（环境工程专业论文）氧化铝厂炭素车间低浓度沥青烟煅后焦吸附净化基础及应用研究.pdf

昆明理工大学硕士学位论文 摘要 摘要 氧化铝厂炭素车间生产过程中产生大量分散性的浓度为5 7 m g m 3 的沥青烟气，如直接排放会对周边环境及厂区工人造成严重影响。针对 这种沥青烟，用小颗粒煅后焦对其进行吸附净化，并且采用热再生法再 生饱和的煅后焦。 本文首先研究了煅后焦的吸附过程，分析了吸附温度、沥青烟浓度、 空速和煅后焦粒度等因素对煅后焦吸附效果的影响。研究结果表明：煅 后焦吸附沥青烟的量随沥青烟入口浓度的增加而增加。低空速、低温、 小粒径都有利于煅后焦对沥青烟的吸附。对煅后焦的吸附热力学进行研 究，表明此吸附过程为物理吸附，再对吸附等温线进行回归，说明吸附 过程符合l a n g m u i r 方程。 其次，本文进行了饱和煅后焦的加热再生及冷凝回收研究。分别考 察了载气流量、加热温度、饱和缀后焦量、再生次数对缀后焦的再生效 率影响。实验结果表明：当载气流量增大、加热温度增高、饱和煅后焦 量减少，都有利于再生效率的提高。对再生尾气进行冷凝吸收，回收率 达9 7 以上，说明冷凝吸收法能较好的回收再生尾气辛的沥青。 最后论文还针对某氧化铝厂碳素车间的沥青烟净化，进行了工艺设 计。对集气、净化和再生三个系统进行了设计，并将设计结果付诸实施。 实旖工业应用结果表明：用该净化器将分散无组织摊放的沥青婚捕集挣 化，沥青烟和苯并( a ) 芘的净化效率分别达到85 2 和8 8 6 4 。净化器 出口沥青烟和苯并( a ) 芘浓度分别为1 4 m g m 3 和00 188 i t g m 3 ，排放量 分别为0 0 4 k g h 和05 7 x i o k g h ，达到大气污染物综台排教二级标准 g b 】6 2 9 7 - 1 9 9 6 。 关键词：氧化铝厂炭紊车闻、缀后焦、低浓度沥青烟、吸附、热再生 昆明璀工大学预士学位论文 摘要 ab s t r l t c t t h e r ei sag r e a td e a lo fd is p e r s e da n dc o n c e n t r a t i o nis5 7m g m 3 p i t c hf u m eh a sb e e ng e n e r a t e di nt h ec a r b o nw o r k s h o po fa na l u m i n af a c t o r y i fw ed o n tt a k e a n yd is p o s a la n dd is c h a r g ed i r e c t l y ，t h ec ir c u m j a c e n t e n v i r o n m e n tw i l lb ep 0 1 1 u t e da n db a de f f l u e n c ew i l lb ed o n et 0t h ew 0r k e r s i nt h i sp a p e r ，t h ep u r i f i c a t i o n0 fl o wc o n c e n t r a t i o n p i t c h f u m eh a sb e e n s t u d i e d u s i n gg r a n u l ec a l c i n e d - c o k et o a ds o r bp i t c hf u m ei nt h i sm e t h o d a n dr e g e n e r a t et h e g r a n u l ec a l c i n e d c o k et h r o u g hh e a t i n gt h e s a t u r a t e d c a l c i n e d c o k e ， i nt h ep a p e r ，f i r s tt h ea ds o r p t i o no fc a l c i n e d - c o k eh a sb e e ns t u d i e d t h ee f f l u e n c eo ft h et e m p e r a t u r e ，c o n c e n t r a t i o no ft h eo r i g i n a lp i t c hf u m e ， v o l u m ev e l o c i t ya n dg r a n u l a r i t yo fc a l c i n e d c o k eo i lt h ea d s o r p t i o nh a sb e e n s t u d i e d t h er es u i t ss h o w e dt h a tt h ea m o u n to ft h em as so fa d s o r p t i o nw a s i n c r e as i n gw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ec o n c e n t r a t i o no ft h eo r i g i n a lp i t c hf u m e l o w erv o l u m ev e l o c i t y ，l o w e rt e m p e r a t u r ea n ds m a l l e rp a r t i c l ed i db e t t ert o t h ea ds o r p t io na n dp u r i f i c a t i o no ft h ep i t c hf u m e t h r o u g ht h ea n a l y s i so n t h ea d s o r b e n tt h er m o d y n a m i c so ft h ec a l c i n e d c o k ep r o v e dt h a tt h epr o c e s s o ft h i s a d s o r p t i o n is p h y s i c a l a ds o r p t i o n ，t hr o u g ht h e r e g r e s s i o no f a d s o r b e n ti s o t h e r mt es t i f i e dt h a tt h ea ds o r p t i o n pr o c e s s c a nf i tt h e l a n g m u i re q u a t i o n ， a b o u tt h ea s p h a l t l o a d e dc a l c i n e d c o k e sr e g e n er a t i o nb yh e a t i n g ，t h e e f f l u e n c eo ft h el o a d e dg a sv e l o c i t y ，c a l e f a c t i o nt e m p e r a t u r e ，t h em a s so f s a t u r a t e dc a l c i n e d - c o k ea n dg e n e r a t e dt i m eo nt h er e g e n er a t i o ne f f i c i e n c y h a v eb e e ns t u d i e d t h ee x p e r i m e n t ss h o w e dt h a tm o r e1 0 a d e dg a sv e l o c i t y ， h i g h e rt e m p e r a t u r ea n d1 es ss a t u r a t e dc a l c i n e d c o k ed i dw e l lt ot h ei n c r e a s e o ft h er e g e n e r a t i o ne f f i c i e n c y t h r o u g hc o n d e n s a t ea n da b s o r bt ol e dt h e r e c o v e r yr a t i oo fr e g e n e r a t i o ne x p o r tg a st o m o r et h a n 9 7p e r c e n t w h i c h c a nc o n c l u d et h a tt h er e g e n e r a t i o ne x p o r tg a sc a nb er e c o v erb e t t ert h r o u g h c o n d e n s a t i o na b s o r b t h et e c h n i csf l o wo ft h e p i t c h f u m e p u r i f i c a t i o n i nt h e ，c a r b o n i 垦塑堡三查兰鍪主兰堕堡苎一! ! 至 w or ks h o po fa na l u m i n af a c t o r yh a sb e e nd e s i g n e d t h ed e s i g n a t i o n s a r e a b o u tt h et h r e es ys t e m s g a t h e r ，p u r i f i c a t i o na n dr e g e n e r a t i o na n dp u tt h e r es u l t so ft h ed e s i g n a t i o ni n t ou s g t h ei n d u s t r i a la p p l i c a t i o ns h o w e dt h a t t h ep u r i f i c a t i o ne f f i e i e n c yo ft h ep i t c hf u m ea n db a pc a nr e a c h85 2 a n d 88 ，6 4 u s i n gt h isp u r i f i c a t i o ne q u i p m e n tt og a t h e ra n dp u r i f yt h ed i s p e r s e d a n di n o r g a n i z a t e dp i t c hf u m e t h ec o n c e n t r a t i o no ft h e p i t c hf u m ea n dt h e b a pw a s1 4 m g m 3 a n d0 0 18 8 9 9 m 3a n dt h em a s so fd is c h a r g e dw e r e 0 0 4 k g h a n d 0 5 7 1 0 - 6 k g h a tt h e e q u i p m e n t e x p o r t t h e o u tl e t c o n c e n t r a t i o nc a nm e e tg r a d e 1 10 fin te g r a tede m i ss i0f is t a n d a r do fa if p 0 1 1u t a n ts ( g b l6 2 9 7 1 9 9 6 1 k e yw o r d s ：t h ec a r b o nw o r k s h o po faa l u m i n af a c t o r y ，c a l c i n e d l c o k e ，l o w c o n c e n t r a t i o np i t c hf u m e ，a d s o r p t i o n ，t h e r m a lr e g e n e r a t i o n i i 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不合任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本声 明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 燃 日期：2 0 0 5 年3 月1 0 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可t j a ；2 - 布论 文的全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。 导师签名：墨聋论文作者签名：趱退 昆明理工大学硕士学位论文研究的目的、意义和内容 1 研究的目的、意义和内容 1 1 研究的目的和意义 环境问题是当今中国乃至全世界都关注的热点问题。我国是世界上 大气污染最严重的国家之一。我国环境监测总站提出的6 8 种优先控制的 污染物中，有机化合物有58 种。可见治理有机废气是大气环境保护的一 个极为重要的部分。有机废气多产生于石油、化工、印染、粘结、涂料 等工业生产过程，这些有机废气的主要特点是低浓度、风量大且都很容 易挥发。这些有机废气的浓度一般小于5 0 0 0 m g m 3 ，大多无回收利用价值， 但对人体健康与生态环境的危害却不容忽略。采用传统的有机废气净化 方法主要是用来净化高浓度的有机废气，对低浓度有机废气净化存在工 艺复杂，运行费用高的问题。 焦化厂炼焦过程中排出的沥青烟气中主要含有苯并( a ) 芘、c o 、s 0 2 、 b s o ( 苯可溶物) 、n o x 、n h 3 、t s p 等污染物质，对此，国内常用电捕焦 油器捕集烟气中的焦油雾，或用脉冲式收尘器除去烟尘。炼钢炉及炼铁 炉、硅铁冶炼、电解铝等都使用大截面的石墨电极。该石墨电极必须经 阴极或阳极焙烧，而在焙烧过程中会产生大量的有害气体和粉尘，同时 含有大量的沥青烟成份。还有油毡厂以及铺路时也要用到大量的沥青也 会散发出沥青烟。氧化铝厂碳素车间在生产阳极碳块的工艺流程中也释 放出大量的这种低浓度沥青烟。对于这种浓度不高又极为分散的沥青烟 雾，利用常规的净化方法存在效率低，成本高等原因，而不能得到有效 的治理，如何处理此种低浓度的沥青烟气是国内外关注的难题之一。 用氧化铝吸附法处理自焙槽铝厂阳极糊生产过程中产生的沥青烟气 具有较长的历史。此种干法吸附的优点是：工艺简单，操作容易，能耗 少。课题组在此基础上，针对这种沥青烟浓度低的特点，提出了利用小 颗粒煅后焦吸附处理工艺，并在煅后焦吸附达饱和后对其进行热再生， 以期达到煅后焦的循环利用。这一研究成果为低浓度沥青烟的净化提供 了一条行之有效的途径。 垦塑型三查堂堡主堂垡笙皇! 竺壅塑旦箜：塞苎塑塑查 1 2 研究的主要内容 论文针对氧化铝厂炭素车间生产预焙阳极生坯在振动成型过程中散 发出的低浓度沥青烟气，在实验中以氧化铝厂炭素车间生产用沥青通过 模拟生产过程加热挥发沥青，配制一定浓度沥青烟气作为研究中需要处 理的污染气体源，在国内外低浓度沥青烟气治理理论和研究成果的基础 上，采用煅后焦作为吸附剂对低浓度沥青烟的吸附一热再生进行研究。研 究的主要内容包括： ( 1 ) 选择氧化铝厂炭素车间的煤沥青配制低浓度沥青烟，并确定一种适 合的沥青烟浓度测定方法； ( 2 ) 设计煅后焦吸附和再生工艺及装置； ( 3 ) 用煅后焦对沥青烟气进行吸附，测试空速、温度、粒径以及沥青烟 浓度对煅后焦吸附的影响； ( 4 ) 煅后焦吸附沥青烟的热力学研究； ( 5 ) 饱和煅后焦再生实验研究，及其热重分析； ( 6 ) 再生尾气冷凝回收研究； ( 7 ) 在实验研究成功的基础上，对氧化铝厂炭素车间沥青烟气的集气、 吸附以及饱和煅后焦的再生进行研究，考查沥青烟的净化效率。 2 昆明理工大学硕士学位论文 2 文献综述 2 1 沥青的主要性质 2 文献综述 沥青是无定形的非结晶高分子化合物。它的力学性质是由分子运行产 生的，并且受温度的影响显著。当温度在非常低的范围时，沥青分子的 活化能量很低，整个分子不能自由运动，沥青好像玻璃一样的脆硬，通 常称做“玻璃态”。随着温度的升高，沥青分子获得一定的活化能，以致整 个大分子链都可以运动，此时沥青表现出具有的塑性。当温度继续升高 时，沥青分子获得的活化能量更多，以致可以达到自由运动，使分子之 间发生相对滑动，此时沥青就像液体一样发生了黏性流动，称为黏流态。 沥青处于黏流态的温度，即为沥青的软化温度。但是沥青没有严格的软 化温度。 组成沥青的主要元素是碳和氢，碳和氢的组分比侈1 j 直接影响着沥青 的物理和化学性能。沥青的碳含量大于9 0 ，含氢量一般不超过5 。表 2 ，1 是几个国家沥青的元素组成【1 1 。 表2 - l 几个国家的沥青元素组成 软化点元素组成的质量分数( ) 国家 ( ) chsn0 9 0 09 3 。2 74 。3 71 0 51 3 1 中国 9 4 ，59 1 2 44 3 32 0 92 3 4 前苏联 7 99 i 9 44 6 60 8 2i 4 31 1 6 法国 7 19 2 5 04 5 6o 7 9d 7 91 6 6 美国 8 19 3 3 04 2 00 8 00 8 0o 9 0 英国 8 89 3 154 6 00 8 q1 35o 10 波兰 7 19 2 0 34 6 70 4 60 9 40 9 0 袁中数据为o + s 煤沥青是煤焦油工业生产的副产品，炼焦时所得的煤焦油经过3 6 0 蒸馏后的残留物，其软化点高于2 7 ，密度在1 2 9 c m 3 左右，是黑褐色 的固体物质。在固态时，没有明显的结品状态，属于无定形体。沥青的 软化点的离低主要取决于煤焦油的最终蒸馏温度。蒸馏温度越高，所得 3 墨翌堡三查堂婴圭兰竺丝苎墨兰茎堡堕 的沥青软化点就越高。碳素制品工业一般使用中温沥青，电极用沥青黏 结剂的质量指标见表2 - 2 。 表2 2 电极用沥青黏结剂的质量指标 改性沥青 指标名称中温沥青 一级二级 软化点( 环球法) ( ) 7 5 9 0 1o o 1l51 0 0 1 2 0 甲苯不溶物( ) l5 2 52 8 3 4 2 6 喹啉不溶物( ) 1 08 1 46 15 1 3 树脂( ) 18 l6 结焦值( ) 5 4 5 0 灰分( ) o 3 o 3 0 3 水分( ) 5 5 5 煤沥青是生产各种碳和石墨制品的粘结剂。煤沥青能很好地浸润和渗 透各种焦炭及无烟煤的表面和孔隙，并使各种配料的颗粒成分能互相粘 结及形成具有良好塑性的糊料。糊料成型后的生制品，稍加冷却即硬化， 并保持其成型时的形状。生制品在焙烧时，煤沥青逐渐焦化，同时把四 周的焦炭颗粒牢固地连在一起。 2 2 沥青烟的主要性质 沥青烟是沥青、石油、煤炭等原料在高温焙烧下，逸散到环境空气中 的一种烟雾状物质。这些原料在6 5 0 - 9 0 0 温度下及氧气供应不足而未能 深度氧化时最容易产生沥青烟1 3 。沥青成分复杂，且不同的沥青之间成分 差别很大，因而各种沥青烟的成分也相当复杂且存在差别。总体上沥青 烟组成与沥青相近，是一种含有大量多环芳烃( p a h ) 以及少量氧、硫、氮 的杂环混合物，通常以气溶胶形式存在，其粒径多在0 1 1 0 1 t i n 之间， 沥青烟产生的主要来源有：炼焦、炼油等产生沥青的工业热加工过程； 加热沥青以制取沥青产品的过程：加热沥青用以铺设道路、修补房屋或 作防腐涂料的过程；加热或燃烧含有沥青的沥青制品、石油、烟煤、木 材、油页岩的过程等。 将沥青烟样品进行色质联机分析，共检出1 9 6 种主要有机污染物， 其中含量较高的能被确认的共有8 1 种，主要是多环芳烃( 见表2 。3 ) 12 l 。 4 昆明理工大学硕士学位论文2 文献综述 表2 - 3 沥青烟主要污染物组分名称 序序序序 序 中文名称中文名称中文名称中文名称中文名称 号号 号号号 l苊l9卜甲基葸3 7 1 ，8 - 二氨基葸苯并b 萘 6 6 1 ，2 二萘 5 3 2 二苯并呋喃 2 01 甲基咔唑38 芘 2 ，i d 噻吩6 7 2 2 - 二萘 3酞酸二乙酯2 12 甲基菲5 1 0 二氢化5 4 苯并c 菲 6 8 9 苯基蒽 3 9 4芴2 2苯并芴茚井茚6 9 苯并( b ) 萤葸 苯并b 蔡 4 甲基二苯并 5 5 52 3 9 - 甲基葸 4 0 1 芘醇1 2 - d 噻吩7 0 苯并( j ) 萤葸 呋 6 4 醛基联苯 2 49 羰基葸4 l 苯萘并呋喃 5 6 苯并菲酮 7 l 苯并( k ) 萤蒽 7 9 甲基芴 2 59 甲基咔唑4 2 t 甲基芘苯并b 萘 7 2 苯并( a ) 芘 5 7 8 9 羰基芴 2 62 苯基蓁4 3 芴a 腈 2 3 - d 噻吩7 3 苯并( e ) 芘 2 5 - 二甲基 9硫芴2 74 42 甲基芘5 8 苯并a 葸 7 4 二萘嵌苯 菲 l o菲1 02 89 乙基菲 4 5 4 甲基芘 5 9 屈7 5 i ，i2 苯并芘 3 6 二甲基 l l菲2 94 62 ，3 苯并芴 菲 苯并 a 】蒽 茚并 6 07 6 2 3 ，二甲基 一7 12 - d i o n e 1 2 ，3 d 芘 1 2葸3 0 菲 i ，2 ，3 ，4 四氢 4 7 化苯并a 葸三甲基苯并a二苯基a h 13氮葸6 l7 7 1 8 - 萘二甲蒽葸 3 1 酸酐苯并b 三亚 1 4菲啶4 8苯并a 芴6 26 甲基屈7 8 9 1 0 二甲基 9 h 咔唑，9 亚 3 24 9苯并c 芴6 3 苯并( a ) 咔唑 i ，2 ：7 ，8 二苯 15非7 9 硝基基菲 331 苯基萘5 0邻三联苯 6 4 2 甲基苯c 菲 16 4 ，5 二氢化芘 3 4环戊酮并菲5 11 3 - 二甲基芘 1 苯并噻 8 0 苯并g h i 芘 9 1 0 二甲基 6 5 恩，4 ，5 b 1 l7 4 甲基硫芴 3 55 2对三联苯8 l 二联蒽 蒽苯井噻吩 1 8 1 甲基菲 3 6荧葸 5 昆明理工大掌硕士学位论文2 文献综述 沥青烟己被国际癌症研究机构( i a r c ) 列入对人体致癌的化学物质 之一。尤其是其中的苯并芘是强致癌物质。沥青中致癌物质有3 ，4 苯并芘、 二苯并芘等十多种多环芳香烃。由于3 ，4 苯并芘较为稳定，在环境中广泛 存在，且与其他多环芳烃化合物的含量有一定相关性，所以把3 ，4 苯并芘 作为大气致癌物质的代表。3 ，4 - 苯并芘是指苯与芘在苯的3 、4 位置上相 碰而得名的，又名苯并( a ) 芘，由5 个苯环构成多环芳烃。沥青中含3 ，4 苯并芘高达2 5 3 5 ，高温处理时随烟气一起挥发出来。电极焙烧炉 排出的沥青烟气中含3 ，4 苯并芘为1 3 2 毫克立方米。3 ，4 苯并芘在人 体内扰乱核酸代谢，导致细胞恶性分裂，发生癌变，长期接触会引起皮 肤癌、肺癌、胃癌和食道癌等。大气中苯并芘浓度每增加0 0 0 1 9 9 m 3 时， 癌死亡率相应升高5 。 2 3 沥青烟气净化方法 沥青烟的净化方法主要有干法和湿法两种，干法净化流程相对于湿 法流程来说大为简化，设备较少，占地面积小，不会对环境带来二次污 染问题，整个净化过程投资少，运行费用低、操作及维修保养容易等优 点。目前正在研究或得以应用的净化方法主要有以下四种类型，即焚烧 法、电捕法、吸收法和吸附法，而前三种方法主要是针对浓度较高的沥 青烟。方法简述如下： 2 3 1 焚烧法 沥青烟气中除了含有水蒸气外，还含有大量的烷烃和苯系物。这些 有机物均可燃烧。选择适当条件，通过燃烧，可降低沥青烟气排放浓度 和烟气中有害物质的浓度。试验表明，当温度超过7 9 0 、停留时间大于 0 5 s 、供氧充足的情况下，烃类物质即可燃烧完全；当温度达9 0 0 以上 时，混杂在沥青烟中的其他物质，也能焚烧完全。焚烧法在国内有较多 的研究和应用 4 - 6 】。 焚烧法的影响因素主要是沥青烟的浓度和燃烧的温度及时问。如果 温度不足，时间不够，则焚烧不完全；若温度过高时间过长，供氧不足 的情况下则会使部分沥青烟炭化成颗粒，丽以粉末形式随烟气排出产生 二次污染。而且此方法虽然简单，但沥青烟常会粘在引风机叶片上，难 以清除。如依靠风机抽取沥青烟，将沥青烟送至燃烧室后燃烧，此工艺 6 垦堕堡三查堂堡主兰堡笙苎! 苎壁堡堕 沥青烟已被国际癌症研究机构( i a r c ) 列入对人体致癌的化学物质 之一。尤其是其中的苯并芘是强致癌物质。沥青中致癌物质有3 ，4 苯并芘、 二苯并芘等十多种多环芳香烃。由于3 ，4 苯并芘较为稳定，在环境中广泛 存在，且与其他多环芳烃化合物的含量有一定相关性，所以把3 ，4 苯并芘 作为大气致癌物质的代表。3 ，4 - 苯并芘是指苯与芘在苯的3 、4 位置上相 碰而得名的，又名苯并( a ) 芘，由5 个苯环构成多环芳烃。沥青中含3 ，4 苯并芘高达2 5 3 5 ，高温处理时随烟气一起挥发出来。电极焙烧炉 排出的沥青烟气中含3 ，4 苯并芘为1 3 2 毫克立方米。3 ，4 苯并芘在人 体内扰乱核酸代谢，导致细胞恶性分裂，发生癌变，长期接触会引起皮 肤癌、肺癌、胃癌和食道癌等。大气中苯并芘浓度每增加0 0 0 1 9 9 m 3 时， 癌死亡率相应升高5 。 2 3 沥青烟气净化方法 沥青烟的净化方法主要有干法和湿法两种，干法净化流程相对于湿 法流程来说大为简化，设备较少，占地面积小，不会对环境带采二次污 染问题，整个净化过程投资少，运行费用低、操作及维修保养容易等优 点。目前正在研究或得以应用的净化方法主要有以下四种类型，即焚烧 法、电捕法、吸收法和吸附法，而前三种方法主要是针对浓度较高的沥 青烟。方法简述如下： 2 3 1 焚烧法 沥青烟气中除了含有水蒸气外，还含有大量的烷烃和苯系物，这些 有机物均可燃烧。选择适当条件，通过燃烧，可降低沥青烟气排放浓度 和烟气中有害物质的浓度。试验表明，当温度超过7 9 0 、停留时间大于 0 5 “供氧充足的情况下，烃类物质即可燃烧完全；当温度达9 0 0 以上 时，混杂在沥青烟中的其他物质，也能焚烧完全。焚烧法在国内有较多 的研究和应用 4 - 6 】。 焚烧法的影响因素主要是沥青烟的浓度和燃烧的温度及时间。如果 温度不足，时间不够，则焚烧不完全：若温度过高日寸间过长，供氧不足 的情况下则会使部分沥青烟炭化成颗粒而以粉末形式随烟气排出产生 二次污染。而且此方法虽然简单，但沥青烟常会粘在引风机叶片上，难 以清除。如依靠风机抽取沥青烟，将沥青烟送至燃烧室后燃烧，此工艺 以清除。如依靠风机抽取沥青烟，将沥青烟送至燃烧室后燃烧，此工艺 6 垦塑里三盔堂堡主堂焦堡苎 ! ：苎堕堡望 必须向燃烧室鼓入足量的空气+ 供给足够的氧气以助沥青烟的完全燃烧， 因此使得排烟量增大，燃料消耗较多。并且在低浓度沥青下，因能耗太 高，使运行费用增高而不经济。 2 3 2 电捕法 电捕法是基于静电场的物理性质而进行的。当沥青烟中的颗粒及大 分子进入预除收尘器后，烟气与阻流板撞击，由于气流方向和流速的改 变，烟气中的大颗粒灰尘首先被阻挡下来，落入集尘斗中。分离后的烟 气经过预除尘粗净化，进入管式冷却器，进入之前温度在1 0 0 以上，在 冷却器的前端顺气流方向喷入雾化水，利用水吸收烟气热量，将烟气温 度冷却到8 0 9 0 ，喷水器根据烟气进口温度的高低，可自动调节水 量；冷却器的后端设喷头均匀的喷八一定量的喷淋水，它可以去除烟气 中易溶于水的s 0 2 ，废水由排水器排出，集中处理，这时冷却器的出口烟 气温度大约在7 0 8 0 ，与中温沥青的软化点相当，这时烟气的比电阻 降至2 x1 0 邶q c m 以下，有利于电除尘器对沥青烟的捕集。应用电捕法治 理沥青烟气的工厂也较多7 10 1 。 该方法的缺点是：一次性投资大，对烟气的温度控制要求较高，一 般控制在7 0 8 0 ，因其不能用于碳粉尘的捕集，而必须采用湿式静 电捕集器，也就增加了污水处理设备。并且运行过程中很容易因为冷却 器的供水量和供水管压力不够，雾化不好，从而引起火灾。 2 3 3 吸收法 在环境工程中，吸收法是控制大气污染的重要手段之一。吸收法是 利用沥青烟气中的有害微粒能够溶于有机溶剂的原理，把沥青烟气收集 起来，先进行冷凝，然后再用有机溶剂喷淋吸收，达到处理沥青烟气的 目的，有机溶剂循环使用效率可达9 l 9 5 。一般采用水和柴油作吸收 剂，可用作高浓度沥青烟气的预处理，但对低浓度沥青烟气的处理效果 不理想。 德国k h o 公司把含沥青烟的烟气抽到一个内部喷水的排烟机上，使 之预净化，然后再进入气体分离器。该分离器有许多密集并列的由不锈 钢制成的“s ”型薄钢板，烟气是从上往下流动，水也从上往下喷，造成大 接触面积的不锈钢上有水沫层，使烟气中焦油雾粒及混合物附在水沫上 7 垦翌堡三查兰堡主堂笙笙苎! ：苎堕堡垄 面向下流到底部的凹槽中，再溢流在集合槽。在集合槽中要加特种添加 剂，使焦油一炭尘混合物颗粒的表面张力增大到难和水面润湿，由于颗 粒的比重大而沉入槽底，沉淀而出，焦油滴则浮在集合槽表面，用刮油 器刮去而达到净化目的。 2 3 4 吸附法 吸附法主要是用焦炭粉、氧化铝、白云石粉或滑石粉等孑l 隙多、比 表面积大的材料作吸附剂，利用吸附原理净化沥青烟气，有较好的发展 前途。国外对此项技术已有很多应用：如日本的d n p 预涂助滤剂过滤法， 是将耐火粉均匀涂在滤袋内表面，通入沥青烟气，用活性白做吸附剂， 其净化效率可达9 0 以上：美国j a m e s f d e n t o n 对沥青烟气采用电颗粒 层流动床吸附，选用2 衄粒径大小的沙石做吸附剂，这套装置对亚微粒 烟气具有较高的捕集效率，对沥青烟气中的碳氢化合物捕集效率能达到 9 8 以上的净化率。国内的其它行业如冶金部的炼铝厂、耐火砖厂等先后 应用吸附法治理沥青烟气获得了成功。利用干法吸附法处理沥青烟气的 工程应用很多，方法各异。 青海铝厂从美国p e c 公司引进碳素焙烧沥青烟气干法净化系统 ( p l e n o ) 【】。工艺流程是：来自焙烧炉的沥青烟气进入冷却塔进行 喷水雾化冷却，冷却后的烟气由塔底部排出与由反应器v r i 中喷出的氧 化铝混合进行吸附反应，吸附反应后的烟气进入脉冲袋式除尘器中气固 分离，吸附后的氧化铝一部分循环使用，另一部分经气力提升器输送至 氧化铝贮槽，定期用氧化铝罐车送电解使用，分离后洁净烟气通过三台 引风机经由烟囱排入大气。 安阳松下炭素有限公司【l2 ，1 3 1 烟气净化采用烟气喷水降温、粉料吸附 沥青烟、袋式除尘的组合工艺。萍乡钢铁厂通过考察鄂钢对沥青烟气的 治理情况后1 4 , 1 5 1 ，将其炼钢焙烧车间烟气处理采用吸附法，吸附剂是由 2 5 6 5 m m 的焦碳、白云石、耐火砖、松树球等多种材料组成。净化后， 沥青8 h 平均排放浓度大大低于国家沥青工业污染排放标准。而安阳 钢铁集团有限公司利用流动的镁砂料将含尘气体中的沥青吸附6 1 ，附着 沥青烟豹镁砂料不断被新料石所取代。实现了吸附剂自动更新；同时， 也不影响正常生产。广州钢铁厂耐火材料车间用熟白云石粉为吸附剂吸 附净化沥青烟气1 】，再用布袋除尘器除去载有沥青烟的熟自云石粉，含 8 垦塑垄三查兰堡主主堡堡苎 ! ：苎茎堡堕 沥青烟的粉尘返回料仓重新利用，无二次污染，解决耐材生产的沥青烟 尘问题，提高了环境质量。 实验中采用小颗粒煅后焦固定床吸附法，利用煅后焦的吸附能力将 配制的沥青烟气净化。由于含有沥青烟的气体通过吸附器碳床，沥青烟 被吸附在煅后焦表面上，一段时间后吸附剂接近饱和时，碳床出口出现 沥青烟浓度升高的情况，表明吸附剂已达饱和，而不得不将吸附器内的 煅后焦进行处理。在吸附过程中，煅后焦吸附了沥青烟中的挥发冷凝物， 使吸附介质煅后焦难以再生，考虑到实际工业应用中更换介质的操作非 常复杂，因此采用加热再生法对饱和吸附剂进行再生。 2 4 煅后焦再生方法 目前，各种实际应用和研究中的再生方法有热再生法 ”。20 1 、溶剂再 生法【2 、超临界流体萃取法 2 2 , 2 3 】、生物再生法、化学药品再生法 2 4 2 5 】、 电化学再生法 2 6 , 27 】、湿式空气氧化法 28 】、催化氧化再生法以及超声再生 法 2 9 l 和光催化再生法，以及这些再生方法的组合，比如化学氧化一炭一 膜法降解系统，先脱附后液相催化氧化再生法，催化超临界水氧化法等。 通过多种再生技术经济有效地组合起来，互相弥补各自的不足之处，充 分发挥各自的优点，以取得更高的再生效率。 2 4 1 热再生法 热再生法包括较低温度下使吸附质从吸附剂表面脱附解吸的过程以 及较高温度下( 7 0 0 一1 0 0 0 ) 吸附质的热分解过程。热再生法的加热方式可 以是直接加热，也可在再生剂的存在下进行加热，通常所使用的再生剂 为低氧化性流体如水蒸汽或c 0 2 气体。因此，热再生法按加热方式的不 同又分为低压蒸汽再生法、电炉再生法、微波加热再生、远红外再生、 闷烧或焚烧再生等。部分研究工作者 3o 探索开发新型的节能再生炉，更 多的研究人员致力于研究可实现在线操作和低温操作的新的再生方法来 代替热再生法。 2 4 2 溶剂再生法 溶剂再生法是使用溶剂将被吸附的有机物从吸附剂上萃取下来，再 生所用的试剂分为有机试剂和无机试剂。有机试剂主要为一般有机溶剂 9 昆明理工大学硕士学位论文2 文献练述 ( 如狡酸、胺、醇、抓基烷烃、丙酮、苯及其衍生物) 和表面活性剂( 如十 二烷基磺酸钠) 。用有机试剂再生主要是利用置换原理，即用小分子或粒 子的易溶再生剂取代吸附剂孔隙中的大分子或大粒子团的吸附质，再用 蒸馏水多次洗涤除去再生剂，使吸附剂得以再生。 2 4 3 超临界流体萃取法 物质的温度和压力同时高于它的临界温度和压力时称谓超临界流体 ( s c f ) 。超临界流体是介于液体和气体之间的物态，呈现出某些特殊的性 质。许多物质在常温常压下对某些溶质的溶解能力极小，在亚临界态( 近 于临界态) 或超临界态下却具有异常大的溶解能力。且溶解度随压力的变 化呈强函数关系。由于流体的性质随于温度和压力的变化而变化，所以 改变流体的状态条件，便可将溶质和溶剂流体有效的分离。 2 4 4 生物再生法 生物再生法结合了活性炭吸附和生物降解有机质的作用，被广泛应 用于工业废水处理中。在用生物再生法处理废水的过程中，活性炭发挥 了吸附和载体两种功能，微生物则起到了分解氧化有机物的作用。活性 炭吸附水中的有机物和溶解氧，为附着在活性炭表面的微生物提供生长 繁殖所需的丰富营养源：同时微生物降解吸附在活性炭表面和孔隙内的 有机物，使活性炭得以再生。 2 5 基本理论 2 5 1 吸附的基本理论 当两相组成一个体系时，其组成在两相界面与相内部是不同的，处 在两相界面处的成分产生了积著。这种现象称为吸附。已被吸附的原子 或分子，返回到液相或气相中，称之为解吸或脱附。由于被吸附物与吸 附剂之间吸附力的不同，吸附又可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附 是可逆的。吸附的同时伴有脱附过程，开始时吸附的速度比脱附速度快， 吸附剂表面被吸附组分的浓度逐渐增加。当吸附和脱附速度相等时，即 达到吸附平衡。一个吸附过程包括几个步骤，其中任一步骤都将不同程 度地影响吸附速率。总吸附速率是综合结果，它主要受速度最慢的步骤 控制。固体吸附剂颗粒在流体中吸附过程分以下几步 3 1 】： 】0 垦里里三查兰堡主兰堡丝苎! 塞鳖簦垄 ( 1 ) 外部扩散，吸附剂周围的流体相中组分a 扩散穿过流体膜到达 固体吸附剂表面： ( 2 ) 内部扩散，组分a 从固体表面进入吸附剂微孔通道，在微孑l 通 道的吸附流体相中扩散到微孔表面； ( 3 ) 吸附，已达到微孔表面的组分a 分子被固体吸附剂吸附，从而 完成吸附； ( 4 ) 脱附，已被吸附的组分a 分子部分脱附，离开微孔道表面； ( 5 ) 内反扩散，脱附的组分a 从微孔道内吸附流体相扩散至吸附剂 外表面； ( 6 ) 外反扩散，组分a 分子从外表面反扩散穿过流体膜，进入外界 的流体中，从而完成脱附。 内、外扩散过程称为物理过程，吸附过程称为动力学过程。物理吸 附，吸附本身的速率是很快的，即动力学过程阻力可以忽略。 对于单组分吸附平衡，吸附等温方程的推导不能只从物理吸附和化 学吸附的假设出发，有的学者从吸附质吸附于多孔固体表面的层数，或 吸附中心形成的机理，或均匀表面与非均匀表面和扩散的关系，或局部 吸附与非局部吸附的假设出发，也有从形成可移动的吸附层与不能移动 的吸附层的概念出发，提出各种不同的模型并得到吸附等温方程，以描 述恒温下的吸附过程，其中最主要的模型有l a n g m u i r 、f r e u n d l i c h 、b e t 等方程 3 2 , 3 3 l 。 1 ) l a n g m u i r 方程 l a n g m u i r 的单分子层吸附模型有四个主要的假设：a 、单分子层吸附； b 、局部吸附；c 、理想的均匀表面；d 、各吸附中心互相独立。其模型为： 皇：旦 q 。l + 岛c ( 2 1 ) 式中q 一为吸附量； q 。一为最大吸附量； c 一是气体浓度； k i 是l a n g m u i r 常数。 2 ) f r e u n d l i e h 方程 昆明理工大学硕士学位论文2 文献综述 f r e u n d l i c h 方程的模型为： 印 ( 2 。2 ) 式中，n 、k 一常数。 3 ) b e t 方程( b r u n a u e r 、e m m e t t 和t e l l e r ，19 35 ) b e t 方程的模型是假设吸附层为不移动的理想均匀表面，其作用力 是范德华力，可以是多层吸附，各层水平方向的分子之间没有互相作用 力。在此基础上，推出多层分子吸附等温方程； ! ：上+ 丝。上 q ( p o p ) g 。晚昂 ( 2 - 3 ) 式中，p 。一饱和气压； k b b e t 方程系数。 此外，还有其他应用于单组分吸附平衡实验的吸附等温式模型。 2 5 2 固定床穿透 固定床吸附过程中，沿床层形成三个区：饱和区、传质区和未用区。 饱和区内吸附已经达到饱和状态，传质区内床层浓度从饱和到接近于零 之间剧烈变化，而未用区内床层浓度接近于零。当传质区前沿移至床层 出口时，未用区消失，吸附器工作达到极限。 以床层出口气体中吸附质浓度为纵坐标，操作时间为横坐标所得的 关系曲线称为穿透曲线。吸附穿透曲线代表在吸附层内吸附组分浓度的 变化，进料以稳定状态进入吸附床层，开始时出口只有非吸附组分流出， 随着气体的不断加入，达到破点时流出物中开始出现吸附组分，即开始 穿透，之后吸附继续进行，流出物中吸附组分浓度逐渐升高，直至与进 料浓度相等，吸附达到平衡。影响穿透曲线的因素很多，如吸附剂的性 质、颗粒大小、流体的性质浓度和流速、吸附床层的温度等等。穿透曲 线的形状与吸附速率和机制、吸附平衡的特性、流速、吸附质浓度及床 层高度有关系 3 4 。 2 5 3 再生的基本理论 再生就是将表面吸附有各种有机污染物的吸附剂经过特殊处理，使 其恢复绝大部分的吸附能力，以便重新用于吸附过程。理想的再生过程 12 垦塑里三查兰堡主堂堡丝苎! ：苎堂堡垄 是直接摧毁吸附剂所吸附的有毒物质或将有价值的吸附质脱附以便回收 利用，同时不改变吸附剂原有的性质。在吸附床层操作接近于破点时， 就认为吸附床层已失去活性不能再用，必须进行再生处理以恢复吸附剂 的活性，以便使用。吸附剂再生有两种情况：一种是脱附气态污染物， 再生吸附剂，脱附出来的气态污染物送去燃烧或作其他净化回收处理； 另一种由于脱附出来的吸附质浓度较高或吸附质的价值很大，则在吸附 剂再生的同时，需要回收脱附出的吸附质。在选定再生条件时，除了不 损害吸附剂性质和吸附能力外，还必须注意粉状吸附荆的粒度及粒状吸 附剂的硬度。由于吸附剂的吸附作用与吸附质、吸附剂本身以及溶剂之 间的亲和力有关，三者之间有一平衡关系。根据这一平衡关系得到可能 应用的再生途径【”】有： ( 1 ) 改变被吸附质的化学性质； ( 2 ) 使用对吸附质亲和力强的溶剂将其溶出； ( 3 ) 使用对吸附剂亲和力强的物质置换出吸附质； ( 4 ) 利用从外部加热提高温度等办法，改变系统的平衡关系以去除 吸附质； ( 5 ) 降低溶剂的中溶质的浓度( 压力) ，使吸附质从吸附剂中脱附； ( 6 ) 分解或氧化吸附质中的有机物，然后将其除去。 热再生法根据有机物在加热过程中分解脱附的温度不同，热再生分 为低温加热再生和高温加热再生。 ( 1 ) 低温加热再生法。对于吸附质沸点较低的低分子碳氢化合物和 芳香族有机物的饱和吸附剂，一般用l0 0 2 0 0 蒸汽吹脱使吸附剂再生， 再生可在吸附塔内进行。脱附后的有机物蒸汽经冷凝后可回收利用。常 用于气体吸附的活性炭再生。此方法也用于啤酒、饮料行业工艺用水初 级处理的饱和活性炭再生。 ( 2 ) 高温加热再生法。在水处理中，炭类吸附剂吸附的多为热分解型 和难脱附型有机物，且吸附周期长。高温加热再生法通常经过85 0 左右 高温加热，使吸附在活性炭上的有机物经碳化、活化后达到再生目的， 高温加热再生法吸附恢复率高、且再生效果稳定。 部分研究者 3 6 , 373 采用热重分析和程序升温脱附法，结合质谱法对吸 附有机质的吸附剂的热再生过程进行了研究。研究表明，随温度的升高 再生经历以下几个过程：温度低于2 0 0 ，易挥发性的化合物被干燥并从 13 垦望垄三查兰堡主堂垡逵塞 ! ：苎塑堡堕 吸附剂上挥发掉；温度在2 0 0 5 0 0 之间是不稳定化合物的气化和分解 阶段；5 0 0 7 0 0 之间，难挥发的吸附质发生热解形成焦炭，继续升高温 度，吸附剂上的剩余物质开始氧化；温度在7 5 0 9 8 0 间是剩余物质以 及吸附剂自身的氧化。炭类吸附剂自身的氧化是指氧进攻吸附剂，将吸 附剂的部分小孔( 2 n m ) 转变为更