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。
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。
针对排放废气的不同情况,可以采用不同形式的催化燃烧工艺,但无论采用何种工艺流程,都具有如下特点。
①进人催化燃烧炉的气体首先要经过预处理,除去粉尘、液滴及有害成分,避免催化床层的堵塞和催化剂的中毒。
②进人催化床层的气体温度必须达到起燃温度反应才能进行,因此对低于起燃温度的气体必须进行预热。预热的方式可以采用电加热也可以采用烟道气加热,目前应用较多的是电加热方式。
③催化燃烧放出大量的热,必须进行回收利用。
④若处理的气量较大,一般采用分建式流程,即将预热器、换热器、反应器等分别设立;若处理的气量较小,一般采用组合式流程,即将预热、换执、反应等部分组合安装在同一设备中,即所谓的催化燃烧炉。
冷凝回收法
把有机废气直接导入冷凝器经吸附、吸收、解板、分离,可回收有价值的有机物,该法适用于有机废气浓度高、温度低、风量小的工况,需要附属冷冻设备,主要应用于制药、化工行业,印刷企业较少采用。
常用方法
常用的方法有吸附法、吸收法、催化燃烧法、热力燃烧法等。选用净化方法时,应根据具体情况由县选用费用低、耗能少、无二次污染的方法,尽量做到化害为利,充分回收利用成分和余热。多数情况下,石油化工业因排气浓度高,采用冷凝、吸收、直接燃烧等方法;涂料施工、印刷等行业因排气浓度低,采用吸附、催化燃烧等方法。
吸收法
一般采用物理吸收,即将废气引入吸收液进净化,待吸收液饱和后经加热、解析、冷凝回收;本法适用于大气量、低温度、低浓度的废气,但需配备加热解析回收装置,设备体积大、投资较高。 一般采用活性炭吸附法 : 通过活性炭吸附废气,当吸附饱和后,活性炭脱附再生,将废气吹脱后催化燃烧,转化为无害物质,再生后的活性炭继续使用。当活性炭再生到一定次数后,吸附容量明显下降,则需要再生或更新活性炭。 活性炭是目前处理有机废气使用最多的方法,对苯类废气具有良好的吸附性能,但对烃类废气吸附性较差。主要缺点是运行成本较高,不适合于湿度大的环境,但就目前市场应用来说,采用活性炭吸附最为常用。活性炭采用最多为:活性炭颗粒及活性炭纤维,采用活性炭颗粒价格比较便宜,但效果差些,相比来说采用活性炭纤维价格相对高些,效果好些。
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。