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。