氣體吸附分離技術(shù)和大氣污染防治

1、氣體吸附分離技術(shù)和大氣污染防治摘要：本文簡(jiǎn)要敘述了人類工業(yè)化帶來(lái)的氣態(tài)污染物如硝酸尾氣、黃磷尾氣等中NOx、SOx、P、As、PH3、CO等對(duì)人類健康、生態(tài)環(huán)境的危害及防治措施，結(jié)合作者單位在吸附分離領(lǐng)域已經(jīng)開展的一些實(shí)驗(yàn)研究，探討了吸附分離技術(shù)在治理氣體污染物中應(yīng)用的前景及可行性。 關(guān)鍵詞：氣體吸附分離技術(shù) 大氣污染防治 1 前言 隨著人類工業(yè)化程度的不斷提高，人類向自己賴以生成的環(huán)境中排放的有害物質(zhì)在不斷地增多，“保衛(wèi)地球、保護(hù)我們生成的環(huán)境”不再僅僅是一句危言聳聽的口號(hào)，而是關(guān)系到我們子孫后代能否生存的刻不容緩的大事。人類需要發(fā)展但更需要保護(hù)環(huán)境，如何保護(hù)好我們的環(huán)境是我們廣大科技工作者

2、共同關(guān)心的問(wèn)題。目前，工業(yè)生產(chǎn)給環(huán)境帶來(lái)的主要污染物為工業(yè)廢氣、工業(yè)廢水、廢渣(即工業(yè)“三廢”)，其中工廠每天向大氣中排放大量的各種各樣的工業(yè)廢氣對(duì)人類的健康威脅極大,盡可能將污染物排放量降低到最低限度是非常必要的。 對(duì)生態(tài)環(huán)境影響較大和人類健康威脅較大且絕對(duì)排放量較大的廢氣主要包括：（1）含NOx、SO2、P、As、PH3、CO、HF、C2HCl3、C2H3Cl3等污染物的有毒氣體；（2）其它氣體，開展關(guān)于減少這類有害廢氣的研究是非常有必要的，本文結(jié)合著者在這一領(lǐng)域已經(jīng)開展的研究，討論了用現(xiàn)代吸附分離技術(shù)凈化這類氣體的意義及工業(yè)開發(fā)的可行性。 2 吸附分離技術(shù)治理廢氣技術(shù)基礎(chǔ)及過(guò)程 （1）氣

3、體吸附分離技術(shù)基礎(chǔ) 3 工業(yè)廢氣來(lái)源及治理研究 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(duì)人類自身健康的危害在不斷增大。目前，排放空氣污染物最多的工業(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(jī)物（簡(jiǎn)稱為VOC）等的吸附分離治理前景和可行性簡(jiǎn)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(guò)程中要排放大量的硝酸尾氣，其中含有NOx。NOx不僅對(duì)人類、生物有劇毒，而且導(dǎo)致光化學(xué)煙霧的生成，其危害極大。我國(guó)現(xiàn)有硝酸生產(chǎn)工廠50多

4、家，硝酸尾氣中NOx的濃度一般為5005000 ppm，每年排入大氣的NOx（以NO2計(jì)）約為6萬(wàn)噸。如果能回收這些NOx，不僅控制了對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)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)性試驗(yàn)研究工作，實(shí)驗(yàn)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濃度可控制在低于0.02%，對(duì)應(yīng)尾氣中NOx濃度從0.04%到0.8%，回收氣中NOx濃度變化范圍可從0.8%至5%，可以返回系統(tǒng)生產(chǎn)硝酸。 對(duì)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(jì)院已開發(fā)成功，并申報(bào)國(guó)家專利。對(duì)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

5、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(guó)每年生產(chǎn)黃磷40萬(wàn)噸，生產(chǎn)過(guò)程中每生產(chǎn)一噸黃磷會(huì)產(chǎn)生2500Nm3尾氣，每年產(chǎn)生的尾氣量達(dá)10億Nm3，其主要成份為一氧化碳（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、F等及其化合物的有毒組分未經(jīng)處理排放到大氣中也將嚴(yán)重污染環(huán)境；同時(shí)CO又是一種重要的碳一化工原料，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(lái)，國(guó)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(dòng)態(tài)吸附研究實(shí)驗(yàn)，取得了可循環(huán)操作

6、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。 2007-05-17（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)量最大、分布最廣、影響最嚴(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(shí)被選擇性吸收的SO2可通過(guò)升溫或降壓解吸出來(lái)，化學(xué)吸附時(shí)吸附劑同時(shí)起催化作用，被吸附的SO2被廢氣中的氧氧化成SO3，后者在與水生成硫酸。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于采

7、用吸附法凈化SO2的報(bào)道多為實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告。 （4）含三氯乙烯、三氯乙烷等鹵代烴的排放廢氣凈化 含鹵代烴的廢氣凈化目前較為成熟的技術(shù)是溶劑吸收或吸附法處理，如：（1）彩色顯象管生產(chǎn)線清洗陰罩時(shí)揮發(fā)的三氯乙烷氣體刺激人體粘膜，長(zhǎng)期接觸能使運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)受損，無(wú)論從環(huán)境保護(hù)還是降低生產(chǎn)成本來(lái)看都必須回收利用。航天總公司四院四十二所成功開發(fā)了應(yīng)用活性炭纖維回收三氯乙烷，避免了環(huán)境污染，使用效果良好。（2）在工業(yè)上應(yīng)用很廣的三氯乙烯，是對(duì)人體和環(huán)境都有較大危害的有毒污染物，含三氯乙烯工業(yè)廢氣排放前必須脫除其中超標(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含量并回收其中的三氯乙烯，西南化工研究院在

8、這方面開展了較多實(shí)驗(yàn)研究，并取得了良好的實(shí)驗(yàn)效果。 （5）含高沸點(diǎn)有機(jī)物的尾氣凈化 目前，采用吸附法凈化、回收排放尾氣中的有機(jī)組份的工業(yè)應(yīng)用是比較成功的，采用的通常流程為TSA或PTSA流程，既可有效脫除有機(jī)污染物又可回收有用組份。根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)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)很好地解決含高沸點(diǎn)有機(jī)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的氣體，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含量是非常有意義。目前，國(guó)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)

9、開發(fā)的稀土復(fù)合銅（I）吸附劑都是很好的CO吸附劑。實(shí)驗(yàn)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1ppm以內(nèi)。 （7）含氟排放廢氣的凈化 含氟(主要為HF和SiF4)廢氣數(shù)量雖然不如硫氧化物和氮氧化物大，但其毒性較大，對(duì)人體的危害比SO2大20倍，因此工業(yè)生產(chǎn)排放氣必須控制含氟化合物的排放量。目前，HF回收通常生產(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(guó)內(nèi)應(yīng)用PTSA回收含氟排放廢氣的工業(yè)裝置尚未見(jiàn)報(bào)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(guò)程中產(chǎn)生的，瓦斯氣中含有2545的甲烷及其它一些組份，其熱值僅2500

10、kcal/m3左右，難以利用，通常排入大氣，以致污染環(huán)境。我國(guó)每年約有30億m3瓦斯放空。因此有效利用礦井瓦斯已成為一個(gè)熱門課題。西南化工研究設(shè)計(jì)院開始采用PSA技術(shù)從礦井瓦斯中濃縮甲烷的實(shí)驗(yàn)研究，可以把甲烷濃度從20%提高到5095，濃縮后的富甲烷氣熱值明顯提高，可以作為優(yōu)質(zhì)燃料和化工原料。 （9）工業(yè)二氧化碳排放的控制 近年來(lái)，由于CO2排放量增加（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(shí)代的270ppm上升到近500ppm，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(wèn)題，又回收

11、了有用組份，減少了資源浪費(fèi)。從富含二氧化碳的工業(yè)廢氣中回收二氧化碳這些工業(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(guò)提純，產(chǎn)品二氧化碳的純度可達(dá)99.599.99%，指標(biāo)均可達(dá)到或超過(guò)二氧化碳食品添加劑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB191780）。 （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(kuò)大，城市每天產(chǎn)生的垃圾量激劇增加，目前主要采用空氣燃燒的方式人類的生活垃圾，每天通過(guò)燃燒垃圾產(chǎn)生的大量含VOC有毒廢氣給環(huán)境造成極大的污染；如采用PSA技術(shù)從空氣富集氧氣（氧純度可達(dá)到93）替代空

12、氣處理城市垃圾，則大大降低了有毒廢氣的排放量。 結(jié)束語(yǔ) 隨著對(duì)吸附分離研究機(jī)理的不斷深入，結(jié)合其他化工處理技術(shù)，吸附分離技術(shù)必將在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要作用。 參考文獻(xiàn) （1）童志權(quán)，陳煥欽編著 工業(yè)廢氣污染控制與利用. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1989.612-614 （2）陳健，魏璽群. 廢氣中三氯乙烯的脫除及回收新工藝. 天然氣化工 1999，Vol.24(4),25-28 （3）劉錦，王正方. 1,1,1-三氯乙烷回收裝置 化工環(huán)保 P2224 2000,Vol 20(1) （4）覃世金 黃磷生產(chǎn)中三廢綜合利用的思路 湖北化工 1997（2）5153 （5）周波 黃磷電爐尾氣的應(yīng)用實(shí)踐 云南化工 1996（4）4445 （6）何壽林，汪鴻. 回收利用黃磷尾氣的建議 化工礦山技術(shù) 1997, vol.26(2) 53 （7）藏云鵬 氟化氫廢氣的處理 玻璃與搪瓷 Vol.17(5) （8）吳克義 氧化鋁吸附氟化氫的特性 環(huán)境污染與防治 1996 Vol.12(1),34-36 （9）Shakirov, B.S. Kompleksn. Ispolz. Miner. Syrya,(10),85-8(Russian) 1992 （10）ha