吸附法在工業廢氣治理中的應用研究

梁 廣，楊婉奕

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

0 引言

隨著經濟社會的快速發展，環境問題日益凸顯，尤其是大量工業廢氣的隨意排放，導致環境質量大幅下降。為提高居民的生活質量，對周圍環境起到良好的保護作用，當前應加強對工業廢氣治理工作的研究，提高吸附法應用效果，減少工業生產過程中對環境的破壞。

1 工業廢氣成分及污染來源分析

1.1 氣態污染物

氣態污染物對周圍空氣環境質量有著重要的影響，尤其是含氮有機污染氣體的隨意排放，將導致空氣質量急劇下降，并且會造成嚴重的環境污染問題。隨著我國汽車保有量的不斷增加，排放的含氮有機污染氣體越來越多，加劇了環境污染，也使得城市環境承載力進一步下降。汽油在轉化成汽車動力的過程中，將產生大量的氮化物，在受到大氣循環的影響下，嚴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發生化合反應，進而引起酸雨等環境問題。而酸雨具有較強的腐蝕性，會對城市生態系統、金屬等材料造成破壞，其腐蝕速度X 計算如式（1）所示[1]。另外，大量碳氫有機氣體的排放，也將加劇工業廢氣污染。通常情況下，天然氣如果不能充分燃燒，也會產生大量的碳氫有機氣體污染物。碳氫有機氣體污染物不僅會破壞臭氧層，還將加劇城市光污染問題。大量研究表明，碳氫有機氣體還將對植被生長產生不利影響。

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——時間；D——金屬材料密度。

1.2 固體顆粒粉塵污染物

工業廢氣的來源主要是石油行業、化工行業等，尤其是化工行業，產生的工業廢氣種類較多，且工業廢氣的成分極為復雜。因此，要加強對工業廢氣治理工作的研究，減輕工業廢氣造成的不利影響?；ば袠I生產環節中，廢氣的排放量相當大，根據工業廢氣成分的不同，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，根據來源性質的不同，可以將固體顆粒污染物細分為一次、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，一旦出現含量超標問題，將導致嚴重的空氣污染問題。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過程中也會增加固體顆粒污染物含量。

2 常見的工業廢氣治理技術與方法

2.1 催化燃燒法

在開展工業廢氣治理工作時，催化燃燒法是較為常見的一種技術。該技術的優勢主要體現在價格低廉、可操作性強等方面。對于一些未完全燃燒的氣體，該技術的應用有著良好的治理效果，尤其是有機氣體污染問題。催化燃燒法的原理主要是把空氣中的碳氫有機氣體、含硫有機氣體進行化學分解，進而減少有害氣體對城市環境的污染。經過分解之后，可以形成對自然無害的二氧化碳、水汽等成分。由于工業廢氣成分相對復雜，采用催化燃燒法只能對上述兩種有機氣體進行處理，因而在應用方面存在一定的局限性。但是，催化燃燒法仍然是工業廢氣治理工作中常見的一種技術，有著成熟的治理體系，而且其處理設備的成本較低，圖1 為處理設備造型。

圖1 處理設備造型

2.2 吸附法

在工業廢氣治理過程中，吸附法的應用較為廣泛，其對設備具有較高的依賴性，吸附材料性質較為穩定，且吸附效果較好。目前，該技術已經成為我國工業廢氣治理工作中最為常見的技術方法。通常情況下，吸附法治理效果主要受到吸附體面積、結構等因素的影響[2]，隨著吸附體面積的增大，吸附效果將顯著提升。因此，在工業廢氣治理工作中應當考慮吸附體面積的影響。另外，如果吸附體結構越疏松，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。

該方法應用期間，需要工作人員細致分析氣體污染的化學成分，合理設計吸附體的柔韌性，還應適當增強吸附裝置的抗腐蝕效果，進而提升吸附法的持續治理水平。然而，該方法應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利用性較差，每年需要在設備維護方面投入較多的資金與資源，且活性炭活力的降低將導致工業廢氣治理效果受到影響。需要注意，吸附法對含硫有機污染氣體以及碳氧化物不能起到治理的效果。圖2 為活性炭吸附法現場。圖3 為吸附法工作流程。

圖2 活性炭吸附法現場

圖3 吸附法工作流程

2.3 微生物分解法

作為工業廢氣治理重要的發展趨勢，微生物分解法在未來將得到廣泛的應用。同時，微生物分解法也是眾多治理方法中最為環保的一種。該技術主要通過降解污染顆粒，實現對工業廢氣的治理?，F階段，我國對微生物分解法的應用缺乏一定的經驗，但不可否認的是，該方法有著廣闊的應用前景。

3 吸附法中丙酮填料塔工藝應用流程分析

早在20 世紀80 年代，行業內就已經對氣體吸附分離技術做出了研究，經過約40 年的努力研發，吸附法已經成為一種重要的廢氣處理技術?？傮w而言，常用到的氣體吸附分離技術主要包括兩種類型：變壓吸附法、變溫吸附法。其中，變壓吸附法具有高效、節能等方面的優勢，其操作原理主要是在不同的壓力環境下，吸附劑可以對不同成分的氣體進行有差異性的吸附；變溫吸附法強調吸附過程的溫度，其通過調節溫度，使得不同類型的氣體被有效地分離出來。

通過對上述兩種吸附法的分析可知，變壓吸附法更具選擇性，在經過分離凈化處理后，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]，操作較為復雜。

作為吸附法的典型案例，丙酮填料塔工藝極為重要，應針對其操作流程做出分析。在廢氣治理過程中應當將混合空氣引入吸附塔，混合氣體會和水之間產生逆流接觸，進而可以排放出凈化氣體。水吸收丙酮之后，技術人員要對其開展取樣工作，同時還要對各個組分的含量進行計算，判斷其是否達到了國家標準。如果符合國家標準，就可以進行排放。反之，應當對其進一步處理，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 工業廢氣治理工作中吸附法的具體要點分析

4.1 工業廢氣中氮氧化物的治理

通過對吸附法治理氮氧化物氣體的調查與案例分析可以看出，溫度、壓力的變化對吸附法的應用效果產生重要的影響。因此，具體應用過程中應當結合實際情況，謹慎、合理地設置溫度值與壓力值，進而嚴格控制吸附過程。氮氧化物分離過程中，主要應用吸附法開展空氣分離。具體操作時，應當加強對吸附劑的應用，如活性炭、硅膠、氫氧化鈉等，其中，氫氧化鈉吸附廢氣產生的化學反應如式（2）和式（3）所示；也可以使用泥煤、分子篩等。例如，在硝酸生產過程中，會產生大量的氮氧化物，利用吸附法對混合氣體開展治理，可以顯著降低氣體污染的程度以及減少生產成本。吸附法的操作流程如下：①應當在吸附器中引入硝酸尾氣。②可以采用變溫吸附法，對氣體開展分離操作，進而減少廢氣中的占比。③當處理結束之后，應當做好再生氣體的處理工作，最終實現再生氣體的循環利用。

4.2 工業廢氣中黃磷的治理

調查數據顯示，我國每年的黃磷產量能夠達到50 萬t 以上。在開展黃磷生產工作期間，每生產1 t的黃磷，則產生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、一氧化碳等物質通過復雜的組合形成的。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90%左右。鑒于此，可以采用吸附法對一氧化碳進行治理[4]，活性炭的吸附時間計算如式（4）所示。通過吸附分離技術的應用，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——使用時間；W——炭容。

4.3 工業廢氣中氫氣的治理

在諸多類型的工業廢氣中，氫氣含量較大，其是工業生產過程中一種重要的氣體原料。因此，應當從能源充分利用的角度出發，把工業廢氣中的氫氣分離出來，之后再借助提純技術對其加以利用。在利用變壓吸附分離技術處理氫氣時，應當先處理工業廢氣，再提純。上述工作結束之后，借助合理的回收技術，既達到了廢氣治理的目的，同時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，其具有較強的有效性、經濟性。

4.4 工業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。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，應當將活性炭作為載體，并添加一定量的碳酸鉀等物質，對二氧化硫進行堿性處理。需要注意，處理環境應當含有微量的水蒸氣，保證硫氧化物可以和吸附劑之間發生充分的酸堿中和反應。此外，需要添加一定量的貴金屬，主要充當催化劑的作用。通過催化劑的使用，可以使硫離子與含硫離子發生充分的氧化反應，所生成的硫化物將會在活性炭中脫出。

在上述方法中，由于酸堿反應與氧化反應同步開展，可以增加吸附劑容量。試驗數據顯示，二氧化硫能夠從含量為5400 mg/m3脫除到120 mg/m3左右。對于再生氣體而言，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用效果，工業廢氣治理工作中，應加強對該方法的研究與應用。

5 結語

在節能減排、綠色環保理念的影響下，工業生產過程中應加強對各類廢氣的治理。通過選用吸附法等相關處理技術，降低有害物質的含量，提高環境保護力度。除此之外，還應做好新技術的革新與應用，不斷改進廢氣處理工藝，增強工業廢氣治理效果，提高治理效率。