废弃塑料回收利用过程的废气处理方案设计

废弃塑料回收利用过程的废气处理方案设计-废气处理【摘要】简要介绍了废弃塑料的处理方法：掩埋、焚烧和回收再利用。其中，回收再利用不仅经济而且环保。但回收利用过程不可避免地涉及到高温、压缩及裂解工艺流程，这些过程中均会产生有毒气体和烟尘。重点分析了废弃塑料在高温压缩过程产生的废气成分，并针对性地设计了一套兼具新颖性和实用性的废气处理设备。

【关键词】废旧塑料；回收再利用，有毒废气；烟尘；处理设备

1、前言

随着塑料需求量的不断提高，废弃塑料也逐渐增加，塑料垃圾的处理问题是目前环境处理中的一大难点。目前，废弃塑料处理主要采用三种方法：掩埋、焚烧和回收再利用[1，2]。掩埋处理是一种既快速又省事的方法，但塑料是一种难以生物降解的垃圾，大量的塑料垃圾掩埋会使得地下资源超出自身负荷，并污染地下水源，再者垃圾掩埋对于农作物生长也是一种严重阻碍。焚烧处理也是一种较为方便快捷的办法，但焚烧过程会产生大量的黑烟和有毒气体，会造成严重的大气污染。显然，对废弃朔料进行回收再利用是一种既环保又经济的做法，它包括物理法和化学法。物理法就是通过机械把废弃塑料进行加工粉碎后重新用到工业以及建筑业等零部件上[3]。化学法包括熔融再生、热裂解及能量回收等。化学法是朔料回收利用的新方向，主要包括塑料的油化技术、焦化技术及制造芳香族化合物。塑料的单体原料大部分源于石油，石油是不可再生能源，把塑料进行油化处理既可以保护环境又可达到节油的目的。但是，无论是熔融再生、热裂解、能量回收或是焚烧，这些方法都离不开高温处理，均会产生大量的有毒有害气体和烟尘，这些有害物质若直接排放到大气中，会造成严重的二次污染。我们重点分析了废弃塑料在高温或燃烧过程中产生的废气成分，并针对性地设计了一套兼具新颖性和实用性的废气及烟尘处理设备。

2、废气治理的工艺选择

2.1吸收法

处理混合废气时采用液体作为吸收剂来除去废气中一种或几种气体的方法称为吸收法。吸收法可分为两种：化学吸收法和物理吸收法。化学吸收法就是一种或几种废气与吸收剂之间发生化学反应而生成其它物质来达到处理的目的。有机废气中含有大量惰性有机气体，且大部分的吸收液参加反应以后不能继续使用，无形之中增加了后续处理及购买新吸收液的成本。而物理吸收法根据吸收液与被吸收物质的相溶性，把有机废气溶解在吸收液中，再利用它们沸点的不同用蒸馏的办法把有价值的物质从混合液中分离出去，并且可以回收吸收液，达到循环利用的目的。但该法必须额外添加一个冷凝装置，且吸收液大部分是有机溶剂容易挥发，耗损量大，也增加了不少的成本和困难。

2.2吸附法

此法通过多孔隙固体作为吸附剂，利用其吸附作用把有害气体吸附在吸附剂的表面，再利用加热或吹气等方法将吸附剂表面的浓缩气体进行解吸，达到分离和富集气体的目的。吸附剂的一般要求：①式洗涤等。燃烧和静电捕集成本较高，都需要外来能源来提供热能和电能；湿式洗涤除了外来能源来提供动力外，还需要大量的水来捕集烟尘，况且处理烟尘后的废水需要进行处理，否则会造成环境二次污染。过滤法处理烟尘则有两大优点：不需要消耗外来能源（即热能和电能）；可以回收碳黑。从整体来看最有效的方法是过滤法处理碳黑。目前，除尘效率最高的是袋式除尘器，它对烟尘微粒过滤效果极好，但它只适用于低温除尘，其原因是袋式除尘器的纤维滤料一般适用于100℃左右，对高于100℃的气体，其滤料耗损相当大。为了提高滤料的耐热性能、过滤效率、抗压能力以及减少排气阻力，国内外对过滤材料进行大量的研究，目前，常用的过滤材料有三大类：陶瓷材料、金属材料和复合材料。3.1多孔金属过滤材料

金属材料具有优良的耐热性和机械性能，无论在常温还是在高温，其机械强度均为陶瓷材料的数倍，所以使用寿命较长。且金属材料还具有焊接性能、可塑性等优点。金属多孔过滤材料按结构形式主要可以分为：烧结金属丝网、烧结金属粉末和金属膜等。但金属材料化学活性较高，容易被高活性气体腐蚀和氧化。

3.2多孔陶瓷过滤材料

陶瓷材料具有良好的化学稳定性以及热稳定性，它在高温环境下工作，不容易被高活性的气体腐蚀、氧化以及还原。但单一的陶瓷组分可能存在易脆和易裂等问题，且进行修补是一大难题。

3.3复合材料

为了解决单一组分所带来的缺点，国内外对陶瓷材料以及金属材料进行综合开发研究，并结合两者的优点开发出金属陶瓷复合材料、新型的合金材料和复合陶瓷材料等。金属陶瓷材料典型的代表是美国研发的一种“secpter金属膜”，被称为金属的无机膜。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。复合陶瓷材料典型的代表是堇青石陶瓷纤维复合膜和SiC多孔陶瓷等，其孔隙率达到80～90%，更具有机械强度高、密度小、使用寿命长等特点。

4、有机废气净化设施工艺流程

4.1过滤

把有机废气运往吸附床之前，需设置一个过滤器来除去烟尘，其中过滤材料采用菲尔特环保科技有限公司的壁流式多孔陶瓷微粒捕集器，它以碳化硅基SiC蜂窝陶瓷材料为微粒捕集材料，能满足欧Ⅳ、欧Ⅴ的排放标准。为了避免长期使用而造成过滤材料的微孔堵塞，在微粒捕集器后面设置一台风机，可利用风机的反吹作用把烟尘从微孔中吹出，清灰时间只需5～8min即可，且每天清灰2～3次，必要时可采用水洗进行清灰。

4.2吸附

除去烟尘后的有机废气，通过合理布风，均匀通过吸附床进行吸附。传统固定吸附床需要两个或两个以上，当有一台吸附床进行脱附的时候，由另一台吸附床进行吸附工作，以达到了交替工作的目的。但一架吸附床必须配一台热风机和一台抽风机，如果吸附床数量增加，风机数量也会随之增加。若采用并联方式则可解决该难题。并联就是把多个吸附床用管件并联起来形成多个支路，用主管件将所有支路连接起来，再把大型的热风机和抽风机安置在主管件上，这样也会增加管件的数量，造成成本的增加。为了进一步解决成本增加问题，把吸附床进行再一次改造，只需把一个普通的固定吸附床内设计成多个室，再把吸附床的阀门开关更换成双向阀门开关。双向阀门开关可以简化开关数量，当一个室吸附饱和后，再将双向阀门开关向未吸附饱和的方向摆动，原先吸附室的入口从开放状态变成关闭状态，同时，原先脱附室的入口从关闭状态变成开放状态，这样可达到一个开关控制两个室的入口或出口的效果。

4.3催化燃烧

当吸附床的另一个室开始工作时，可利用远红外电加热器，对催化燃烧床的内部进行预热，当床层的温度到达设定值时利用风机将一部分的热空气直接抽送到吸附床里进行脱附，另一部分热空气则先通过换热器进行换热后再送往光催化装置，达到合理利用热能的目的。进入催化燃烧床里的废气通过催化作用，使有机废气能在较低的温度下进行无焰催化氧化燃烧。如果催化燃烧床内部的有机废气浓度和床层的反应温度都偏高，此时补冷风机将会自动开启，并把新鲜的冷空气吹入催化燃烧床里以降低床层的反应温度，同时也补充了反应过程中的氧气，确保催化燃烧反应能高效、安全地进行，其脱附与催化燃烧反应的整个过程需要6～8h。

4.4光催化

进入光催化装置的气体一般含有低浓度的未反应完的有机废气或一些氮氧化物，这些低浓度的废气连续照射2～3h后，就可以用主风机将净化后的气体排出。光催化装置中的吸附-催化反应材料选用纳米二氧化钛与活性炭纤维的复合体，选用这种材料的原因在于活性炭纤维ACF具有很强的吸附能力，吸附速度快，可以为光催化反应提供有利条件。

5、结论

废弃塑料在高温或燃烧过程中产生的气体大部分都是有毒有害的，如不加以处理直接排放，会给环境造成严重污染。废弃塑料因高温环境所产生的气体成分复杂，且有些气体的化学性质很不活泼，难以用单一的方法进行处理。为了解决化学活性不一致、浓度不相同以及成分复杂多样的有毒有害气体的处理问题，采用了过滤-吸附-催化燃烧-光催化的综合联用技术，设计了一套兼具新颖性和实用性的废气及烟尘处理设备。

参考文献

[1]孙亚明.废旧塑料回收利用的现状及发展[J].云南化工，2008，35（2）：36-40.

[2]高涛，章煜君，潘立.我国废旧塑料回收领域的现状与发展综述[J].机电工程，2009，26（6）：5-8.

[3]黄海滨，刘锋，李丽娟.塑料回收利用与再生塑料在建材中的应用[J].工程塑料应用，2009，37（7）：56-59.

[4]杨芬，刘品华。活性炭纤维在挥发性有机废气处理中的应用[J]。曲靖师范学院学报，2003，22（6）：43-46.

[5]李洪美，王同华，张平.活性炭纤维的功能化及其在印刷有机废气处理中的应用[J]。2008，27（3）：38，43-45.

[6]欧海峰，林金画.活性炭纤维吸附——催化燃烧新装置处理有机废气[J].环境与开发，2001，16（1）：17，23.

[7]孙发群.石化装置有机废气处理[J].石化装置有机废气处理，2010，26（4）：53-56