工业废气零排放技术研究

工业废气零排放技术研究

张久明

启明星宇节能科技股份有限公司  010030

摘要：随着全球工业化的加速发展，工业生产过程中产生的废气排放问题日益严峻，对环境和人类健康构成了巨大威胁。工业废气中包含二氧化硫、氮氧化物、有机污染物（如苯、甲醛、乙酸等）、氨气等多种有害物质，这些物质在大气中的积累会导致酸雨、光化学烟雾、温室效应等环境问题，进而影响生态平衡和人类生活质量。基于此，本文将对工业废气零排放技术进行深入研究，希望能够为工业废气零排放提供帮助。

关键词：工业废气；零排放技术；措施

引言

传统脱硫，脱硝，VOCS，二氧化碳等六种气体，处理工艺需要投入大量资金，安装大型设备，使用大量化学药剂，表面上废气浓度降低，得到处理，但是，根本上没有得到完全彻底处理。为了解决人类在地球上生存面临的海水温度升高灾难性问题，本文深入探讨工业废气零排放技术具有较为积极的意义。

一、废气种类和传统工艺处理方法

燃煤锅炉、发电厂、钢铁厂、水泥厂、保温材料厂、玻璃窑、石灰炉窑、耐火材料厂、焦化厂废气由SO2,NOX,2HCHO,C6H5-OH,CH4,CO2组成。（1）传统方法处理二氧化硫方法采用钠，镁，钙，氨法，发生化学反应，生成工业盐，排放到大气，水，土壤中，造成二次污染。（2）传统氮氧化物处理方法采用氨法还原反应成氮气，但是，传统scr和sncr反应效率只有60%-70%左右，氨逃逸非常严重，同样，造成二次污染。（3）传统甲醛采用焚烧加吸附，生成物是二氧化碳和固废，同时，吸附材料没有进一步处理的好方法，同样，造成二次污染[1]。（4）传统工艺处理苯酚采用焚烧加吸附，生成物是二氧化碳和固废，同时，吸附材料没有进一步处理的好方法，同样，造成二次污染。（5）传统甲烷总烃采用焚烧加吸附，生成物是二氧化碳和固废，同时，吸附材料没有进一步处理的好方法，同样，造成二次污染。（6）传统废气处理二氧化碳方法，直接排放到大气。（7）传统方法处理氮气方法，直接排放到大气。

二、工业废气物理和化学性质

（一）二氧化硫

二氧化氮外观与性状表现为：黄褐色液体或棕红色气体，其固体呈无色，有刺激性气味。相对密度（水=1）：1.45；相对蒸气密度（空气=1）：3.2；饱和蒸气压（kPa）：101.32（22℃）临界温度(℃)：158；临界压力（MPa）：10.13

（二）氮氧化物

一氧化氮物理性质性状表现为：无色气体，熔点(℃)：-163.6；沸点(℃)：-151.8；相对密度（水=1）：1.27（-151℃）；相对蒸气密度（空气=1）：1.04；饱和蒸气压（kPa）：6079.2（-94.8℃）；临界温度(℃)：-93；临界压力（MPa）：6.48辛醇/水分配系数：0.10；溶解性：微溶于水，溶于乙醇、二硫化碳

（三）甲醛

甲醛表现为：为无色水溶液或气体，有刺激性气味。易溶于水和乙醚，水溶液浓度最高可达55%,pH值：2.8~4.0.，能与水、乙醇、丙酮等有机溶剂按任意比例混溶。液体在较冷时久贮易混浊，在低温时则形成三聚甲醛沉淀。蒸发时有一部分甲醛逸出，但多数变成三聚甲醛。该产品为强还原剂，在微量碱性时还原性更强。在空气中能缓慢氧化成甲酸。蒸汽相对密度1.081-1.085g/mL(空气=1)，相对密度0.82g/mL(水=1)，折射率(nD2₀)1.3755-1.3775，闪点56℃(气体)、83℃(37%水溶液，闭杯)，沸点-19.5℃(气体)、98℃(37%水溶液)，熔点-92℃，自燃温度430℃，蒸汽压13.33kPa(-57.3℃)，爆炸极限空气中7%—73%,V/V。

（四）苯酚

苯酚表现为：性状无色针状结晶copy或白色结晶熔块。瓶口的苯酚显粉红色，原因是被空气中的氧气氧化。有特殊的臭味和燃烧味，极稀的溶液具有甜味。熔点43℃沸点181.7℃凝固点41℃相对密度1.0576折射率1.54178闪点79.5℃溶解性在水中溶解性不大，但当百温度高于70°C时，则能与水混溶。易溶于乙醇、乙醚、氯仿、甘度油、二硫化碳、凡士林、挥发油、固定油、强碱水溶液。几乎不溶于石油醚

（五）甲烷总烃

甲烷总烃表现为：物理性质：无色无味，熔点-182.5℃，沸点-161.5℃，微溶于水。

（六）二氧化碳

二氧化碳（CO₂）表现为：在常温常压下，二氧化碳为无色无臭的气体，分子量为44.01，其比重约为空气的1.53倍，偏心因子为0.225。二氧化碳的临界温度为31.06℃，临界压力为7.35MPa，临界点密度为0.4678g/mL，临界点粘度为0.03335mPa.s，临界压缩因子为0.275，临界比容为2.135L/kg。在压力为1atm、温度为0℃时，二氧化碳的密度为1.98kg/m3；导热系数为0.0126千卡/米•时•度；动力粘度系数为138×10-6泊。在不同条件下，二氧化碳也可以气、液、固三种状态存在，固态二氧化碳也叫干冰。二氧化碳化学性质不活泼，既不可燃，也不助燃，无毒，但具有腐蚀性。它与强碱有强烈的作用，能生成碳酸盐，在一定条件及催化剂作用下，二氧化碳还能参加很多化学反应，表现出良好的化学活性

[2]。液体二氧化碳，密度1.101g/cm，（-37℃）;二氧化碳固态二氧化碳俗称干冰，液体二氧化碳密度1.1克/升。液体二氧化碳蒸发时或在加压冷却时可凝成固体二氧化碳，俗称干冰，是一种低温制冷剂，密度为1.56克/厘米

（七）氮气

氮气是一种无任何气味的气体，在标准大气压下，冷却至-195.8℃时，变成没有颜色的液体。1立方米的液氮可以膨胀至696立方米21的纯气态氮。利用氮气物理和化学性质，处理废气。

三、废气收集，高压罐车

每一个废气源，放置多辆废气收集罐车，废气收集罐车可以互相切换，收集满一车运输到废气加工厂，进行无公害处理，空车返回废气收集单位，进行再次收集废气。废气收集车，有车座及车厢，车厢内设有黑色钢瓶集气箱，采用负压发生器，负压发生器实现抽风，集气室进行气体收集，气体检测仪用于所收集气体的检测，引风罩进行导风。转动电机运作带动球体转动，收集废气[3]。车厢外部均匀开口圆形进风口，圆形进风口内侧端开有凹槽，圆形进风口内设有球体，球体上端连接有转动电机，球体内设有活动块。

四、废气再生化学合成产品

（一）二氧化碳生产化工产品

1）二氧化碳联合制碱法。在饱和氨盐水中（氨气，氯化钠都达到饱和的溶液）通入二氧化碳从而发生如下反应：反应中的碳酸氢钠由于溶解度低而析出，可以进一步煅烧分解为碳酸钠，水和二氧化碳，其中二氧化碳可以再次进入反应重复利用。

（1）NH3+H2O+CO2=NH4HCO3

(2)NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓

（3）2NaHCO3=加热=Na2CO3+H2O+CO2↑

2）二氧化碳制取尿素。二氧化碳喷入高压甲氨冷凝塔，生成甲氨液，甲氨液进入尿素合成塔脱水生成尿素溶液，进入气提塔进行气提，进入低压循环泵精馏塔，再进入闪蒸塔，二次蒸发，输入造粒设备，制成尿素。

2NH3+CO2=NH4COONH2

NH4COONH2=CO(NH2)2+H2O

3）液体二氧化碳，-37℃）固态二氧化碳俗称干冰

4）新型合成材料，以二氧化碳为单体原料在双金属配位PBM型催化剂作用下，被活化到较高的程度时，与环氧化物发生共聚反应，生成脂肪族聚碳酸酯（PPC），经过后处理，就得到二氧化碳树脂材料[4]。a从脂肪族聚碳酸酯与多异氰酸酯制备聚氨酯材料，优于普通聚酯聚氨酯的耐水解性能。b用顺丁烯二酸酐作为第三单体进行三元共聚；产物是一种含碳酸酯基和酯基的不饱和树脂，可交联固化，亦能与纤维之类固体复合，是类似于普通不饱和聚酯使用的一种新材料。c脂肪族聚碳酸酯可以与各种聚合物共混而获得各种不同的性能。可以用作环氧树脂、PVC塑料等的增韧剂、增塑剂或加工助剂。d二氧化碳、环氧乙烷等的共聚物，二氧化碳、环氧丙烷和琥珀酸酐的三元共聚物能被微生物彻底分解，不留残渣，是一类有希望的生物降解材料[5]。e二氧化碳共聚物有优异的生物体相容性。特别设计的共聚物可望用作抗凝血材料或用作药物缓释剂。f某些二氧化碳共聚物可用作固体颜料或填料的表面处理剂，隔氧材料，表面活性剂，陶瓷胶粘剂，热熔胶等。d聚碳酸亚丙酯与丁腈橡胶共混物有良好的耐油耐热氧老化性能，有比普通丁腈胶更好的机械性能，是一种优异的新型耐油橡胶。该项目每吨二氧化碳树脂成本约为环氧丙烷原料的价格，相当于国外工艺的3%-30%，很有机会在国外立足发展[6]。PPC/NBR型耐油橡胶的成本可比用纯丁腈降低10%左右，每吨产品的成本可降低1000元以上。

（二）苯酚生产化工产品

1）磺化法：以苯为原料，用硫酸进行磺化生成苯磺酸，用亚硫酸中和，再用烧碱进行碱熔，经磺化和减压蒸馏等步骤而制得。原料消耗定额：纯苯1004kg/t、硫酸（98%）1284kg/t、亚硫酸钠1622kg/t、烧碱（折100%）1200kg/t。

2）异丙苯法：丙烯与苯在三氯化铝催化剂作用下生成异丙苯，异丙苯经氧化生成过氧化异丙苯，再用硫酸或树脂分解。同时得到苯酚和丙酮。每吨苯酚约联产丙酮0.6t。原料消耗定额：苯1150kg/t、丙烯600kg/t，产率百分之七八十。

（三）二氧化硫生产化工产品

1）化硫气体通入过氧化氢，其方程式：

SO2+H2O2=H2SO4

2）二氧化硫通入氨水制化肥

2NH3+H2O+SO2===(NH4)2SO3

2(NH4)2SO3+O2===2(NH4)2SO4（硫酸铵，一种氮肥）

（四）甲醛生产化工产品

甲醛和氢氧化钠发生歧化反应，生成甲醇CH3OH和甲酸钠HCOONa.苯甲酸钠是药剂的防腐剂，有防止变质发酸、延长保质期的效果反应方程式：

2HCHO+NaOH=HCOONa+CH3OH

（五）氮氧化物生产化工产品

1）过氧化氢和一氧化氮反应：

2NO+3H2O2====2HNO3+2H2O

2）过氧化氢和二氧化氮反应：

2NO2+H2O2====2HNO3

因为双氧水有氧化性，可以将一氧化氮和二氧化氮氧化的，最后产物都是硝酸。

3）硝酸与氨水反应制取化肥：

NH3.H2O+HNO3=NH4NO3+H2O

（六）甲烷生产化工产品

甲烷总烃与二氧化硫反应：CH4+SO2——CO2+2H2+S

甲烷与一氧化氮，氧化原反应4NO+CH4=2N2+CO2+2H2O

（七）氮气生产化工产品

1）合成氨，反应式为N2+3H2÷2NH3（条件为高压，高温和催化剂。反应为可逆反应）

2）合成纤维（锦纶、腈纶），合成树脂，合成橡胶等的重要原料。

3）氮制作化肥：碳酸氢铵NH4HCO3，氯化铵NH4Cl，硝酸铵NH4NO3。

4）使用氮气胎压稳定体积变化小，大大降低了轮胎不规则摩擦的可能性，如冠磨、胎肩磨、偏磨，提高了轮胎的使用寿命[7]。

5）用氮气填充粮仓，可使粮食不霉烂、不发芽，长期保存。6）液氮还可用作深度冷冻剂。

五、工艺流程

采取混合烟气加压降温技术，分段析出有害气体，然后把有害气体分别存储到对应的负压罐，每一种气体按照设计工艺，加工生产对应产品，气体分离完成，产品生产完成，匹配流水线工艺，减少产品互相叠压，影响废气处理速度，生产线根据废气比例设计分离生产设备。（1）温度31.6℃析出二氧化碳；（2）温度43℃析出苯酚；（3）温度-72.4℃析出二氧化硫；（4）温度-92℃析出甲；（5）温度-163.6℃析出氮氧化物；（6）温度-182.5℃析出甲烷；（7）温度-195.8℃析出氮

六、效益分析

（一）社会效益

工厂化处理工业废气项目的实施，可以完全彻底减少一次废气排放，保护自然环境和生态环境，促进社会可持续性发展。同时，彻底改变人类在地球上生存的现状，从根本上解决工业废气排放的诸多问题，提高人民生活质量，确保全人类进入良性循环发展轨道，为碳30和碳60落地提供新抓手。

（二）环境效益

全国168个重点城市中，环境空气质量进一步提升，大气环境每年减少CO2排放，每年减少SO2排放，每年减少NOX排放，每年减少VOCS排放，每年减少燃烧产生还原氮气排放。

（三）经济效益

为了准确计算污染物排放浓度，我们采用同行业比对法，按照排污企业行业特性，分别计算，取得准确数据，投资1亿元烟气治理资金，纯利润1.5亿，减少53亿吨废气排放。

参考文献：

[1]徐寅杰. 工业废气处理用VOC光催化装置及工作方法探究 [J]. 山西化工, 2024, 44 (05): 213-216.

[2]刘永福,李盈,毛新兰. 环保视角下的工业废气废水处理技术研究 [J]. 皮革制作与环保科技, 2024, 5 (09): 169-171+177.

[3]陆康. 基于碳减排的工业废气治理技术研究与应用 [J]. 清洗世界, 2024, 40 (03): 118-120.

[4]许志龙,张小强,尚红念. 工业废气治理效率的主要影响因素及解决策略 [J]. 皮革制作与环保科技, 2023, 4 (21): 147-149.

[5]刘克忠. 简析工业废气（VOCs）处理工艺设计与运行管理 [J]. 皮革制作与环保科技, 2023, 4 (18): 119-122.

[6]周福彩. 工业废水处理装置中的废气治理技术分析 [J]. 中国高新科技, 2023, (13): 110-112.

[7]周克成,饶利军,梁敏. 生物法净化在工业废气处理中应用及前景分析 [J]. 皮革制作与环保科技, 2022, 3 (16): 6-8.