废弃塑料回收利用过程的废气处理方案设计

1、废弃塑料回收利用过程的废气处理方案设计 - 废气处理 【摘要】简要介绍了废弃塑料的处理方法： 掩埋、燃烧和回收再利用。 其中，回收再利用不仅经济而且环保。 但回收利用过程不可防止地涉 及到高温、 压缩及裂解工艺流程， 这些过程中均会产生有毒气体和烟 尘。重点分析了废弃塑料在高温压缩过程产生的废气成分， 并针对性 地设计了一套兼具新颖性和实用性的废气处理设备。 【关键词】废旧塑料；回收再利用，有毒废气；烟尘；处理设备1、前言随着塑料需求量的不断提高， 废弃塑料也逐渐增加， 塑料垃圾的 处理问题是目前环境处理中的一大难点。 目前，废弃塑料处理主要采 用三种方法：掩埋、燃烧和回收再利用 1 ，2 。

2、掩埋处理是一种既快 速又省事的方法， 但塑料是一种难以生物降解的垃圾， 大量的塑料垃 圾掩埋会使得地下资源超出自身负荷， 并污染地下水源， 再者垃圾掩 埋对于农作物生长也是一种严重阻碍。 燃烧处理也是一种较为方便快 捷的方法， 但燃烧过程会产生大量的黑烟和有毒气体， 会造成严重的 大气污染。显然，对废弃朔料进行回收再利用是一种既环保又经济的 做法，它包括物理法和化学法。 物理法就是通过机械把废弃塑料进行 加工粉碎后重新用到工业以及建筑业等零部件上 3 。化学法包括熔 融再生、热裂解及能量回收等。化学法是朔料回收利用的新方向，主 要包括塑料的油化技术、 焦化技术及制造芳香族化合物。 塑料的单体

3、原料大局部源于石油， 石油是不可再生能源， 把塑料进行油化处理既 可以保护环境又可到达节油的目的。 但是，无论是熔融再生、 热裂解、 能量回收或是燃烧， 这些方法都离不开高温处理， 均会产生大量的有 毒有害气体和烟尘， 这些有害物质假设直接排放到大气中， 会造成严 重的二次污染。我们重点分析了废弃塑料在高温或燃烧过程中产生的 废气成分，并针对性地设计了一套兼具新颖性和实用性的废气及烟尘 处理设备。2、废气治理的工艺选择2.1 吸收法 处理混合废气时采用液体作为吸收剂来除去废气中一种或几种 气体的方法称为吸收法。 吸收法可分为两种： 化学吸收法和物理吸收 法。化学吸收法就是一种或几种废气与吸收剂

4、之间发生化学反响而生 成其它物质来到达处理的目的。有机废气中含有大量惰性有机气体， 且大局部的吸收液参加反响以后不能继续使用， 无形之中增加了后续 处理及购置新吸收液的本钱。 而物理吸收法根据吸收液与被吸收物质 的相溶性， 把有机废气溶解在吸收液中， 再利用它们沸点的不同用蒸 馏的方法把有价值的物质从混合液中别离出去，并且可以回收吸收 液，到达循环利用的目的。 但该法必须额外添加一个冷凝装置，且吸 收液大局部是有机溶剂容易挥发， 耗损量大， 也增加了不少的本钱和 困难。2.2 吸附法此法通过多孔隙固体作为吸附剂， 利用其吸附作用把有害气体吸 附在吸附剂的外表， 再利用加热或吹气等方法将吸附剂外

5、表的浓缩气 体进行解吸，到达别离和富集气体的目的。吸附剂的一般要求：比外表大、有适宜的微观结构；制造方便，容易再生；不能与被吸 附物质发生反响； 有足够的吸附能力； 较高的耐热性能以及机械 强度。活性炭纤维是一种非常良好的吸附剂， 具有比普通活性炭更好 的比外表积，一般可达10002500m2/g，可形成大量孔径为10m- 40 z的均匀微孔，并且还具有杂环结构和外表官能团等许多特殊结 构4-5。这种优异的微孔结构作用下，可提供强大的分子场。又因为 吸附层很薄， 具有很好的通透性， 可以提供温度变化而造成压力改变 的变压体系， 且同时具有很高的耐热性能， 使活性炭纤维比普通活性 炭具有吸脱附快

6、速、 脱附彻底、 吸附容量大和装置不会因热积蓄过大 而造成燃烧爆炸等优点，但活性炭纤维价格较为昂贵 6 。2.3 燃烧法2.3.1 直接燃烧法。此法是将有害可燃的气体在适宜的工艺条件 下直接燃烧， 一般要求燃烧效率可到达 95%以上。这种方法适于处理 较高浓度的有机废气， 但缺点是需使用大量的燃气并保持较高的温度1100C，且还存在着燃气储存所带来的平安隐患以及燃气运输费 用等问题。2.3.2 催化燃烧法热催化氧化法 。此法是一种典型的气固相催 化氧化反响。利用催化剂来降低化学反响的活化能进而降低反响温度，使得有机废气能在较低的温度下200300 C丨氧化分解为无毒 的水和二氧化碳等成分， 并

7、放出大量的热量 7-9。此法具有燃烧温度 低、节省燃气的优点。 也不会因为温度过高而使得空气中的氮气转化 为氮氧化物 10 。2.4 催化法241催化复原选择性催化复原，SCR。催化复原指的是利用 复原剂，如：氨、尿素等，在催化剂的作用下，可以把烟气中的氮氧 化物复原成无毒无害的物质如氮气和水。 此法目前广泛应用在烟气脱 硝技术中，而塑料燃烧或高温产生的污染物复杂， 不单只有氮氧化物， 而且需要精确控制复原剂的喷入量并防止二氧化硫、氧气的参与。2.4.2 光催化。此法是在常温、常压下利用光催化剂在太阳光或 紫外灯的照射下，对有机污染物进行快速分解，使其被氧化成水、二 氧化碳等小分子，一般不造成

8、二次污染。目前以 TiO2 作为半导体材 料的光催化降解研究技术最受欢迎。 导带中的电子和价带中的空穴合 称为电子 空穴对。 在光催化过程中， 空穴能够与吸附在催化剂外表 的水分子发生作用生成氧化能力极强和活性更高的羟基自由基， 而光 生电子也能够与氧气发生作用生成具有很强化学活性的自由基， 这些 光生载流子能无选择地氧化复原各种污染物并生成无毒无害物质。 光 催化技术也可补充催化燃烧法的缺乏，比方， HCN 通过催化燃烧法 会产生氮氧化物污染物， 产生的氮氧化物污染物可以用光催化反响来 降解。但是此法的缺点在于只能消除封闭空间较低浓度的有害气体。3、烟尘治理的工艺选择 塑料在高温或者燃烧的过

9、程中除了产生有毒气体外， 还伴随着大 量的黑烟。产生黑烟的主要原因是塑料不完全燃烧或者高温裂解会产 生碳粒也叫做碳黑 ，而 90%碳黑产品可作为橡胶加工业的补强剂 和填料。处理碳黑的方法有很多，例如燃烧、过滤、静电捕集、湿式洗涤等。燃烧和静电捕集本钱较高， 都需要外来能源来提供热能和电 能；湿式洗涤除了外来能源来提供动力外， 还需要大量的水来捕集烟 尘，况且处理烟尘后的废水需要进行处理， 否那么会造成环境二次污染。 过滤法处理烟尘那么有两大优点：不需要消耗外来能源即热能和电 能；可以回收碳黑。从整体来看最有效的方法是过滤法处理碳黑。 目前，除尘效率最高的是袋式除尘器，它对烟尘微粒过滤效果极好，

10、 但它只适用于低温除尘， 其原因是袋式除尘器的纤维滤料一般适用于 100C左右，对高于100C的气体，其滤料耗损相当大。为了提高滤 料的耐热性能、过滤效率、 抗压能力以及减少排气阻力，国内外对过 滤材料进行大量的研究， 目前，常用的过滤材料有三大类： 陶瓷材料、 金属材料和复合材料。3.1 多孔金属过滤材料金属材料具有优良的耐热性和机械性能，无论在常温还是在高 温，其机械强度均为陶瓷材料的数倍，所以使用寿命较长。且金属材 料还具有焊接性能、 可塑性等优点。 金属多孔过滤材料按结构形式主 要可以分为：烧结金属丝网、烧结金属粉末和金属膜等。但金属材料 化学活性较高，容易被高活性气体腐蚀和氧化。3.

11、2 多孔陶瓷过滤材料 陶瓷材料具有良好的化学稳定性以及热稳定性， 它在高温环境下工作，不容易被高活性的气体腐蚀、氧化以及复原。但单一的陶瓷组 分可能存在易脆和易裂等问题，且进行修补是一大难题。3.3 复合材料为了解决单一组分所带来的缺点， 国内外对陶瓷材料以及金属材料进行综合开发研究，并结合两者的优点开发出金属陶瓷复合材料、 新型的合金材料和复合陶瓷材料等。 金属陶瓷材料典型的代表是美国 研发的一种 “secpter 金属膜 ，被称为金属的无机膜。新型合金材料 典型的代表是Haynes合金、Hastelloy合金、310S等系列新型材料。 复合陶瓷材料典型的代表是堇青石陶瓷纤维复合膜和 SiC

12、 多孔陶瓷 等，其孔隙率到达8090%,更具有机械强度高、密度小、使用寿命 长等特点。4、有机废气净化设施工艺流程4.1 过滤把有机废气运往吸附床之前, 需设置一个过滤器来除去烟尘, 其 中过滤材料采用菲尔特环保科技的壁流式多孔陶瓷微粒捕集器, 它以 碳化硅基SiC蜂窝陶瓷材料为微粒捕集材料，能满足欧W、欧V的排 放标准。为了防止长期使用而造成过滤材料的微孔堵塞, 在微粒捕集 器后面设置一台风机,可利用风机的反吹作用把烟尘从微孔中吹出, 清灰时间只需 58min 即可,且每天清灰 23 次,必要时可采用水 洗进行清灰。4.2 吸附除去烟尘后的有机废气, 通过合理布风, 均匀通过吸附床进行吸 附

13、。传统固定吸附床需要两个或两个以上, 当有一台吸附床进行脱附 的时候,由另一台吸附床进行吸附工作,以到达了交替工作的目的。 但一架吸附床必须配一台热风机和一台抽风机,如果吸附床数量增 加,风机数量也会随之增加。假设采用并联方式那么可解决该难题。并 联就是把多个吸附床用管件并联起来形成多个支路， 用主管件将所有 支路连接起来， 再把大型的热风机和抽风机安置在主管件上， 这样也 会增加管件的数量，造成本钱的增加。为了进一步解决本钱增加问题， 把吸附床进行再一次改造， 只需把一个普通的固定吸附床内设计成多 个室，再把吸附床的阀门开关更换成双向阀门开关。 双向阀门开关可 以简化开关数量， 当一个室吸附

14、饱和后， 再将双向阀门开关向未吸附 饱和的方向摆动， 原先吸附室的入口从开放状态变成关闭状态， 同时， 原先脱附室的入口从关闭状态变成开放状态， 这样可到达一个开关控 制两个室的入口或出口的效果。4.3 催化燃烧当吸附床的另一个室开始工作时， 可利用远红外电加热器， 对催 化燃烧床的内部进行预热， 当床层的温度到达设定值时利用风机将一 局部的热空气直接抽送到吸附床里进行脱附， 另一局部热空气那么先通 过换热器进行换热后再送往光催化装置，到达合理利用热能的目的。 进入催化燃烧床里的废气通过催化作用， 使有机废气能在较低的温度 下进行无焰催化氧化燃烧。 如果催化燃烧床内部的有机废气浓度和床 层的反

15、响温度都偏高， 此时补冷风机将会自动开启， 并把新鲜的冷空 气吹入催化燃烧床里以降低床层的反响温度， 同时也补充了反响过程 中的氧气，确保催化燃烧反响能高效、平安地进行，其脱附与催化燃 烧反响的整个过程需要68h。4.4 光催化进入光催化装置的气体一般含有低浓度的未反响完的有机废气或一些氮氧化物，这些低浓度的废气连续照射23h后，就可以用主 风机将净化后的气体排出。光催化装置中的吸附-催化反响材料选用纳米二氧化钛与活性炭纤维的复合体， 选用这种材料的原因在于活性 炭纤维 ACF 具有很强的吸附能力，吸附速度快，可以为光催化反响 提供有利条件。5、结论 废弃塑料在高温或燃烧过程中产生的气体大局部

16、都是有毒有害 的，如不加以处理直接排放，会给环境造成严重污染。废弃塑料因高 温环境所产生的气体成分复杂， 且有些气体的化学性质很不活泼， 难 以用单一的方法进行处理。 为了解决化学活性不一致、 浓度不相同以 及成分复杂多样的有毒有害气体的处理问题，采用了过滤-吸附-催化燃烧-光催化的综合联用技术，设计了一套兼具新颖性和实用性的废 气及烟尘处理设备。参考文献1 孙亚明废旧塑料回收利用的现状及开展J.云南化工，2022, 352：36-40.2 高涛,章煜君,潘立 .我国废旧塑料回收领域的现状与开展综述J.机电工程，2022，266： 5-8.3 黄海滨,刘锋,李丽娟 .塑料回收利用与再生塑料在建材中的 应用J.工程塑料应用，2022，37 7： 56-59.4 杨芬，刘品华。活性炭纤维在挥发性有机废气处理中的应用J 。曲靖师范学院学报， 2003， 226： 43-46.5 李洪美，王同华，张平 .活性炭纤维的功能化及其在印刷有机 废气处理中的应用 J。 2022，273：38，43-45.6 欧海峰，林金画 .活性炭纤维吸附 催化燃烧