快速发展,环境问题日益凸显,尤其是大量工业废气的随意排放,导致环境质量大幅下降。为提高居民的生活质量,对周围环境起到良好的保护作用,当前应加强对工业废气治理工作的研究,提高吸附法应用效果,减少工业生产过程中对环境的破坏。

1 工业废气成分及污染来源分析

1.1 气态污染物

气态污染物对周围空气环境质量有着重要的影响,尤其是含氮有机污染气体的随意排放,将导致空气质量急剧下降,并且会造成严重的环境污染问题。随着我国汽车保有量的不断增加,排放的含氮有机污染气体越来越多,加剧了环境污染,也使得城市环境承载力进一步下降。汽油在转化成汽车动力的过程中,将产生大量的氮化物,在受到大气循环的影响下,严重威胁到周围人群的健康状况。

此外,含硫气体的排放,在遇到空气中的水汽之后会发生化合反应,进而引起酸雨等环境问题。而酸雨具有较强的腐蚀性,会对城市生态系统、金属等材料造成破坏,其腐蚀速度X 计算如式(1)所示[1]。另外,大量碳氢有机气体的排放,也将加剧工业废气污染。通常情况下,天然气如果不能充分燃烧,也会产生大量的碳氢有机气体污染物。碳氢有机气体污染物不仅会破坏臭氧层,还将加剧城市光污染问题。大量研究表明,碳氢有机气体还将对植被生长产生不利影响。

式中:X——腐蚀速度,mm/a;W1——腐蚀前的重量;W2——腐蚀后的重量;A——金属表面积;T——时间;D——金属材料密度。

1.2 固体颗粒粉尘污染物

工业废气的来源主要是石油行业、化工行业等,尤其是化工行业,产生的工业废气种类较多,且工业废气的成分极为复杂。因此,要加强对工业废气治理工作的研究,减轻工业废气造成的不利影响。化工行业生产环节中,废气的排放量相当大,根据工业废气成分的不同,可以将其分为两种不同的类型:①固体颗粒粉尘污染物。②气体污染物。其中,根据来源性质的不同,可以将固体颗粒污染物细分为一次、二次气溶胶性污染物。上述两种污染物主要漂浮在周围的空气中,一旦出现含量超标问题,将导致严重的空气污染问题。通常来说,悬浮在空气中的颗粒污染物大多是由工厂排气筒所排出。此外,随着汽车尾气的大量排放,空气中溶胶颗粒含量不断增加,且一些造纸厂、重金属化工厂在生产过程中也会增加固体颗粒污染物含量。

2 常见的工业废气治理技术与方法

2.1 催化燃烧法

在开展工业废气治理工作时,催化燃烧法是较为常见的一种技术。该技术的优势主要体现在价格低廉、可操作性强等方面。对于一些未完全燃烧的气体,该技术的应用有着良好的治理效果,尤其是有机气体污染问题。催化燃烧法的原理主要是把空气中的碳氢有机气体、含硫有机气体进行化学分解,进而减少有害气体对城市环境的污染。经过分解之后,可以形成对自然无害的二氧化碳、水汽等成分。由于工业废气成分相对复杂,采用催化燃烧法只能对上述两种有机气体进行处理,因而在应用方面存在一定的局限性。但是,催化燃烧法仍然是工业废气治理工作中常见的一种技术,有着成熟的治理体系,而且其处理设备的成本较低,图1 为处理设备造型。

图1 处理设备造型

2.2 吸附法

在工业废气治理过程中,吸附法的应用较为广泛,其对设备具有较高的依赖性,吸附材料性质较为稳定,且吸附效果较好。目前,该技术已经成为我国工业废气治理工作中最为常见的技术方法。通常情况下,吸附法治理效果主要受到吸附体面积、结构等因素的影响[2],随着吸附体面积的增大,吸附效果将显著提升。因此,在工业废气治理工作中应当考虑吸附体面积的影响。另外,如果吸附体结构越疏松,并且耐温性能越好,那么吸附法的治理效果也将得到显著改善。

该方法应用期间,需要工作人员细致分析气体污染的化学成分,合理设计吸附体的柔韧性,还应适当增强吸附装置的抗腐蚀效果,进而提升吸附法的持续治理水平。然而,该方法应用期间也存在一定的局限性,这主要是由于吸附材料的可重复利用性较差,每年需要在设备维护方面投入较多的资金与资源,且活性炭活力的降低将导致工业废气治理效果受到影响。需要注意,吸附法对含硫有机污染气体以及碳氧化物不能起到治理的效果。图2 为活性炭吸附法现场。图3 为吸附法工作流程。

图2 活性炭吸附法现场

图3 吸附法工作流程

2.3 微生物分解法

作为工业废气治理重要的发展趋势,微生物分解法在未来将得到广泛的应用。同时,微生物分解法也是众多治理方法中最为环保的一种。该技术主要通过降解污染颗粒,实现对工业废气的治理。现阶段,我国对微生物分解法的应用缺乏一定的经验,但不可否认的是,该方法有着广阔的应用前景。

3 吸附法中丙酮填料塔工艺应用流程分析

早在20 世纪80 年代,行业内就已经对气体吸附分离技术做出了研究,经过约40 年的努力研发,吸附法已经成为一种重要的废气处理技术。总体而言,常用到的气体吸附分离技术主要包括两种类型:变压吸附法、变温吸附法。其中,变压吸附法具有高效、节能等方面的优势,其操作原理主要是在不同的压力环境下,吸附剂可以对不同成分的气体进行有差异性的吸附;变温吸附法强调吸附过程的温度,其通过调节温度,使得不同类型的气体被有效地分离出来。

通过对上述两种吸附法的分析可知,变压吸附法更具选择性,在经过分离净化处理后,形成的是单一气体,且其吸附剂能够被循环使用,极大地降低了废气处理成本,而变温吸附分离法的吸附过程主要受温度影响[3],操作较为复杂。

作为吸附法的典型案例,丙酮填料塔工艺极为重要,应针对其操作流程做出分析。在废气治理过程中应当将混合空气引入吸附塔,混合气体会和水之间产生逆流接触,进而可以排放出净化气体。水吸收丙酮之后,技术人员要对其开展取样工作,同时还要对各个组分的含量进行计算,判断其是否达到了国家标准。如果符合国家标准,就可以进行排放。反之,应当对其进一步处理,直至合格方可排放。图4 为丙酮填料塔工艺。

图4 丙酮填料塔工艺

4 工业废气治理工作中吸附法的具体要点分析

4.1 工业废气中氮氧化物的治理

通过对吸附法治理氮氧化物气体的调查与案例分析可以看出,温度、压力的变化对吸附法的应用效果产生重要的影响。因此,具体应用过程中应当结合实际情况,谨慎、合理地设置温度值与压力值,进而严格控制吸附过程。氮氧化物分离过程中,主要应用吸附法开展空气分离。具体操作时,应当加强对吸附剂的应用,如活性炭、硅胶、氢氧化钠等,其中,氢氧化钠吸附废气产生的化学反应如式(2)和式(3)所示;也可以使用泥煤、分子筛等。例如,在硝酸生产过程中,会产生大量的氮氧化物,利用吸附法对混合气体开展治理,可以显著降低气体污染的程度以及减少生产成本。吸附法的操作流程如下:①应当在吸附器中引入硝酸尾气。②可以采用变温吸附法,对气体开展分离操作,进而减少废气中的占比。③当处理结束之后,应当做好再生气体的处理工作,最终实现再生气体的循环利用。

4.2 工业废气中黄磷的治理

调查数据显示,我国每年的黄磷产量能够达到50 万t 以上。在开展黄磷生产工作期间,每生产1 t的黄磷,则产生2500~3000 m3的尾气,可见做好废气中黄磷污染物的治理工作极为重要。黄磷主要是由二氧化硫、五氧化二磷、一氧化碳等物质通过复杂的组合形成的。其中,在黄磷诸多的组成成分中,一氧化碳的占比较大,甚至高达90%左右。鉴于此,可以采用吸附法对一氧化碳进行治理[4],活性炭的吸附时间计算如式(4)所示。通过吸附分离技术的应用,先清除一氧化碳,再处理其他类型的尾气。

式中:V——活性炭的使用量;C——废气浓度;Q——废气流量;d——活性炭的堆密度;t——使用时间;W——炭容。

4.3 工业废气中氢气的治理

在诸多类型的工业废气中,氢气含量较大,其是工业生产过程中一种重要的气体原料。因此,应当从能源充分利用的角度出发,把工业废气中的氢气分离出来,之后再借助提纯技术对其加以利用。在利用变压吸附分离技术处理氢气时,应当先处理工业废气,再提纯。上述工作结束之后,借助合理的回收技术,既达到了废气治理的目的,同时也增加了废气治理的效益。由此可见,吸附法是氢气治理的重要方法之一,其具有较强的有效性、经济性。

4.4 工业废气中二氧化硫的治理

在硫氧化物中,二氧化硫是重要的组成物质。二氧化硫的乱排乱放,将加剧大气污染等问题[5],且其含量较大、影响范围广,因而在污染气体的治理过程中,应当将活性炭作为载体,并添加一定量的碳酸钾等物质,对二氧化硫进行碱性处理。需要注意,处理环境应当含有微量的水蒸气,保证硫氧化物可以和吸附剂之间发生充分的酸碱中和反应。此外,需要添加一定量的贵金属,主要充当催化剂的作用。通过催化剂的使用,可以使硫离子与含硫离子发生充分的氧化反应,所生成的硫化物将会在活性炭中脱出。

在上述方法中,由于酸碱反应与氧化反应同步开展,可以增加吸附剂容量。试验数据显示,二氧化硫能够从含量为5400 mg/m3脱除到120 mg/m3左右。对于再生气体而言,其二氧化硫可以被浓缩4 倍作用。由此可以看出,吸附法治理二氧化硫等废气有着良好的应用效果,工业废气治理工作中,应加强对该方法的研究与应用。

5 结语

在节能减排、绿色环保理念的影响下,工业生产过程中应加强对各类废气的治理。通过选用吸附法等相关处理技术,降低有害物质的含量,提高环境保护力度。除此之外,还应做好新技术的革新与应用,不断改进废气处理工艺,增强工业废气治理效果,提高治理效率。

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