当前位置: 首页 > >

吸附分离技术在大气污染防治中的应用研究

发布时间:

维普资讯 http://www.cqvip.com

云 南环境科 学

2 0 0 4 ,2 3( 3 ) :4 8 — 5 0  

C N 5 3 —1 0 9 3 / X  I S S N 1 0 0 6 —9 4 7 X  

吸 附分 离技 术 在 大 气 污 染 防 治 中的 应 用研 究 
陈红 书 。朱恩赞  ( 昆明市盘龙 区环保监测站 ,云南 昆明 6 5 0 0 4 1 )   摘要 :简述 了硝酸尾 气、黄磷尾 气等污染 物 中 N O x 、s o 2 、P 、A s 、P H 3 、C O对 生态环 境产 生 的危 害
, 

及采 用吸 附分 离技 术在治理 气体 污染物 中的应 用。  
关 键 词 :变 压 吸 附 ; 变温 吸 附 ;大 气 污 染 ; 污染 防 治 

中图分类号 :X 5 1  

文献标识码 :A  

文章编号 :1 0 0 6 —9 4 7( 2 o o 4 )0 3 — 0 0 4 8 —0 3  

随着人 类工业化程度 的不 断提高 ,人 类 向赖 以  生存 的环 境 中排 放 的有 害 物质 在 不 断地 增 多 。 目  

前 ,工业生产排 放量 较 大 的废气 主要 包 括含 N O x 、   s o = 、P 、A s 、P H 3 、C O 、H F 、C 2 H C I 3 、C 2 H 3 C I 3等  污染 物的有毒气体和其它气体 。本文 结合 国内在该  领域 已经 开展 的研究 ,讨论 了用 现代 吸附分离技术  净化这类气体 的意义及工业开发 的可行性 。  
1 气体 吸附分 离技术 
臣 f   1 组份 A 、B吸 附等温 线 

气体吸附分离技术 是*年发展较快 的一项新技 
术 ,按 照再 生方式 的差异 常分为变压吸附法 和变温  吸附法两类 。   ( 1 )变压吸 附 ( P r e f  ̄ u r e   S w i n g   A d s o r p t i o n ,简 称  P S A )法 提纯或分离 单元 是根据恒 定 温度下 混合气 

污染排 放 物 A如果 与非 污染 组 份 B吸附 容量  差别较 大 ,则 可 考 虑 P S A技 术 ( 当 然 ,有 时 动 态 

吸附容 量也是确定分离 的一个依 据 ,但在 治理 中很 
少 涉及 ) ;对 于常 温 ( t I )下强 吸 附组 份 A不 能 良   好解吸 的分离 ,可考虑采用 T S A或 I r l S A技术 。   吸附分离技术 通常采用 的吸附剂 为活性炭 、硅 

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 ,由于采用 了压力涨落 的循 环操作 ,强 

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 同孑 L 径 、不同微  孑 L 容积 的专 用吸附剂 。  
2 吸附工 艺过程循环 的实现 

吸 附组份在低 分压下脱附 ,吸 附剂得 以再生 ;吸附  剂的使用寿命一 般 为 1 0年 以上 ,所 以 P S A过 程基 
本是无原料消耗过程 。  

P S A 、T S A或 I r l S A过 程 的连 续 运 行 是通 过 多 

( 2 )变温 吸除法 ( T e m p e r a t u r e   S w i n g   A d s o r p t i o n ,  
简称 T S A )或 变 温 变压 吸 附 法 ( 简称 I r P S A )是 根  据待分离组份在 不同温度下的吸附容量差异实现 分 

个吸附器依靠 阀门切换实现的,当某些塔在吸附 
时 ,其 它的吸附器则处 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 。图 2为实验开 

离 ,由于采用温度涨 落的循 环操 作 ,低温下被吸 附 
的强吸 附组 份 在 高 温 下得 以脱 附 ,吸 附 剂得 以再 

生 ,冷却 后可再次于低温下 吸附强 吸附组 份。  
确定是 否采用吸附法分离 的主要依据 为待分离 

组分之间 的 吸 附 等温 线 ,图 1即 为待 分 离组 分 A  
( 污染物 ) 、B ( 非污染物 )的在温度 为 t   或t 2 的吸 

附等温线 。  

再 一   生 气 广   一   看 吉 醇 巨 竣.   f   废 气 返 回 氧 。   化 器  
力   图2  T S A脱 除 N O x 装 置 T艺流 程示 意图 

收稿 日期 :2 0 0 3 —1 1 — 0 7  
? —— —

发成功 的 T S A净化 并 回收 硝酸 尾气 中 N O x的 流程 

4 8 ? — — —  

维普资讯 http://www.cqvip.com

吸 附分 离技 术在 大气污 染防治 中的应 用研 究 
示意 图。  

陈红 书  

年在采用 干法 ( 吸 附剂 吸 附法 ) 、湿法 脱 硫技 术领  域开展 了较 多研究 ,工 业化 应用 已很成熟 。吸附法 

3 工业废气来 源及 治理 

随着工业化程度 的不 断提高 ,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 自身健康 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 、建筑材料工业 等 ,下 面就工业排放 

脱除 废 气 中 的 s c h又 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 s o 2 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 S O 2 被 废气 中的 氧氧化 成 s o 3 ,后者  再 与水生成硫 酸。 目前 ,国 内关于采 用吸附法净化  s o 2 的报道 多为实验研究 报告 。   3 . 4 含 卤代烃 的排放废气 净化 

的主要 有 害气 体 污 染 物 N O x 、s o 2 、P 、C O、卤代 
烃 、挥 发性 有 机物 ( 简 称为 v o c )等 的吸 附 分 离  治理 前景和可行性作简要分析 。   3 . 1   硝 酸 尾 气 、烟道 气 、石 灰 窑 气 等 废 气 中 的 
N Ox  

含卤代烃 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 环境保护还 是  降低生产成 本来看都必 须 回收利用 。航天 总公 司 四  院 四十二所成 功开发 了应 用活性炭纤 维 回收三氯 乙  烷 技术 ,避免 了环境 污染 ,使用效果 良好 。②在工 

硝酸生产 过程 中要排 放 大量 含 有 N O x的 硝酸  尾气 ,N O x 不仅对生 物有 剧毒 ,而且会导致 光化学 

烟雾 的生成 ,其危 害极大 。我国现有硝酸生产工厂 
5 O多 家 ,硝 酸 尾 气 中 N O x的 浓 度 一 般 为 5 0 0  

5 0 0 0 p p m,每年排人大气 的 N O x( 以N O 2 计 )约为 6  
万t 。如果 能 回收 这些 N O x ,不仅 控 制 了对 环境 的  污染 ,同时可 以增产硝酸 ,降低生产成 本。   目前 已开展 了硝酸尾气 的吸 附法 回收治理工业  性试 验研 究 工作 。研究 表 明 ,净 化气 中 N O x浓 度 
可控 制 在低 于 0? o 2 % ,对 应 尾 气 中 N O x浓 度 从 

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 的工业 废气排放 
前 必须脱 除其 中含量 超标 的 T C E ,应 用吸 附法 可有 

效控制排 放尾气 中三 氯乙烯含量 并 回收其 中的三氯 
乙烯 ,在 这方面 已开展 了较多实验 研究 ,并取得 了   良好的实验 效果。   3 . 5 含 高沸 点有机物 的尾气净化  目前 ,采 用吸附法净 化 、回收排 放尾气 中的有 
机组 份 的工业 应用是 比较成 功 的 ,采 用 的通常流程 

0 . 0 4 %到 0 . 8 % ,回收 气 中 N O x浓 度 变化 范 围从 
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 已开  发成 功 ,并 申报 了国家专利 。根据 烟道气组成 ,采 

为T S A或 V I S A流程 ,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 ,在 已开发 的  多套 P S A装置 的预 处理 装 置 中 ,成 功地 采 用 T S A、  

用T S A法 与其他 化 学技 术处 理法 可 有效 控制 氮 氧 
化物 的排放 量。   3 . 2 黄磷尾气净化和从黄磷尾气 中提纯 一氧化碳  我 国每 年生 产黄磷 4 0万 t ,每生产 I   t 黄磷会  产生 2 5 0 0 N m 3 尾 气 ,每 年产 生 的 尾 气 量 达 1 O亿 
N m3 ,

V I S A技术 实现 了含 高沸 点 有 机 物 的尾 气净 化 ,如  苯 、萘等 的脱 除。  
3 . 6 排放气 中 C O的脱除 

其 主要成 份 为一 氧化 碳 ( 约8 5 —9 0 %) 。C O  

C O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 以严格控 制排放气  中C O含量非 常有意 义 。 目前 ,国 内北京 大学 开发 

是一种易燃 易爆有毒 的气 体 ,尾气 中含有 的 P 、S 、  
A s 、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 C O又 是一 种重要 的  化工原料 ,尾 气 中含 有 的 P 、S 、A s 等 易使催 化剂  中毒 。   3 . 3 二 氧化硫 的控制  二氧化硫是大气 中数量最大 、分布最广 、影响 

的1 3 X分子筛 载体的 c u( 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 C O吸  附剂。实验表 明 ,采用 P S A或 T S A技术脱 除 C O是 


种有 效 的手 段 ,排 放 气 中的 C O可 控 制 在 l p p m  

以内。  

最 严重 的污染物之一 ,目前控制 的主要方法有 :高 
烟 囱稀释法 、采用低硫燃料 、排放废 气脱 硫等 ,* 

3 . 7 含氟排放 废气的净化  含氟 ( 主要为 H F和 S i F 4 )废 气 量虽 然少 于硫 


4 9 —  

维普资讯 http://www.cqvip.com

云南环 境科学一 第 2 3 卷

第 3期

2 0 0 4 年 9月   ( G B 1 9 1 7 —8 0 ) 。  

氧化物 和氮氧化物 ,但其毒性较大 ,对人 体的危害  比S o 2 大2 0 倍 ,因此 须 严格 控 制 含氟化 合 物的 排  放量 。 目前 ,H F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 ,  

3 . 1 0  P S A富氧处理城市 垃圾废 气 

随着城 市化建设规模 的不 断扩大 ,城市 每天产  生 的垃圾量激 剧增加 , 目前主要 采用空气燃烧 的方  式处理 ,每 天 因此 产生 的大量 含 V O c有 毒 废 气 给  环境造成 极 大 的污 染 。如 采用 P S A技 术 从 空 气 富  集氧气 ( 氧纯 度 可 达 到 9 3 %)替 代 空 气 处 理城 市  垃圾 ,则可大大 降低有毒废 气的排放量 。  
参 考 文献 :  

但 目前 国内应用 P ' I S A回收含氟排 放废 气的工 业装 
置 尚未 见 报 道 。  

3 . 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 2 5—4 5 % 的 甲烷 及 其 它 一 些 组 份 ,其 热 值 仅 
Z S 0 0 k  ̄t / m 3 左 右 ,难 以利 用 ,通 常排 人 大气 ,以 

[ 1 ]   童 志权 , 陈焕 钦 . 工 业 废 气 污染 控 制 与利 用 [ M] . 北京 :  
化 学工业 出版 社 . 1 9 8 9 .  

致污染环境。我国每年约有 3 0 亿m 3 瓦斯放空。因  
此有效 利用 矿井 瓦 斯 已成 为一 个 热 门课题 。采 用 
P S A技术从矿 井 瓦斯 中浓缩 甲烷 的 实验 研 究表 明 ,  

[ 2 ]   陈 健 ,魏 玺群 . 废气 中三氯 乙烯 的脱 除 及 回收 新工 艺 [ J ].  
天 然气化 工 , 1 9 9 9 .2 4( 4 ).  

[ 3 ]   刘 锦 ,王正方 . 1 .1 .1 一三 氯 乙烷 回收 装 置 【 J ]. 化 工 环  保 [ J ]. 2 0 0 0 ,2 0( 1 ),   【 4 ]   覃 世金 . 黄 磷生 产 中 ‘ 三 废 ’综 合利用 的思 路 【 J ], 湖北 化 
工 ,1 9 9 7 ,( 2 ).  

可 以把 甲烷 浓度 从 2 0 %提 高 到 5 0  9 5 % ,浓缩 后 

的富 甲烷气热值 明显 提高 ,可以作为优质燃 料和化 
工 原料 。   3 . 9 工业 c o 2 排放的控制  *年来 ,由于 c o 2 排放量增 加 ( 每年以 c o 2 形 

[ 5 ]   周波 . 黄磷 电炉 尾气的应用实 践 [ J ].云南 化工.1 9 9 6 ,  
( 4 ).  

[ 6 ]   何 寿林 ,汪鸿 . 回收 利用 黄磷 尾气 的建 议 [ J ]. 化 工矿 山技 
术 ,1 9 9 7 ,2 6( 2 ).  

式放人 大气 中的碳 约 为 5 0 亿 t ) ,大气 中二 氧化 碳 
浓度 已从 工业 污染 时 代 的 2 7 0 p p m 上 升 到 *  5 0 0 p p m,大量二氧化碳在 大气 中的积聚形 成全球的 

[ 7 ]   藏 云鹏 . 氟化氢废气的处理 [ J ]. 玻 璃 与搪 瓷 .1 9 9 6 ,1 7  
( 5 )  .  

温 室效应 已经引起 了人类 的重视 。从 含 c o 2 浓度 较  高的排放废气 中回收 c 0 2 既解决 了环境问题 ,又 回   收了有用组份 ,减少 了资源浪 费。富含 c o 2 可供 回  
收的工业 废气 主要 有石 灰窑气 ( 含C 0 z 2 8  3 8 %) 、   制氨 和制 氢装 置 副 产 气 ( 含 C 0 2 2 8 —9 9 %) 、烟 道 

[ 8 ]   吴克 义 . 氧化 铝 吸附 氟化 氢 的 特性 [ J ]. 环 境 污染 与 防治 .  
1 9 9 6 ,1 2( 1 ).  

[ 9 ]   居沈 贵 .刘 晓勤 等 . 合成 氨原 料 气 中微 量 C O吸 附 净化 的 研  究 【 J ]. 天然 气化 工 ,1 9 9 7 ,2 3( 1 ).   [ 1 O ]   居 沈贵 .刘 晓勤 等 . 合成 氨 原料气 中微 量 C O变压 吸附净 化  侧线试 验 [ J ]. 天然气 化工 ,2 0 0 0 ,2 5( 3 ).   [ 1 1 ]   陈鸿雁 .涂 晋林 等 . 载 铜活 性炭 吸 附分离 氢 气 中的 微量 C O   [ J ]. 华 东理工 大学 学报 ,1 9 9 5 ,2 1( 1 ).  

废气 ( 含 c o 2 1 % 一1 8 %)及 脱碳 再 生 气 等 。通 过 
提纯 ,产 品 c o 2 的纯度 可 达 9 9 . 5~9 9 . 9 9 % ,指 标  均可 达到 或超 过 C o 2食 品 添 加 剂 国 家 标 准 

责任编辑 :安琪 

Ap p l i c at i o n   o f   Ad s o r p t i o n   a n d   I s o l a t i o n   o n   Ai r   Po l l u t i o n   Co n t r o l   CHE N   Ho n g—s h u ,Z HU   S i —z a n  

( K u n m i n g   P a n l o n g   D i s t i r c t   S t a t i o n   o f   E n v i r o n m e n t a l   Mo n i t o i r n g , K u n m i n g   Y u n n a n   6 5 0 0 4 1 ,C h i n a )  
Ab s t r a c t : Th e   a r t i c l e   i n t r o d u c e s   t h e   h a z a r d s   o f NOx ,S 02,P,A s ,P H3   a n d   C O   f r o m  t h e   t a i l   g a s   o f n i t r i c   a c i d   nd a   y e l ?   l o w   p h o s p h o r u s .I t   p a y s   mo r e   a t t e n t i o n   t o   he t   i n t r o d u c t i o n   o f   a p p l i c a t i o n   o f   a b s o r p t i o n   nd a   i s o l a t i o n   o n   a i r   p o l l u t i o n   c o n ?  
t r o 1 .  

Ke y wo r d s :c h ng a e a b l e   p r e s s u r e   bs a o pt r i o n ;c h ng a e a b l e   t e mp e at r u e  r a b s o pt r i o n ;a ir   ol p l u t i o n ;p ol u t i o n   c o n t ol r  



5 0 — 




友情链接: