吸附法在工業(yè)廢氣治理中的應(yīng)用研究

梁 廣，楊婉奕

（1.重慶賽迪熱工環(huán)保工程技術(shù)有限公司，重慶 400000；2.重慶新天地環(huán)境檢測技術(shù)有限公司，重慶 400000）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，環(huán)境問題日益凸顯，尤其是大量工業(yè)廢氣的隨意排放，導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量大幅下降。為提高居民的生活質(zhì)量，對(duì)周圍環(huán)境起到良好的保護(hù)作用，當(dāng)前應(yīng)加強(qiáng)對(duì)工業(yè)廢氣治理工作的研究，提高吸附法應(yīng)用效果，減少工業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境的破壞。

1 工業(yè)廢氣成分及污染來源分析

1.1 氣態(tài)污染物

氣態(tài)污染物對(duì)周圍空氣環(huán)境質(zhì)量有著重要的影響，尤其是含氮有機(jī)污染氣體的隨意排放，將導(dǎo)致空氣質(zhì)量急劇下降，并且會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。隨著我國汽車保有量的不斷增加，排放的含氮有機(jī)污染氣體越來越多，加劇了環(huán)境污染，也使得城市環(huán)境承載力進(jìn)一步下降。汽油在轉(zhuǎn)化成汽車動(dòng)力的過程中，將產(chǎn)生大量的氮化物，在受到大氣循環(huán)的影響下，嚴(yán)重威脅到周圍人群的健康狀況。

此外，含硫氣體的排放，在遇到空氣中的水汽之后會(huì)發(fā)生化合反應(yīng)，進(jìn)而引起酸雨等環(huán)境問題。而酸雨具有較強(qiáng)的腐蝕性，會(huì)對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)、金屬等材料造成破壞，其腐蝕速度X 計(jì)算如式（1）所示[1]。另外，大量碳?xì)溆袡C(jī)氣體的排放，也將加劇工業(yè)廢氣污染。通常情況下，天然氣如果不能充分燃燒，也會(huì)產(chǎn)生大量的碳?xì)溆袡C(jī)氣體污染物。碳?xì)溆袡C(jī)氣體污染物不僅會(huì)破壞臭氧層，還將加劇城市光污染問題。大量研究表明，碳?xì)溆袡C(jī)氣體還將對(duì)植被生長產(chǎn)生不利影響。

式中：X——腐蝕速度，mm/a；W1——腐蝕前的重量；W2——腐蝕后的重量；A——金屬表面積；T——時(shí)間；D——金屬材料密度。

1.2 固體顆粒粉塵污染物

工業(yè)廢氣的來源主要是石油行業(yè)、化工行業(yè)等，尤其是化工行業(yè)，產(chǎn)生的工業(yè)廢氣種類較多，且工業(yè)廢氣的成分極為復(fù)雜。因此，要加強(qiáng)對(duì)工業(yè)廢氣治理工作的研究，減輕工業(yè)廢氣造成的不利影響。化工行業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，廢氣的排放量相當(dāng)大，根據(jù)工業(yè)廢氣成分的不同，可以將其分為兩種不同的類型：①固體顆粒粉塵污染物。②氣體污染物。其中，根據(jù)來源性質(zhì)的不同，可以將固體顆粒污染物細(xì)分為一次、二次氣溶膠性污染物。上述兩種污染物主要漂浮在周圍的空氣中，一旦出現(xiàn)含量超標(biāo)問題，將導(dǎo)致嚴(yán)重的空氣污染問題。通常來說，懸浮在空氣中的顆粒污染物大多是由工廠排氣筒所排出。此外，隨著汽車尾氣的大量排放，空氣中溶膠顆粒含量不斷增加，且一些造紙廠、重金屬化工廠在生產(chǎn)過程中也會(huì)增加固體顆粒污染物含量。

2 常見的工業(yè)廢氣治理技術(shù)與方法

2.1 催化燃燒法

在開展工業(yè)廢氣治理工作時(shí)，催化燃燒法是較為常見的一種技術(shù)。該技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在價(jià)格低廉、可操作性強(qiáng)等方面。對(duì)于一些未完全燃燒的氣體，該技術(shù)的應(yīng)用有著良好的治理效果，尤其是有機(jī)氣體污染問題。催化燃燒法的原理主要是把空氣中的碳?xì)溆袡C(jī)氣體、含硫有機(jī)氣體進(jìn)行化學(xué)分解，進(jìn)而減少有害氣體對(duì)城市環(huán)境的污染。經(jīng)過分解之后，可以形成對(duì)自然無害的二氧化碳、水汽等成分。由于工業(yè)廢氣成分相對(duì)復(fù)雜，采用催化燃燒法只能對(duì)上述兩種有機(jī)氣體進(jìn)行處理，因而在應(yīng)用方面存在一定的局限性。但是，催化燃燒法仍然是工業(yè)廢氣治理工作中常見的一種技術(shù)，有著成熟的治理體系，而且其處理設(shè)備的成本較低，圖1 為處理設(shè)備造型。

圖1 處理設(shè)備造型

2.2 吸附法

在工業(yè)廢氣治理過程中，吸附法的應(yīng)用較為廣泛，其對(duì)設(shè)備具有較高的依賴性，吸附材料性質(zhì)較為穩(wěn)定，且吸附效果較好。目前，該技術(shù)已經(jīng)成為我國工業(yè)廢氣治理工作中最為常見的技術(shù)方法。通常情況下，吸附法治理效果主要受到吸附體面積、結(jié)構(gòu)等因素的影響[2]，隨著吸附體面積的增大，吸附效果將顯著提升。因此，在工業(yè)廢氣治理工作中應(yīng)當(dāng)考慮吸附體面積的影響。另外，如果吸附體結(jié)構(gòu)越疏松，并且耐溫性能越好，那么吸附法的治理效果也將得到顯著改善。

該方法應(yīng)用期間，需要工作人員細(xì)致分析氣體污染的化學(xué)成分，合理設(shè)計(jì)吸附體的柔韌性，還應(yīng)適當(dāng)增強(qiáng)吸附裝置的抗腐蝕效果，進(jìn)而提升吸附法的持續(xù)治理水平。然而，該方法應(yīng)用期間也存在一定的局限性，這主要是由于吸附材料的可重復(fù)利用性較差，每年需要在設(shè)備維護(hù)方面投入較多的資金與資源，且活性炭活力的降低將導(dǎo)致工業(yè)廢氣治理效果受到影響。需要注意，吸附法對(duì)含硫有機(jī)污染氣體以及碳氧化物不能起到治理的效果。圖2 為活性炭吸附法現(xiàn)場。圖3 為吸附法工作流程。

圖2 活性炭吸附法現(xiàn)場

圖3 吸附法工作流程

2.3 微生物分解法

作為工業(yè)廢氣治理重要的發(fā)展趨勢，微生物分解法在未來將得到廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，微生物分解法也是眾多治理方法中最為環(huán)保的一種。該技術(shù)主要通過降解污染顆粒，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)廢氣的治理。現(xiàn)階段，我國對(duì)微生物分解法的應(yīng)用缺乏一定的經(jīng)驗(yàn)，但不可否認(rèn)的是，該方法有著廣闊的應(yīng)用前景。

3 吸附法中丙酮填料塔工藝應(yīng)用流程分析

早在20 世紀(jì)80 年代，行業(yè)內(nèi)就已經(jīng)對(duì)氣體吸附分離技術(shù)做出了研究，經(jīng)過約40 年的努力研發(fā)，吸附法已經(jīng)成為一種重要的廢氣處理技術(shù)。總體而言，常用到的氣體吸附分離技術(shù)主要包括兩種類型：變壓吸附法、變溫吸附法。其中，變壓吸附法具有高效、節(jié)能等方面的優(yōu)勢，其操作原理主要是在不同的壓力環(huán)境下，吸附劑可以對(duì)不同成分的氣體進(jìn)行有差異性的吸附；變溫吸附法強(qiáng)調(diào)吸附過程的溫度，其通過調(diào)節(jié)溫度，使得不同類型的氣體被有效地分離出來。

通過對(duì)上述兩種吸附法的分析可知，變壓吸附法更具選擇性，在經(jīng)過分離凈化處理后，形成的是單一氣體，且其吸附劑能夠被循環(huán)使用，極大地降低了廢氣處理成本，而變溫吸附分離法的吸附過程主要受溫度影響[3]，操作較為復(fù)雜。

作為吸附法的典型案例，丙酮填料塔工藝極為重要，應(yīng)針對(duì)其操作流程做出分析。在廢氣治理過程中應(yīng)當(dāng)將混合空氣引入吸附塔，混合氣體會(huì)和水之間產(chǎn)生逆流接觸，進(jìn)而可以排放出凈化氣體。水吸收丙酮之后，技術(shù)人員要對(duì)其開展取樣工作，同時(shí)還要對(duì)各個(gè)組分的含量進(jìn)行計(jì)算，判斷其是否達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)。如果符合國家標(biāo)準(zhǔn)，就可以進(jìn)行排放。反之，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)一步處理，直至合格方可排放。圖4 為丙酮填料塔工藝。

圖4 丙酮填料塔工藝

4 工業(yè)廢氣治理工作中吸附法的具體要點(diǎn)分析

4.1 工業(yè)廢氣中氮氧化物的治理

通過對(duì)吸附法治理氮氧化物氣體的調(diào)查與案例分析可以看出，溫度、壓力的變化對(duì)吸附法的應(yīng)用效果產(chǎn)生重要的影響。因此，具體應(yīng)用過程中應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況，謹(jǐn)慎、合理地設(shè)置溫度值與壓力值，進(jìn)而嚴(yán)格控制吸附過程。氮氧化物分離過程中，主要應(yīng)用吸附法開展空氣分離。具體操作時(shí)，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)吸附劑的應(yīng)用，如活性炭、硅膠、氫氧化鈉等，其中，氫氧化鈉吸附廢氣產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)如式（2）和式（3）所示；也可以使用泥煤、分子篩等。例如，在硝酸生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化物，利用吸附法對(duì)混合氣體開展治理，可以顯著降低氣體污染的程度以及減少生產(chǎn)成本。吸附法的操作流程如下：①應(yīng)當(dāng)在吸附器中引入硝酸尾氣。②可以采用變溫吸附法，對(duì)氣體開展分離操作，進(jìn)而減少廢氣中的占比。③當(dāng)處理結(jié)束之后，應(yīng)當(dāng)做好再生氣體的處理工作，最終實(shí)現(xiàn)再生氣體的循環(huán)利用。

4.2 工業(yè)廢氣中黃磷的治理

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國每年的黃磷產(chǎn)量能夠達(dá)到50 萬t 以上。在開展黃磷生產(chǎn)工作期間，每生產(chǎn)1 t的黃磷，則產(chǎn)生2500～3000 m3的尾氣，可見做好廢氣中黃磷污染物的治理工作極為重要。黃磷主要是由二氧化硫、五氧化二磷、一氧化碳等物質(zhì)通過復(fù)雜的組合形成的。其中，在黃磷諸多的組成成分中，一氧化碳的占比較大，甚至高達(dá)90%左右。鑒于此，可以采用吸附法對(duì)一氧化碳進(jìn)行治理[4]，活性炭的吸附時(shí)間計(jì)算如式（4）所示。通過吸附分離技術(shù)的應(yīng)用，先清除一氧化碳，再處理其他類型的尾氣。

式中：V——活性炭的使用量；C——廢氣濃度；Q——廢氣流量；d——活性炭的堆密度；t——使用時(shí)間；W——炭容。

4.3 工業(yè)廢氣中氫氣的治理

在諸多類型的工業(yè)廢氣中，氫氣含量較大，其是工業(yè)生產(chǎn)過程中一種重要的氣體原料。因此，應(yīng)當(dāng)從能源充分利用的角度出發(fā)，把工業(yè)廢氣中的氫氣分離出來，之后再借助提純技術(shù)對(duì)其加以利用。在利用變壓吸附分離技術(shù)處理氫氣時(shí)，應(yīng)當(dāng)先處理工業(yè)廢氣，再提純。上述工作結(jié)束之后，借助合理的回收技術(shù)，既達(dá)到了廢氣治理的目的，同時(shí)也增加了廢氣治理的效益。由此可見，吸附法是氫氣治理的重要方法之一，其具有較強(qiáng)的有效性、經(jīng)濟(jì)性。

4.4 工業(yè)廢氣中二氧化硫的治理

在硫氧化物中，二氧化硫是重要的組成物質(zhì)。二氧化硫的亂排亂放，將加劇大氣污染等問題[5]，且其含量較大、影響范圍廣，因而在污染氣體的治理過程中，應(yīng)當(dāng)將活性炭作為載體，并添加一定量的碳酸鉀等物質(zhì)，對(duì)二氧化硫進(jìn)行堿性處理。需要注意，處理環(huán)境應(yīng)當(dāng)含有微量的水蒸氣，保證硫氧化物可以和吸附劑之間發(fā)生充分的酸堿中和反應(yīng)。此外，需要添加一定量的貴金屬，主要充當(dāng)催化劑的作用。通過催化劑的使用，可以使硫離子與含硫離子發(fā)生充分的氧化反應(yīng)，所生成的硫化物將會(huì)在活性炭中脫出。

在上述方法中，由于酸堿反應(yīng)與氧化反應(yīng)同步開展，可以增加吸附劑容量。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，二氧化硫能夠從含量為5400 mg/m3脫除到120 mg/m3左右。對(duì)于再生氣體而言，其二氧化硫可以被濃縮4 倍作用。由此可以看出，吸附法治理二氧化硫等廢氣有著良好的應(yīng)用效果，工業(yè)廢氣治理工作中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)該方法的研究與應(yīng)用。

5 結(jié)語

在節(jié)能減排、綠色環(huán)保理念的影響下，工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)各類廢氣的治理。通過選用吸附法等相關(guān)處理技術(shù)，降低有害物質(zhì)的含量，提高環(huán)境保護(hù)力度。除此之外，還應(yīng)做好新技術(shù)的革新與應(yīng)用，不斷改進(jìn)廢氣處理工藝，增強(qiáng)工業(yè)廢氣治理效果，提高治理效率。