氮、硫氧化物治理技术
大气中由于有了大量的氮氧化物、硫氧化物,才发生大气污染,由于产生了一件又一件的污染事件。科学家针对这类氧化物的性质,提出了解决污染的技术有吸收法、吸附法、冷凝法、催化转化法、燃烧法、生物净化法、膜分离法和稀释法。
现在最常用的是吸收法,废气经过吸收塔,与塔顶上流下的吸收液发生交流,使吸收液中的成分与废气中的有害成分发生化学反应,减少了废气中的有害成分。最后,当废气从塔顶出来时,已成为洁净的气体了。这种治污方法简单,投资少,操作也方便。
随着科学技术的发展,对大气污染治理又发明了催化转化技术,这项技术已广泛地应用于汽车尾气的治理中。汽车在怠速时排出大量尾气,含有大量的一氧化碳和氮氧化物。现在科学家针对汽车尾气的排放,采用安装催化器,使尾气从气缸中排出后,排入催化反应器。在催化剂作用下,使一氧化碳和碳氧化合物被氧化为二氧化碳和水,净化了尾气中的污染成分。一些发达国家对汽车尾气提出更高的排放标准,迫使汽车制造商不但采用一段净化,还发明了二段净化尾气的方法。二段净化是在一段中一氧化碳把氮氧化物还原成氮,再排入二段催化器。在二段催化器中,再把一氧化碳和碳氢化合物氧化成二氧化碳和水,以减少氮氧化物的排放,达到尾气排放标准。
无论燃煤是发电还是供热、供汽,使用它的主要设备为锅炉。因此,科学家提出治理大气污染应从锅炉开始。北方地区供热,首先确掉一大批小锅炉,采用集中供热,一般茶炉改用电热茶炉。其次,选用技术先进的循环流化床锅炉。 流化床锅炉还可以进行分级燃烧。流化床锅炉改进了锅炉结构,使燃煤在炉内沸腾式燃烧,故称流化床。流化床中的煤燃烧比较充分,一般燃烧效率可达98%,而且燃烧时能脱硫90%。同时可以采用飞灰回燃等先进技术,使煤完全燃烧,减少污染物产生。
循环流化床锅炉是80年代才发展起来的新一代燃烧设备,如在燃烧过程中加入石灰石,还可以脱除二氧化硫,省去常规的烟气脱硫装置。近几年来,国外对流化床锅炉技术比较重视,设计和安装设备逐年增多。目前在发达国家,已建和在建的循环流化床锅炉已达216台,容量已达800吨/时。国内这一技术发展慢一点,现在已有4台35吨/时的示范装置投入使用。一些部门和地方计划引进400吨/时的锅炉,到21世纪,新型的流化床锅炉将逐步取代一般锅炉。
活性碳纤维(ACF)
(一)、比表面积大,有效吸附量高。由于同样重量的纤维的表面积是颗粒的近百倍,所以需要填充的活性碳纤维的重量非常小,然而吸附效率却非常高,根据所处理废气的有机气体含量和其它物理特性的不同,吸附效率在85%至98%之间,多级吸附工艺可以达到99.99%,远远高于活性碳颗粒吸附法的吸附率88%,而且体积及总重量也都很小。
(二)、吸附﹑脱附行程短,速度快;脱附﹑再生耗能低。ACF对有机气体吸附量比颗粒状活性炭(GAC)大几倍至几十倍,对无机气体也有很好的吸附能力,并能保持较高的吸附脱附速度和较长的使用寿命。如用 水蒸气加热6-10分钟,即可完全脱附,耐热性能好,在惰性气体中耐高温1000℃以上,在空气中着火点达500℃以上。
(三)、形状可变,使用方便。由于活性碳纤维可以做成毡式,所以更换起来非常方便,不会对人体造成任何危害。
(四)、可根据需要生产出具有特殊性能的专用ACF;强度好,不会造成二次污染。
有机废气治理
有机废气治理,是指用多种技术措施,通过不同途径减少石油损耗、减少有机溶剂用量或排气净化以消除有机废气污染。有机废气污染源分布广泛。为防止污染,除减少石油损耗、减少有机溶剂用量以减少有机废气的产生和排放外,排气净化是目前切实可行的治理途径。
为了选择一种经济上合理、符合生产实际、达到排放标准的方案,必须综合考虑各方面因素。
(1)污染物的性质
根据污染物的不同物理和化学性质,采用效率高且经济的控制技术。例如利用有机污染物易氧化、燃烧的特点,可采用催化燃烧或直接燃烧的方法;而卤代烃的燃烧处理,则需考虑燃烧后氢卤酸的吸收净化措施。利用有机污染物易溶于有机溶剂的特点,以及与其他组分在溶解度上的差异,可采用物理或化学吸收的方法来达到净化或提纯的目的。利用有机污染物能被某些吸附剂吸附的原理,可采用吸附方法来净化有机废气。
(2}污染物的浓度
含有机化合物的废气,往往由于浓度不同而采用不同的净化方法。如污染物浓度高时,可采用火炬直接燃烧(不能回收热值),或引人锅炉或工业炉直接燃烧(可回收能量)。而浓度低时,则需要补充一部分燃料,采用热力燃烧或催化燃烧。污染物浓度较高时,也不宜直接采用吸附法,因为吸附剂的容量往往很有限。
(3)生产的具体情况及净化要求
结合生产的具体情况来考虑净化方法,有时可以简化净化工艺。例如,锦纶生产中,用粗环己酮、环己烷作吸收剂,回收氧化工序排出的尾气中的环己烷,由于粗环己酮、环己烷本身就是生产的中间产品,因而不必再生吸收液,令其返回生产流程即可。用氯乙烯生产过程中的三氯乙烯作吸收剂,吸收含氧乙烯的尾气,也具有同样的优点。另外,不同的净化要求,往往有不同的适宜的净化方案。
(4)经济性 所选择的方案应当尽量减少设备投资和运行费用,尽可能回收有价值的物质或热量,从而获得经济效率。 选择有机废气治理技术应始终坚持实用性和经济性的原则。如果运行可靠性不好,使用中操作不方便,导致设备经常停用或损坏,再好的技术也不行;又如运行成本很高,再高的净化效率也无意义。 总之,各种净化方法都有各自的优缺点,要针对具体情况,因地制宜地选择合适的净化方法。几种常用净化方法的优缺点和适用范围见下表。
含挥发性有机物废气净化技术-吸附法
吸附法广泛应用于治理含挥发性有机物废气,不仅可以较彻底地净化废气,而且在不使用深冷、高压等手段下,可以有效地回收有价值的有机物组分。由于吸附剂吸附容量的限制,吸附法适于处理中低浓度废气,而不适用于浓度高的废气。
(1)吸附剂
可作为净化含VOCs废气的吸附剂有活性炭、活性碳纤维,硅胶、分子筛等,其中活性炭应用最广泛,效果也。其原因在于其他吸附剂(如硅胶、金属氧化物等),具有极性,在水蒸气共存条件下,水分子和吸附剂极性分子进行结合,从而降低了吸附剂吸附性能,而活性炭分子不易与极性分子相结合,从而提高了吸附VOCs能力。但是,也有部分VOCs被活性炭吸附后难以再从活性炭中除去,对于此类Vocs,不宜采用活性炭作为吸附剂,而应选用其他吸附剂。适宜和不适宜采用活性炭吸附的有机物见下表。
(2)吸附工艺
在用活性炭吸附法净化含有机化合物废气时,其流程通常包括:①预处理部分,预先除去进气中的固体颗粒物及液滴,并降低进气温度(如有必要);②吸附部分,通常采用2~3个固定床吸附器并联或串联;③吸附剂再生部分,最常用的是水蒸气脱附法使活性炭再生;④溶剂回收部分,不溶于水的溶剂可与水分层,易于回收。水溶性溶剂需采用精馏法回收;对处理量小的水溶性溶剂也可与水一起掺人煤炭中送锅炉烧掉。
固定床活性炭吸附一回收流程如图所示口有机废气经冷却过滤降温及去除固体颗粒后,经风机进人吸附器,吸附后气体排空。两个并联操作的吸附器,当其中一个吸附饱和时则将废气通人另一个吸附器进行吸附,饱和的吸附器中则通人水蒸气进行再生。脱附气体进人冷凝器冷凝,冷凝液流人静止分离器,分离出溶剂层和水层后再分别进行回收或处理。
通常情况下的吸附条件是:常温吸附;吸附层床层空速为0.2~0.5m/s;脱附蒸气采用低压蒸气,温度约110℃左右;脱附周期(含脱附及干燥、冷却)应小于吸附周期,若脱附周期等于或大于吸附周期,则应采用三个吸附器并联操作.
有机废气处理设备概述
利用活性炭多微孔的吸附特性吸附有机废气是一种最有效的工业处理手段。吸附可使有机废气净化效率高达90~95%,活性炭吸附饱和后可用热空气脱附再生使活性碳重新投入使用或进行更换。
HXZ型活性炭吸附塔,系利用高性能活性碳吸附剂固体本身的表面作用力,将有机废气分子之吸附质吸引附着再吸附剂表面,能对苯、醇、酮、酯、汽油类等有机溶剂的废气吸附回收,更适用于大风量低浓度的废气治理,适用于化工、轻工、橡胶、机械、船舶、汽车、石油等行业。
活性炭有机气体吸附回收装置结构
本装置主要有:吸附罐、截止阀、过滤器、冷凝器、分离桶、曝气筒、风机电机、隔声罩消声器等设备,自动型配用电控气动进风口调节阀,碳层超温报警及自动喷水降温装置电控柜等。
设备采用普通碳钢、SUS304不锈钢或SUS304镜面不锈钢材料制作,内部进行了防腐蚀处理,具有抗强酸碱及盐份的腐蚀,在长期运转使用状况下,不受其它因素氧化腐蚀。主结构体厚度须据各型号及处理量,且具有足够补强,足以负担结构体及运转中所需之负荷,并提供必要之操作平台。全系统的阻力小于60mmAq。
本装置为两个吸附罐,两罐可同时使用、可交替使用、罐内设置单层活性碳或双层活性碳。若双层活性碳废气进入吸附罐内通过上下两层吸附,适合在大风量废气净化,装置的进出为气动调节阀、操作简单减轻劳动强度。本装置采用低压蒸汽为解析介质,必要时可配备蒸汽过热器提高蒸汽温度,以用于较高沸点的溶剂解析。
工作原理
1.吸附过程:由于固体表面上存在着未平衡和未饱和的分子引力或化学键力,因此当此固体表面与气体接触时,就能吸引气体分子,使其浓聚并保持在固体表面,此现象称为吸附。利用固体表面的吸附能力,使废气与大表面的多孔性固体物质相接触,废气中的污染物被吸附在固体表面上,使其与气体混合物分离,达到净化目的。废气经空气过滤器除去微小悬浮颗粒后,进入吸附罐顶部,经过罐内活性碳吸附后,除去有害成分,符合排放标准的净化气体,经风机排出室外。
2.脱附再生过程:活性碳使用一段时间吸附了一定量的溶剂后可脱附再生。再生时用蒸汽自塔底喷入,把活性碳中吸附的溶剂蒸出,再经过冷凝器冷凝成液体,进入分离筒,分离回收有机溶剂,残液进曝气筒,经曝气后排出。