活性炭在其他氣體來源與處理中的應(yīng)用廣泛,隨著工業(yè)化程度的不斷提高,人為產(chǎn)生的空氣污染物所占空氣總污染物的比例在不斷增加,對人類自身健康的危害也在不斷增加。目前,排放空氣污染物較多的工業(yè)部門有石油與化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)、電力工業(yè)、建筑材料工業(yè)等。下面就工業(yè)排放的主要有害氣體污染物NOX、SO2、 P、CO、鹵代烴、揮發(fā)性有機物(簡稱為VOC)等的吸附分離治理前景和可行性簡要分析如下。
1、硝酸生產(chǎn)尾氣、煙道氣、石灰窯氣等各種工業(yè)廢氣中的NOX
硝酸生產(chǎn)過程中要排放大量的硝酸尾氣,其中含有NOX。NOX不僅對人類、生物有劇毒,而且導(dǎo)致光化學(xué)煙霧的生成,其危害較大。我國現(xiàn)有硝酸生產(chǎn)工廠50多家,硝酸尾氣中NOX的含量一般為(500-5000)×10-6,每年排入大氣的NOX,(以NO2計)約為6萬噸。如果能回收這些NOX,不僅控制了對環(huán)境的污染,同時可以增產(chǎn)硝酸,降低生產(chǎn)成本。
目前西南化工研究院已開展了硝酸尾氣的吸附法回收治理工業(yè)性的試驗研究工作,實驗證明了這種方法有相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性。研究表明,凈化氣中NOX的含量可控制在低于0.02%,對應(yīng)尾氣中NOX的含量從0.04%-0.8%,回收氣中NOX含量的變化范圍可從0.8%-5%,可以返回系統(tǒng)生產(chǎn)硝酸。
對石灰窯氣等廢氣中氮氧化物的脫除技術(shù),西南化工研究設(shè)計院已開發(fā)成功,并申報國家專利。
對煙道氣中氮氧化物的脫除,根據(jù)煙道氣組成采用TSA法與其他化學(xué)技術(shù)處理法可有效控制氮氧化物的排放量。
2、黃磷尾氣凈化和從黃磷尾氣中提純一氧化碳
我國每年生產(chǎn)黃磷40萬噸,生產(chǎn)過程中每生產(chǎn)1t黃磷會產(chǎn)生2500m3尾氣,每年產(chǎn)生的尾氣量達10億立方米,其主要成分為一氧化碳(約85%-90%),CO是一種易燃、易爆、有毒的氣體,尾氣中含有的P、S、As、等易使催化劑中毒,所以有效處理黃磷尾氣具有非常重要的意義。近年來,國內(nèi)外在凈化黃磷尾氣和開發(fā)黃磷尾氣領(lǐng)域已開展了較多工作,其中西南化工研究院開展了尾氣處理的動態(tài)吸附研究實驗,取得了可循環(huán)操作的TSA凈化流程,并結(jié)合自己的CO提純專有技術(shù),已轉(zhuǎn)讓一套采用吸附法從黃磷尾氣凈化并提純CO的工業(yè)裝置。
3、二氧化硫的控制
硫氧化物主要是二氧化硫,它是大氣中數(shù)量較大、分布較廣、影響較嚴(yán)重的環(huán)境污染物之一。目前控制的主要方法有高煙囪稀釋法、采用低硫燃料、排放廢氣脫硫等,近年在采用干法(吸附劑吸附法)、濕法脫硫技術(shù)領(lǐng)域開展了較多研究,工業(yè)化應(yīng)用已很成熟。
吸附法脫除廢氣中的SO2又分為物理吸附法和化學(xué)吸附法,物理吸附時被選擇性吸收的SO2可通過升溫或降壓解吸出來,化學(xué)吸附時吸附劑同時起催化作用,被吸附的SO2被廢氣中的氧氧化成SO3,后者再與水生成硫酸。目前,國內(nèi)關(guān)于采用吸附法凈化SO2的報道多為實驗研究報告。
4、含三氯乙烯、三氯乙烷等鹵代烴的排放廢氣凈化
當(dāng)前,較為成熟的含鹵代烴的廢氣凈化技術(shù)是溶劑吸收或活性炭吸附法處理,如:
①彩色顯像管生產(chǎn)線清洗陰罩時,揮發(fā)的三氯乙烷氣體刺激人體黏膜,長期接觸能使運動神經(jīng)系統(tǒng)受損,無論從環(huán)境保護,還是降低生產(chǎn)成本來看,都需要回收利用,航天總公司四院四十二所成功開發(fā)了應(yīng)用活性碳纖維回收三氯乙烷,避免了環(huán)境污染,使用效果良好。
②三氯乙烯在工業(yè)上的應(yīng)用很廣,它是對人體和環(huán)境都有較大危害的有毒污染物,含三氯乙烯的工業(yè)廢氣排放前需要脫除其中超標(biāo)含量的TCE,應(yīng)用吸附法可有效控制排放尾氣中三氯乙烯的含量,并回收其中的三氯乙烯,西南化工研究院在這方面開展了較多的實驗研究,并取得了良好的實驗效果。
5、含高沸點有機物的尾氣凈化
目前,采用活性炭吸附法凈化、回收排放尾氣中的有機組分的工業(yè)應(yīng)用是比較成功的,通常采用的流程為TSA或PTSA流程,既可有效地脫除有機污染物,又可回收有用組分。通過大量實驗研究,西南化工研究院在已開發(fā)的多套PSA裝置的預(yù)處理裝置中,成功地采用TSA、PTSA技術(shù),很好地解決了含高沸點有機物的尾氣凈化,如:苯、萘等的脫除。
6、排放氣中一氧化碳的脫除
CO是一種易燃、易爆、有毒氣體,未經(jīng)處理排放到大氣中,將嚴(yán)重污染環(huán)境,所以嚴(yán)格控制排放氣中CO的含量是非常有意義的。目前,國內(nèi)北京大學(xué)開發(fā)的13X分子篩載體的Cu (I)吸附劑、南京化工大學(xué)開發(fā)的稀土復(fù)合銅(I)吸附劑都是很好的CO吸附劑。實驗表明,采用PSA或TSA技術(shù)脫除CO是一種有效的手段,排放氣中的CO可控制在1×10-6以內(nèi)。
7、含氟排放廢氣的凈化
含氟(主要為HF和SiF4)廢氣的數(shù)量雖然不如硫氧化物和氮氧化物大,但其毒性較大,對人體的危害比SO2大20倍,因此,工業(yè)生產(chǎn)排放氣需要控制含氟化合物的排放量。目前,HF回收后通常用于生產(chǎn)冰晶石,盡管從理論上可采用吸附法結(jié)合其他化學(xué)法處理含氟廢氣,但目前國內(nèi)應(yīng)用PTSA回收含氟排放廢氣的工業(yè)裝置尚未見報道。
8、從富含甲烷氣源中濃縮、回收甲烷
礦井瓦斯是在采煤過程中產(chǎn)生的,瓦斯氣中含有25%-45%的甲烷及其他一些組分,其熱值僅為2500kcal/m3左右,難以利用,通常排入大氣,以致污染環(huán)境。我國每年約有30億立方米的瓦斯放空,因此,有效利用礦井瓦斯已成為一個熱門課題。西南化工研究設(shè)計院開始采用PSA技術(shù)從礦井瓦斯中濃縮甲烷的實驗研究,可以把甲烷含量從20%提高到50%-95%,濃縮后的富甲烷氣熱值明顯提高,可以作為優(yōu)良燃料和化工原料。
9、工業(yè)二氧化碳排放的控制
近年來,由于CO2排放量的增加(每年以二氧化碳形式放入大氣中的碳約為50億噸),大氣中二氧化碳已從工業(yè)污染時代的270×10-6上升到近500×10-6,大量二氧化碳在大氣中的積聚,引發(fā)全球的溫室效應(yīng)已經(jīng)引起了人類的重視。從含CO2濃度較高的排放廢氣中回收CO2,既解決了環(huán)境問題,又回收了有用組分,減少了資源浪費。
富含二氧化碳的工業(yè)廢氣主要有:石灰窯氣(含二氧化碳28%-38%)、制氨和制氫裝置副產(chǎn)氣(含二氧化碳28%-99%)、煙道廢氣(含二氧化碳10%-18%)及脫碳再生氣等。通過提純,產(chǎn)品二氧化碳的純度可達99.5%-99.99%,指標(biāo)均可達到或超過二氧化碳食品添加劑的國家標(biāo)準(zhǔn)(GB1917-80)。
10、PSA富氧處理城市垃圾廢氣
隨著城市化建設(shè)規(guī)模的不斷擴大,城市每天產(chǎn)生的垃圾量急劇增加,目前主要采用空氣燃燒的方式處理人類的生活垃圾,每天通過燃燒垃圾產(chǎn)生的大量含VOC的有毒廢氣給環(huán)境造成較大的污染,如:采用PSA技術(shù)從空氣富集氧氣(氧純度可達到93%)替代空氣處理城市垃圾,則大大降低了有毒廢氣的排放量。