安全环境-环保技术之气体吸附分离技术与大气污染防治

1、气体吸附别离技术与大气污染防治1前言随着人类工业化程度的不断提升,人类向自己赖以生成的环境中排 放的有害物质在不断地增多,“保卫地球、保护我们生成的环境不再仅仅是一句 危言耸听的口号,而是关系到我们子孙后代能否生存的刻不容缓的大事.人类需要 开展但更需要保护环境,如何保护好我们的环境是我们广阔科技工作者共同关心的 问题.目前,工业生产给环境带来的主要污染物为工业、工业、废渣即工业“三废,其中工厂每天向大气中排放大量的各种各样的工业对人类的威胁极大,尽可能将污染物排放量降低到最低限度是非常必要的.对生态环境影响较大和人类威胁较大且绝对排放量较大的主要包括：1含 NOx SO2 P、As、PH3

2、CO HR C2HC13 C2H3c13等污 染物的有毒气体；2其它气体,开展关于减少这类有害废气的研究是非常有必要 的,本文结合著者在这一领域已经开展的研究,讨论了用现代吸附别离技术净化这 类气体的意义及工业开发的可行性.2吸附别离技术治理废气技术根底及过程1气体吸附别离技术根底气体吸附别离技术是近年开展较快的一项新技术,根据方式 的差异常分为变压吸附法和变温吸附法两类：1变压吸附英文名称PressureSwing Adsorption,简称为PSA法提纯或别离单元是根据恒定温度下混合气体中不 同组份在吸附剂上吸附容量或吸附速率的差异以及不同压力下组分在吸附剂上的吸 附容量的差异而实现的,由

3、于采用了压力涨落的循环操作,强吸附组份在低分压下 脱附,吸附剂得以；吸附剂的使用寿命一般为十年以上,所以PSA过程根本是无原料消耗过程；2变温吸附法英文名称 Temperature Swing Adsorption, 简称为TSA或变温变压吸附法简称为 PTSA是根据待别离组份在不同温度下的吸附容量差异实现别离,由于采用温度涨落的循环操作,低温下的被吸附的强吸附组份在 高温下得以脱附,吸附剂得以,冷却后可再次于低温下吸附强吸附组份.确定是否采用吸附法别离的主要依据为待别离组分之间的吸附等温线,图1为待别离组分A污染物、B 非污染物的在温度为t1或t2的吸附等温线所示:对于污染排放物A如果与非污

4、染组份B吸附容量差异较大,那么可考虑PSA技术当然,有时动态吸附容量也是确定别离的一个依据,但在污染治理中 很少涉及；对于常温t1 下强吸附组份A不能良好解吸的别离,可考虑采用 TSA 或PTSAK术.吸附别离技术采用的吸附剂通常为活性炭、硅胶、氧化铝等常规吸 附剂或在吸附剂上附载不同贵金属的专用吸附剂,或者是开发不同孔径、不同微孔 容积的专用吸附剂.2吸附工艺过程循环的实现PSA、TSA或PTSA过程的连续运行通常是通过多个吸附器依靠阀门 切换实现的,当某些塔在吸附时,其它的吸附器那么处于再生等步骤；吸附饱和后的 吸附剂需要再生时,其它已再生好的吸附器开始进入吸附步骤,如此实现循环操 作.3

5、工业废气来源及治理研究随着工业化程度的不断提升,人为产生的空气污染物所占空气总污 染物的比例在不断增加、对人类自身的危害在不断增大.目前,排放空气污染物最 多的工业部门有：石油与化学工业、冶金工业、电力工业、工业等等,下面就工业排 放的主要有害气体污染物 NOx SO2 P、CO卤代姓:、挥发性有机物简称为 VOC等的吸附别离治理前景和可行性简要分析如下:1硝酸生产尾气、烟道气、石灰窑气等各种工业废气中的 NOx 硝酸生产过程中要排放大量的硝酸尾气,其中含有 NOx NOx仅对人类、生物有剧毒,而且导致光化学烟雾的生成,其危害极大.我国现有硝酸生产工厂50多家,硝酸尾气中NOxB浓度一般为50

6、05000Ppm每年排入大气的NOx以NO2计约为6万吨.如果能这些NOx不仅限制了对环境的污染,同时可以 增产硝酸,降低生产本钱.目前西南化工研究院已开展了硝酸尾气的吸附法治理工业性试验研究工作,实验证实了这种方法有相当的优越性.研究说明,净化气中 NOx浓度可 限制在低于0.02%,对应尾气中NOx浓度从0.04%到0.8%,回收气中NOx浓度变化 范围可从0.8%至5%可以返回系统生产硝酸.对石灰窑气等废气中氮氧化物的脱除技术,西南化工研究设计院已 开发成功,并申报国家.对烟道气中氮氧化物的脱除,根据烟道气组成采用TSA法与其他化学技术处理法可有效限制氮氧化物的排放量.2黄磷尾气净化和从

7、黄磷尾气中提纯一氧化碳我国每年生产黄磷 40万吨,生产过程中每生产一吨黄磷会产生 2500Nm捉气,每年产生的尾气量达10亿Nm3其主要成份为一氧化碳约85%90% CO是一种易燃易爆有毒的气体,尾气中含有的 P、S、As、F等及其化合物的有毒组 分未经处理排放到大气中也将严重污染环境；同时CO又是一种重要的碳一化工原料,尾气中含有的P、S As等易使催化剂中毒,所以有效处理黄磷尾气具有非常重 要的意义.近年来,国内外在净化黄磷尾气和开发黄磷尾气领域已开展了较多工作, 其中西南化工研究院开展了尾气处理的动态吸附研究实验,取得了可循环操作的 TSA净化流程,并结合自己的CO提纯专有技术,已转让一

8、套采用吸附法从黄磷尾气 净化并提纯CO的工业装置.3二氧化硫的限制硫氧化物主要是二氧化硫,它是大气中数量最大、分布最广、影响 最严重的环境污染物之一,目前限制的主要方法有：高烟囱稀释法、采用低硫燃料、 排放废气等,近年在采用干法吸附剂吸附法、湿法技术领域开展了较多研究,工 业化应用已很成熟. 吸附法脱除废气中的SO取分为物理吸附法和化学吸附法,物 理吸附时被选择性吸收的SO2可通过升温或降压解吸出来,化学吸附时吸附剂同时 起催化作用,被吸附的SO2M废气中的氧氧化成SO3后者在与水生成硫酸.目前, 国内关于采用吸附法净化SO2的报道多为实验研究报告.(4)含三氯乙烯、三氯乙烷等卤代始的排放废气

9、净化含卤代始的废气净化目前较为成熟的技术是溶剂吸收或吸附法处 理,如：(1)彩色显象管生产线清洗阴罩时挥发的三氯乙烷气体刺激人体粘膜,长 期接触能使运动神经系统受损,无论从还是降低生产本钱来看都必须回收利用.航 天总四院四十二所成功开发了应用活性炭纤维回收三氯乙烷,防止了环境污染,使 用效果良好.(2)在工业上应用很广的三氯乙烯,是对人体和环境都有较大危害的 有毒污染物,含三氯乙烯工业废气排放前必须脱除其中超标含量的TCE应用吸附法可有效限制排放尾气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 这方面开展了较多实验研究,并取得了良好的实验效果.(5)含高沸点有机物的尾气净化目前,采用吸

10、附法净化、回收排放尾气中的有机组份的工业应用是 比拟成功的,采用的通常流程为TSA或PTS颜程,既可有效脱除有机污染物又可回 收有用组份.根据大量实验研究,西南化工研究院在已开发的多套PSA装置的预处理装置中,成功地采用TSA PTS儆术很好地解决含高沸点有机物的尾气净化,如 苯、蔡等的脱除.(6)排放气中一氧化碳的脱除CO是一种易燃易爆有毒的气体,未经处理排放到大气中将严重污 染环境,所以严格限制排放气中CO含量是非常有意义.目前,国内北京大学开发的 13X分子筛载体的Cu (I)吸附剂、南京化工大学开发的稀土复合铜(I )吸附剂都 是很好的CC®附剂.实验说明,采用PSA或TSA

11、技术月除CO是一种有效的手段,排 放气中的CCM限制在1ppm以内.(7)含氟排放废气的净化含氟(主要为HF和SiF4)废气数量虽然不如硫氧化物和氮氧化物 大,但其毒性较大,对人体的危害比SO" 20倍,因此工业生产排放气必须限制含 氟化合物的排放量.目前,HF回收通常生产冰晶石,尽管从理论上可采用吸附法结 合其他化学法处理含氟废气,但目前国内应用PTSAM收含氟排放废气的工业装置尚 未见报道.(8)从富含甲烷气源中浓缩、回收甲烷矿井瓦斯是在采煤过程中产生的,瓦斯气中含有2545%的甲烷及 其它一些组份,具热值仅2500kcal/m3左右,难以利用,通常排入大气,以致污染 环境.我国

12、每年约有30亿m3瓦斯放空.因此有效利用矿井瓦斯已成为一个热门课 题.西南化工研究设计院开始采用 PSA技术从矿井瓦斯中浓缩甲烷的实验研究,可 以把甲烷浓度从20炮高到50-95% ,浓缩后的富甲烷气热值明显提升,可以作为优 质燃料和化工原料.(9)工业二氧化碳排放的限制近年来,由于CO朗卜放量增加(每年以二氧化碳形式放入大气中的 碳约为50亿吨),大气中二氧化碳已从工业污染时代的 270Ppm上升到近500ppm 大量二氧化碳在大气中的积聚引发全球的温室效应已经引起了人类的重视.从含 CO2浓度较高的排放废气中回收 CO激解决了环境问题,又回收了有用组份,减少 了资源浪费.从富含二氧化碳的工业废气中回收二氧化碳这些工业废气主要有：石 灰窑气(含二氧化碳28%38%制氨和制氢装置副产气(含二氧化碳28%99%烟 道废气(含二氧化碳10%18%及脱碳再生气等.通过提纯,产品二氧化碳的纯度 可达99.599.99%,指标均可到达或超过二氧化碳食品添加剂国家标准(GB1917-80).(10) PSA