凹凸棒石粘土净化柴油机废气的研究.pdf

烟 气 污 染 治 理 凹凸棒石粘土净化柴油机废气的研究 ＊ 邹建国 南京理工大学化工学院, 江苏 210094 南昌大学, 江西 330029 钟 秦 南京理工大学化工学院 , 江苏 210094 摘要 利用天然凹凸棒石粘土制备成的吸收液, 用于柴油机废气的净化过程。 柴油机废气在喷射反应器中经凹凸棒 石粘土溶液吸收脱除其中的碳烟颗粒物及其它污染物质而净化。 实验表明该吸收液具有胶体特性, 对碳烟颗粒物有 较强的亲合力。 在实验条件下, 废气中的碳烟脱除率可达 71 . 3, NOX的脱除率为 80. 4, HC 和 SO2等有害气体的脱 除率均高于 90, 气体出口温度从 200～ 250 ℃下降到约55 ℃, 气相阻力为3. 5 kPa。 关键词 凹凸棒石 净化 吸收 柴油机废气 ＊江苏省社会发展科技计划项目 编号 BS200016 和江苏省高校高新 技术项目 编号 JSU2002078 1 引言 目前用于柴油机尾气净化处理的方法有干法和 湿法之分 。湿法是用吸收剂来吸收尾气中的颗粒物 及其它有害污染物质而达到净化排放的目的。早在 20世纪 60 年代国外就开始应用于挖掘业中使用的 柴油机和大型载重柴油车上 [ 1] 。常用的吸收剂主要 是清水,但由于柴油机产生的颗粒物 PM 是一种不 易被水润湿的非极性的固体粒子, 只有小部分带极性 的颗粒具有亲水性; 而氮氧化物 NOX 中的主要成分 一氧化氮 NO 在水中溶解度很小 。因此传统的湿法 吸收对柴油机尾气中的两大主要有害物 PM 和 NOX 的脱除率不高。目前国内外的研究热点 ,一是改善碳 烟粒子不润湿性的途径 [ 2～ 5] , 二是高效洗涤装置的 开发 [ 6～ 8] 。 凹凸棒石是一种含水镁铝硅酸盐粘土矿物。由 于其独特的层链状晶体结构和晶粒呈细小的棒状形 态等原因而具有十分优异的吸附性能和胶体性能 [ 9] 。 本研究采用湿法处理技术 ,利用天然凹凸棒石粘土制 备成的吸收液具有胶体特性, 对碳烟颗粒物有较强的 亲合力 ,可改善其润湿性能 ,使碳烟颗粒团聚及润湿 而有效地捕集于胶体溶液中并促进 NO 的转化脱除 。 2 实验 2. 1 实验装置及流程 实验装置主要由柴油发电机组 、 废气净化系统和 分析检测系统组成。柴油发电机组为 Model 5GF5 单 相交流同步柴油发电机组 ,其主要技术参数见表 1。 废气净化设备采用喷射鼓泡反应器 自制 。 表 1 柴油机和发电机主要技术参数 设 备型 号额定功率 W 额定转速 r min-1额定电压 V 柴油机R1805 . 152 000- 发电机TFDX -5 -253 000230 实验流程为 先将凹凸棒石粘土、 NaOH 、水等按 照实验要求配成反应吸收液, 再把配制好的吸收液加 入反应器中 ,然后发动柴油发电机组, 运行正常后加 负荷, 尾气导入反应器中经喷射鼓泡吸收净化后排 空。稳定操作后适时取样分析 见图 1 。 图 1 柴油机废气处理实验流程示意图 2. 2 吸收液的配制 本实验采用苏北产的凹凸棒石粘土 ,化学组成为 SiO256. 1, A12O313. 2, MgO 8. 0, CaO 9. 8, Fe2O38. 1, TiO21. 3, MnO 0. 08, K2O 0. 08, Na2O 0. 08。粉状 ,颗粒粒径为 45～ 80 μ m , 比表面 积为 425 m 2 g 。 在凹凸棒石粘土中加入适量的水 、 NaOH 等 , 搅 拌均匀即可配制成不同浓度的吸收液。 2. 3 分析检测方法 实验分析检测仪器及方法见表 2。 35 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 表 2 分析检测仪器 分析项目分析仪器 碳烟黑度FBY -1 滤纸式烟度计 HC、CO 浓度 MEXA-324F 型 CO-HC 化合物自动测试仪 NOX、SO2浓度 M2000型燃烧分析仪 3 实验结果与分析 3. 1 实验条件对碳烟脱除效果的影响 本实验在选定凹凸棒石粘土为主吸收剂的基础 上,分别对吸收剂浓度、 喷嘴浸入深度、柴油机不同工 况以及溶液的 pH 值等对柴油机废气净化效果的影 响进行了考察。实验结果见图 2、图3、图 4。 图 2 粘土浓度对碳烟脱除效率的影响 图 3 反应器喷嘴上层液位对碳烟脱除效率的影响 图 4 柴油机不同工况对碳烟脱除效率的影响 实验结果表明, 吸收剂浓度对碳烟粒子的脱除效 果影响较大 ,当吸收剂浓度 10时,碳烟脱除效率随浓度增大而提高 。当吸 收剂浓度为 30时,碳烟脱除率达到最大值 71. 5。 但继续增大吸收剂浓度, 脱除率则急剧下降 ,主要是 吸收液粘度增大 ,流动性能变差, 影响了反应器内气 液两相分布,从而使得吸收效果下降。实验选定适宜 的操作浓度为 28, 碳烟脱除效率为 71. 3。 喷射反应器中喷嘴上层吸收剂液位高度直接影 响气液两相的作用时间。液位 100 mm 时, 脱除效 果差。当液位保持在 100 mm 以上时, 均获得了较好 的脱除效果 。并且随液位增大碳烟粒子的脱除率有 所提高。液位提高意味着装料容量的增加,设备处理 能力的增大 。但液位提高必须相应增加设备高度 ,以 达到较好的气液分离效果 。同时,柴油机工作背压也 随之增大。根据本实验用设备尺寸选定适宜的吸收 剂液位高度为 170 mm 。 柴油机工况也会对吸收效果带来影响。在选定 的适宜实验操作浓度为 28, 吸收剂液位高度为 170 mm的条件下 , 柴油机在各种工况下的碳烟脱除 效率均在 60以上。溶液的 pH 值会影响吸收液的 流变性能和胶体溶液的稳定性 ,并且直接影响着尾气 中气态有害物质和臭味的去除效果 。实验选定适宜 的 pH 值为 11。 3. 2 HC 、 NOX、 SO2和 CO 的脱除效果 在选定吸收剂浓度 28, pH 值为 11, 液位高度 为170 mm ,柴油发电机组输出功率为 80 条件下 ,对 凹凸棒石粘土吸收液去除柴油机废气中气态有害物 质的效果作了进一步的实验。实验结果见表 3。 表 3 HC、NOX、SO2和 C 的脱除效果10 - 6 气体组分12345平均脱除率 NOX进口531503512499545518 出口1049899101105101 . 480. 4 HC 进口17. 215 . 316. 615 . 017 . 816 . 38 出口1 . 61. 31 . 41 . 21 . 61. 4291. 3 SO2进口 17. 818 . 118. 519 . 418 . 818 . 56 出口0 . 60. 60 . 70 . 70 . 70. 6696. 4 CO 进口0 . 2低于仪器测量下限 出口0 . 2低于仪器测量下限 从表中结果可以看出 , 凹凸棒石粘土吸收剂对 HC 、 NOX和 SO2等有害气体具有明显的脱除效果, 其 中脱硫效果最为明显 。烟气中 CO 浓度太低 , 在仪器 的测量范围之外, 检测不出。系统压降3. 5 kPa, 烟 气出口温度 50～ 60 ℃, 排气臭味大大减轻。 4 结论 1 实验研究结果表明 ,凹凸棒石粘土作为主吸 收剂处理柴油机废气效果良好 。适宜的操作条件为 吸收剂浓度 28, pH 值为 11, 液位高度为 170 mm。 在柴油发电机组输出功率为 80时 , 柴油机排放废 气中的碳烟脱除率可达 71. 3, NOX的脱除率为 80. 4,HC 和 SO2的脱除率均高于 90,其中脱硫效 果最为明显 ,CO 浓度低于仪器测量下限。 2 凹凸棒石粘土吸收剂对碳烟 、 NOX、 HC 和 SO2 等有害气体均具有较为明显的脱除效果 ,但其整个吸 收过程的脱除机理尚不清楚, 这些还有待于进一步的 研究 。 36 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 3 使用凹凸棒石粘土作为吸收剂具有效果好, 用量小,资源丰富 ,成本低且安全无毒等特点。设备 结构简单 ,体积小,安全可靠, 操作使用方便。该技术 已成功应用于工程中 ,因此推广应用前景良好 。 参考文献 1 胡逸民, 李飞鹏. 内燃机废气净化. 北京 中国铁道出版社. 1994. 2 Schmidt R M . Diesel wet exhaust purifying methold. DE 4327469, 1995 03 18 . 3 Widmann J. Diesel wet exhaust processing system. US 6200179, 2001 03 13 . 4 王晓光,吴华. 柴油自卸式卡车排气净化. 环境工程, 1992. 9 17～ 18. 5 小岛久史. 采用洗涤器清除柴油车排气中的颗粒排放. 机讲论, 1995. 73 3 196～ 197. 6 Le Q. Marine engine exhaust system and associated . US 5554058, 1996. 09 10 . 7 Takahashi Y. Apparatus for engine exhaust gas treatment.JP 1119466, 1990. 10 15 . 8 McCorvey A. Pollution control apparatus. US 5121602, 1992. 07 06 . 9 周杰, 刘宁, 李云等. 凹凸棒石粘土的显微结构特征. 硅酸盐通报, 1999. 6 50～ 54. 作者通讯处 钟秦 210094 南京理工大学化工学院 304 教研室 电话 025 84315517 E -mail zq304 tom. com 2004 -12 -11 收稿 低温等离子体氧化甲烷的实验研究 ＊ 杨小平 刘亚宁 中国科学院 广州能源研究所, 广东 510640 中国科学院研究生院, 北京 100039 唐 兰 黄海涛 中国科学院 广州能源研究所, 广东 510640 摘要 采用电容耦合等离子体对干空气中的甲烷进行氧化实验, 对甲烷的分解效率、反应产物进行了分析。并且和放 置催化剂时进行对比, 结果表明放置催化剂后, 甲烷的分解效率明显提高, 反应产物中 CO2的选择性增加。 甲烷的最 终氧化产物都为 CO、CO2和 H2O。 关键词 等离子体 催化剂 甲烷 电容耦合放电 ＊国家自然科学基金资助项目 20376081 1 概述 随着工业的发展,挥发性有机物 VOCs 的排放已 经造成严重的环境污染。VOCs 是苯、甲苯 、 三氯乙烯 等具有高挥发性有机物的总称, 广义上包括甲烷 、 氯 烃、 氟烃及酯、醛等含氧烃等。在早期的研究中,VOCs 的处理方法有焚烧法、 催化燃烧法、冷凝法和吸附法 等。这些方法在技术或经济上存在缺陷, 尤其对大气 中大流量、低浓度有机废气的处理时, 局限性更加明 显。随着低温等离子体技术的发展,低温等离子体化 学反应过程被认为是处理 VOCs的有效方法,用它来处 理VOCs具有效率高、 能耗低 、 结构简单的特点。 目前处理低体积分数的 VOCs 的放电类型很多, 有脉冲放电、 无声放电和填充床式等。许多研究者利 用低温等离子体处理挥发性有机物如三氯乙烯、丙 酮 [ 1] 、 甲苯 、 苯 [ 2] 都达到了很高的分解效率 ,而且反应 的温度接近于室温, 这都表明和传统的去除方法相比 等离子体法的优势所在。 电容耦合放电是把 13. 56 MHz 的高频功率加到 2 个电极来生成的, 这种方法的优点是可以生成大口 径、 均匀发光的等离子体 。其基本原理是通过放电产 生的低温等离子体来产生大量高能电子和 O、OH、 HO2等活性粒子与有机物质分子氧化、降解反应, 使 污染物质最终转化为无害物质。甲烷是结构最为稳 定的有机物分子 ,C- H 键平均键能为 414 kJ mol 。本 实验首次利用电容耦合放电方式以及和催化剂结合 的方法对甲烷进行了氧化实验研究 ,以获得对处理其 它微量有害有机污染物的实验和理论指导。 2 实验装置和方法 实验装置流程如图 1所示, 电容耦合等离子体反 应器为长 460 mm 的石英玻璃管, 内径 14 mm , 外径 18 mm 。 放电电极为 25 mm 宽的铜片, 环绕于石英玻 37 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 blue triphenylmethane dyesvaried little when acetic acid concentrations increased from 200 mg L to 1 200 mg L and dye concentration from 20 mg L to 100 mg L. It revealed that the biological decolorization of these cationic dyes seemed to be combined action of biosorption and subsequent biodegradation. The acetic acid concentration could enhance the color removal percentage of cationic red 6 B hemicyanine dyes. It could be the co -metabolism took place between 6 B and acetic acid. Keywords cationic dyes, biological decolorizaiton and aerobic process TREATMENT OF SAPONIN WASTEWATER BY PHYSICOCHEMICAL AND BIOCHEMICAL PROCESSXie Qingjie et al 26 Abstract The saponinwastewater is characterized by a strong dark color, high chemicaloxygen demand CODconcentration, low pH value and low biodegradability. Treatment of this wastewater by traditional activated sludge is essentially impossible. In the present work, combined physical, chemical and biological s were synergistically utilize to tackle the wastewater. The results show that CODCr, BOD5, chromaticity and SS can be reduced respectively from 23 250 mg L, 3 600 mg L, 216 times and 260 mg L to 92 mg L, 20 mg L, 20 times and 27 mg L by the process, and their average removal rates are 99. 7, 99. 4, 90. 7 and 90. 4 respectively ,which can meet the first-order of “ Overall Sewage Discharge Standards” GB8978 -1996. Keywords saponin, wastewater treatment, physicochemical and bio-chemical DEMONSTRATIONENGINEERINGRESEARCHONCONSTRUCTEDWETLANDFOR PURIFYING POLLUTED RIVER WATER FLOWING INTO DIANCHI LAKEDeng Futang et al 29 Abstract A demonstration engineering research on purifying the polluted riverwater flowing into Dianchi Lake using a composite constructed wetland system was implemented in thisproject. The resultsshown that the demonstration engineering system of the constructed wetland had a good applicability for treating the polluted river water flowing into Dianchi Lake. Under the normal running condition, the removal rate of CODMn, BOD5, TN and TP int the polluted river water could reach at 67, 74, 83 and 65 separately in the constructedwetland system. Keywords constructed wetland, polluted river water flowing into Dianchi Lake, sewage purification and demonstration engineering TREATMENT OF PRINTING AND DYEING WASTEWATER BY PRETREATMENT HYDROLYTIC ACIDIFICATION -AO PROCESSQin Lian et al 32 Abstract A printing and dyeing company in Changzhou adopts pretreatment -hydrolytic acidifcation -AO process to treat printing and dyeing wastewater. The running result shows the effect of the treatment is good and the process semmed to be fit for serveral different dyeing effluents. The effluent quality from the process meets the first class criterion specified in“ The National Discharge Standard of Pollutants” GB8978 -1996 . The cost of the treatment is 1. 851yuan R MB per ton wastewater. Keywords hydrolytic acidification, AO process and dyeing wastewater STUDIES ON PURIFYING DIESEL EXHAUST GASES WITH ATTAPULGITE CLAY Zou Jianguo et al 35 Abstract The attapulgtite clay was selected as absorbent for purifying diesel exhaust gas. Diesel exhaust gaswas allowed to pass through a jet bubble reactor JBR arragned in the exhaust system of the diesel engine, in which diesel particulates and other contaminantswere absorbed by the attapulgite clay solution. The absorbent slurry has colloid property and a strong affinity for the diesel particulates. It shows that under the experimental conition, the diesel particulates are removed by 71. 3, NOXby 80. 4, HC and SO2all by above 90 from the exhaust gas, the temperature of the exhaust gas decreases from 200～ 250 ℃ to about 55 ℃, and the gas resistance is 3. 5 kPa. Keywords attapulgite, purify, absorb and diesel exhaust gas EXPERIMENTAL STUDY ON NON -THERMAL PLASMA FOR THE OXIDATION OF METHANGE Yang Xiaoping et al 37 Abstract The capacitively coupled plasma for oxidation of CH4in dry air was studied and the removal efficiency of CH4and proucts of reaction were analysed. That was compared to caseswith catalyst in the reactor. The result indicates that when the catalyst was present, the CH4 removal efficiency was improved, the CO2selectivity was increased in the reaction product. The final products of CH4oxidationwere CO, CO2and H2O. Keywords plasma, catalyst, methane and capacitively coupled discharge EXPERIMENTAL STUDY ON DESULFURIZATION OF CONDENSING FLUE GAS BY FOG LYE Sun Jindong et al 40 Abstract Theory of SO2absorptionby Ca OH 2slurry droplet was analyzed. Factors influencing SO2absorption were studied by spraying fog lye in a vertical tube condensing exchanger, such as Ca S ration, inlet SO2concentration, air quantity of fog lye, inlet temperature and Reynolds 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23,No. 3, Jun. , 2005