廢棄塑料回收利用過程的廢氣處理方案設計

廢棄塑料回收利用過程的廢氣處理方案設計-廢氣處理【摘要】簡要介紹了廢棄塑料的處理方法：掩埋、焚燒和回收再利用。其中，回收再利用不僅經濟而且環(huán)保。但回收利用過程不可避免地涉及到高溫、壓縮及裂解工藝流程，這些過程中均會產生有毒氣體和煙塵。重點分析了廢棄塑料在高溫壓縮過程產生的廢氣成分，并針對性地設計了一套兼具新穎性和實用性的廢氣處理設備。

【關鍵詞】廢舊塑料；回收再利用，有毒廢氣；煙塵；處理設備

1、前言

隨著塑料需求量的不斷提高，廢棄塑料也逐漸增加，塑料垃圾的處理問題是目前環(huán)境處理中的一大難點。目前，廢棄塑料處理主要采用三種方法：掩埋、焚燒和回收再利用[1，2]。掩埋處理是一種既快速又省事的方法，但塑料是一種難以生物降解的垃圾，大量的塑料垃圾掩埋會使得地下資源超出自身負荷，并污染地下水源，再者垃圾掩埋對于農作物生長也是一種嚴重阻礙。焚燒處理也是一種較為方便快捷的辦法，但焚燒過程會產生大量的黑煙和有毒氣體，會造成嚴重的大氣污染。顯然，對廢棄朔料進行回收再利用是一種既環(huán)保又經濟的做法，它包括物理法和化學法。物理法就是通過機械把廢棄塑料進行加工粉碎后重新用到工業(yè)以及建筑業(yè)等零部件上[3]?；瘜W法包括熔融再生、熱裂解及能量回收等?；瘜W法是朔料回收利用的新方向，主要包括塑料的油化技術、焦化技術及制造芳香族化合物。塑料的單體原料大部分源于石油，石油是不可再生能源，把塑料進行油化處理既可以保護環(huán)境又可達到節(jié)油的目的。但是，無論是熔融再生、熱裂解、能量回收或是焚燒，這些方法都離不開高溫處理，均會產生大量的有毒有害氣體和煙塵，這些有害物質若直接排放到大氣中，會造成嚴重的二次污染。我們重點分析了廢棄塑料在高溫或燃燒過程中產生的廢氣成分，并針對性地設計了一套兼具新穎性和實用性的廢氣及煙塵處理設備。

2、廢氣治理的工藝選擇

2.1吸收法

處理混合廢氣時采用液體作為吸收劑來除去廢氣中一種或幾種氣體的方法稱為吸收法。吸收法可分為兩種：化學吸收法和物理吸收法。化學吸收法就是一種或幾種廢氣與吸收劑之間發(fā)生化學反應而生成其它物質來達到處理的目的。有機廢氣中含有大量惰性有機氣體，且大部分的吸收液參加反應以后不能繼續(xù)使用，無形之中增加了后續(xù)處理及購買新吸收液的成本。而物理吸收法根據吸收液與被吸收物質的相溶性，把有機廢氣溶解在吸收液中，再利用它們沸點的不同用蒸餾的辦法把有價值的物質從混合液中分離出去，并且可以回收吸收液，達到循環(huán)利用的目的。但該法必須額外添加一個冷凝裝置，且吸收液大部分是有機溶劑容易揮發(fā)，耗損量大，也增加了不少的成本和困難。

2.2吸附法

此法通過多孔隙固體作為吸附劑，利用其吸附作用把有害氣體吸附在吸附劑的表面，再利用加熱或吹氣等方法將吸附劑表面的濃縮氣體進行解吸，達到分離和富集氣體的目的。吸附劑的一般要求：①式洗滌等。燃燒和靜電捕集成本較高，都需要外來能源來提供熱能和電能；濕式洗滌除了外來能源來提供動力外，還需要大量的水來捕集煙塵，況且處理煙塵后的廢水需要進行處理，否則會造成環(huán)境二次污染。過濾法處理煙塵則有兩大優(yōu)點：不需要消耗外來能源（即熱能和電能）；可以回收碳黑。從整體來看最有效的方法是過濾法處理碳黑。目前，除塵效率最高的是袋式除塵器，它對煙塵微粒過濾效果極好，但它只適用于低溫除塵，其原因是袋式除塵器的纖維濾料一般適用于100℃左右，對高于100℃的氣體，其濾料耗損相當大。為了提高濾料的耐熱性能、過濾效率、抗壓能力以及減少排氣阻力，國內外對過濾材料進行大量的研究，目前，常用的過濾材料有三大類：陶瓷材料、金屬材料和復合材料。3.1多孔金屬過濾材料

金屬材料具有優(yōu)良的耐熱性和機械性能，無論在常溫還是在高溫，其機械強度均為陶瓷材料的數倍，所以使用壽命較長。且金屬材料還具有焊接性能、可塑性等優(yōu)點。金屬多孔過濾材料按結構形式主要可以分為：燒結金屬絲網、燒結金屬粉末和金屬膜等。但金屬材料化學活性較高，容易被高活性氣體腐蝕和氧化。

3.2多孔陶瓷過濾材料

陶瓷材料具有良好的化學穩(wěn)定性以及熱穩(wěn)定性，它在高溫環(huán)境下工作，不容易被高活性的氣體腐蝕、氧化以及還原。但單一的陶瓷組分可能存在易脆和易裂等問題，且進行修補是一大難題。

3.3復合材料

為了解決單一組分所帶來的缺點，國內外對陶瓷材料以及金屬材料進行綜合開發(fā)研究，并結合兩者的優(yōu)點開發(fā)出金屬陶瓷復合材料、新型的合金材料和復合陶瓷材料等。金屬陶瓷材料典型的代表是美國研發(fā)的一種“secpter金屬膜”，被稱為金屬的無機膜。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。復合陶瓷材料典型的代表是堇青石陶瓷纖維復合膜和SiC多孔陶瓷等，其孔隙率達到80～90%，更具有機械強度高、密度小、使用壽命長等特點。

4、有機廢氣凈化設施工藝流程

4.1過濾

把有機廢氣運往吸附床之前，需設置一個過濾器來除去煙塵，其中過濾材料采用菲爾特環(huán)?？萍加邢薰镜谋诹魇蕉嗫滋沾晌⒘２都?，它以碳化硅基SiC蜂窩陶瓷材料為微粒捕集材料，能滿足歐Ⅳ、歐Ⅴ的排放標準。為了避免長期使用而造成過濾材料的微孔堵塞，在微粒捕集器后面設置一臺風機，可利用風機的反吹作用把煙塵從微孔中吹出，清灰時間只需5～8min即可，且每天清灰2～3次，必要時可采用水洗進行清灰。

4.2吸附

除去煙塵后的有機廢氣，通過合理布風，均勻通過吸附床進行吸附。傳統(tǒng)固定吸附床需要兩個或兩個以上，當有一臺吸附床進行脫附的時候，由另一臺吸附床進行吸附工作，以達到了交替工作的目的。但一架吸附床必須配一臺熱風機和一臺抽風機，如果吸附床數量增加，風機數量也會隨之增加。若采用并聯方式則可解決該難題。并聯就是把多個吸附床用管件并聯起來形成多個支路，用主管件將所有支路連接起來，再把大型的熱風機和抽風機安置在主管件上，這樣也會增加管件的數量，造成成本的增加。為了進一步解決成本增加問題，把吸附床進行再一次改造，只需把一個普通的固定吸附床內設計成多個室，再把吸附床的閥門開關更換成雙向閥門開關。雙向閥門開關可以簡化開關數量，當一個室吸附飽和后，再將雙向閥門開關向未吸附飽和的方向擺動，原先吸附室的入口從開放狀態(tài)變成關閉狀態(tài)，同時，原先脫附室的入口從關閉狀態(tài)變成開放狀態(tài)，這樣可達到一個開關控制兩個室的入口或出口的效果。

4.3催化燃燒

當吸附床的另一個室開始工作時，可利用遠紅外電加熱器，對催化燃燒床的內部進行預熱，當床層的溫度到達設定值時利用風機將一部分的熱空氣直接抽送到吸附床里進行脫附，另一部分熱空氣則先通過換熱器進行換熱后再送往光催化裝置，達到合理利用熱能的目的。進入催化燃燒床里的廢氣通過催化作用，使有機廢氣能在較低的溫度下進行無焰催化氧化燃燒。如果催化燃燒床內部的有機廢氣濃度和床層的反應溫度都偏高，此時補冷風機將會自動開啟，并把新鮮的冷空氣吹入催化燃燒床里以降低床層的反應溫度，同時也補充了反應過程中的氧氣，確保催化燃燒反應能高效、安全地進行，其脫附與催化燃燒反應的整個過程需要6～8h。

4.4光催化

進入光催化裝置的氣體一般含有低濃度的未反應完的有機廢氣或一些氮氧化物，這些低濃度的廢氣連續(xù)照射2～3h后，就可以用主風機將凈化后的氣體排出。光催化裝置中的吸附-催化反應材料選用納米二氧化鈦與活性炭纖維的復合體，選用這種材料的原因在于活性炭纖維ACF具有很強的吸附能力，吸附速度快，可以為光催化反應提供有利條件。

5、結論

廢棄塑料在高溫或燃燒過程中產生的氣體大部分都是有毒有害的，如不加以處理直接排放，會給環(huán)境造成嚴重污染。廢棄塑料因高溫環(huán)境所產生的氣體成分復雜，且有些氣體的化學性質很不活潑，難以用單一的方法進行處理。為了解決化學活性不一致、濃度不相同以及成分復雜多樣的有毒有害氣體的處理問題，采用了過濾-吸附-催化燃燒-光催化的綜合聯用技術，設計了一套兼具新穎性和實用性的廢氣及煙塵處理設備。

參考文獻

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