生物工程工厂废气处理技术_工厂废气处理设计方案

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生物工程工厂气体污染及治理技术

2011级生物技术 夏园星

（一）二氧化碳的回收利用

二氧化碳是碳的两种氧化物之一，是一种无机物，是空气中常见的化合物。二氧化碳的化学式为CO2，相对分子质量是44。二氧化碳的沸点低(-78.5 ℃)，常温常压下是一种无色无味气体，密度1.977g/cm3，比空气大，能溶于水，20 ℃时每100体积水可溶88体积二氧化碳。液体二氧化碳在加压冷却时可凝成固体二氧化碳，俗称干冰，干冰密度为1 500 kg/m3，是一种低温致冷剂。1.二氧化碳的危害

在人体内，二氧化碳起着调节呼吸的作用。氧对呼吸运动影响不大，而血液中二氧化碳的含量却对呼吸的调节起着特别明显的作用。呼吸中枢对二氧化碳浓度的改变很敏感，当血液中二氧化碳分压稍高时，呼吸即加深加快，通气量增加；稍低时则变浅变慢，通气量减少。二氧化碳虽然没有毒性，但是由于它的存在影响了人或动物体对氧的摄取，使机体内氧合血红蛋白减少，造成窒息，严重时可引起死亡。2.二氧化碳的用途

气体二氧化碳用于制碱工业、制糖工业，并用于钢铸件的淬火和铅白的制造等。二氧化碳在焊接领域应用广泛.如：二氧化碳气体保护焊，是目前生产中应用最多的方法。固态二氧化碳俗称干冰，升华时可吸收大量热，因而用作制冷剂，如人工降雨，也常在舞台中用于制造烟雾。二氧化碳一般不燃烧也不支持燃烧，常温下密度比空气略大，受热膨胀后则会聚集于上方.也常被用作灭火剂,但Mg燃烧时不能用CO?来灭火,因为:2Mg+CO?=2MgO+C(点燃)

二氧化碳是酸性氧化物，可跟碱或碱性氧化物反应生成碳酸盐。跟氨水反应生成碳酸氢铵。无毒，但空气中二氧化碳含量过高时，也会使人因缺氧而发生窒息。绿色植物能将二氧化碳跟水在光合作用下合成有机物。二氧化碳可用于制造碳酸氢铵、小苏打、纯碱、尿素、铅白颜料、饮料、灭火器以及铸钢件的淬火。二氧化碳在大气中约占总体积的0.03％，人呼出的气体中二氧化碳约占4％。实验室中常用盐酸跟大理石反应制取二氧化碳，工业上用煅烧石灰石或酿酒的发酵气中来获得二氧化碳.3.二氧化碳的生产

发酵生产排出的二氧化碳纯度可达99%以上，但由于含有少量的醇类醛类、酯类、以及有机酸等杂质，因此必须经水、高锰酸钾溶液洗涤，活性炭硅胶或分子筛等吸附剂净化干燥后，再经造气压缩机压缩成液体二氧化碳装瓶使用或售出。国外已开始使用大型恒温贮罐和槽车装运低温二氧化碳，以提高制冷量和工作效率，降低成本，减轻劳动强度。

液体二氧化碳经蒸发，可得到雪状干冰，但雪状干冰升华较快，体积太大。而经压冰机可制得晶状干冰。这种干冰运输方便，制冷量大，因而扩大了二氧化碳的应用范围。啤酒厂也可生产大量二氧化碳供出售和自用。每百升啤酒可回收3~5kg二氧化碳。当前我国啤酒厂多用压缩空气背压和冲管道，而将发酵生成的高纯度二氧化碳白白放掉，这十分可惜。

二氧化碳生产设备已有专业厂生产，可直接购买。二氧化碳生产的简要过程如下： 由发酵罐来的CO2→净化→干燥→压缩→液体CO2→装瓶→使用或出售 ↓

蒸发→雪状干冰→压冰机→晶状干冰 4.二氧化碳的处理技术

二氧化碳的处理技术一般分可为从大气中分离固定和从燃放气中分离回收两大类。现阶段, 从大气中分离固定二氧化碳技术主要有生物法, 而从燃放气中分离回收二氧化碳技术主要有物理法、化学法和物理-化学法等。

一、物理法

物理法分离处理二氧化碳技术主要有:物理吸收法、膜分离法、变压(变温)吸附法、海洋深层储存法和陆地蓄水层(或废油、气井)储存法等。

（1）物理吸收法: 通过交替改变二氧化碳与吸收剂(有机溶剂)之间的操作压力和操作温度以实现二氧化碳的吸收和解析, 从而达到分离处理二氧化碳的目的。在整个过程中不发生化学反应, 因而所需的能量消耗相对较少。一般讲来, 有机溶剂吸收二氧化碳的能力随着压力增加和温度下降而增大, 反之则减小。物理吸收法其关键在于确定优良的吸收剂。对吸收剂的要求是: 对二氧化碳的溶解度大、选择性好、沸点高、无腐蚀、无毒性、化学性能稳定。常见吸收剂有丙烯酸酯、N-甲基-2-D 吡咯烷酮、甲醇、乙醇、聚乙二醇及噻吩烷等高沸点有机溶剂, 以减少溶液损耗和蒸气外泄。

（2）膜分离法: 膜分离法是利用一些聚合材料, 如醋酸纤维和聚酰亚胺等制成的薄膜对不同气体具有不同的渗透率这一特性来分离气体, 其中包括分离膜和吸收膜两种类型。其推动力是膜两边的压差。其工艺流程如图所示

工业上用于二氧化碳分离的膜材质主要有醋酸纤维、乙基纤维素、巨苯醚及聚砜等。近些年来, 随着材料科学的迅速发展, 涌现出不少性能优异的新型膜质材料, 如聚酰亚胺膜、聚苯氧改性膜、二胺基聚砜复合膜、含二胺的聚碳酸酯复合膜及含相对分子质量低的丙烯酸脂的浸膜 等, 它们均表现出了良好的二氧化碳渗透性。随着高分子材料的不断发展和制膜技术的不断完善, 膜分离法在从燃放气中分离二氧化碳方面一定会大有作为。

（3）变压(变温)吸附法: 吸附法是利用固态吸附剂(活性炭、天然沸石、分子筛、活性氧化铝和硅胶等)对原料混合气中的二氧化碳进行有选择性的可逆吸附作用来分离回收二氧化碳的技术。吸附法主要包括变温吸附法(TSA)和变压吸附法(PSA)。吸附剂在高温(或高压)条件下吸附二氧化碳, 降温(或降压)后将二氧化碳解吸出来, 通过周期性的温度(或压力)变化, 实现二氧化碳与其他气体的分离。采用吸附法时, 一般需要多座吸附塔并联使用, 以保证整个过程中能连续地输入原料气, 连续地取出二氧化碳气及未吸附气体, 其流程如图所示。

现阶段, 变压吸附法发展较为迅速, 大型工业化吸附装置已投入使用, 其二氧化碳分离效率可达99% 以上。在化肥、石化等工业中的应用极其广泛。在国内, 西南化工研究院技术力量雄厚, 在变压吸附研究、开发、设计、安装方面, 处于领先地位。

二、化学法

化学法分离处理二氧化碳主要包括化学吸收法及碳氢化合物转化法等。

（1）化学吸收法: 化学吸收法是使原料气和化学溶剂在吸收塔内发生化学反应, 二氧化碳进入溶剂形成富液, 富液进入脱吸塔加热分解出二氧化碳, 吸收与脱吸交替进行, 从而实现二氧化碳的分离回收。其关键是控制好吸收塔和脱吸塔的操作温度和操作压力。化学吸收法所用化学溶剂一般为K2CO3水溶液或乙醇胺类的水溶液。热K2CO3 法包括苯非尔德法(吸收溶剂中K2CO3 质量分数为25% ~ 30% , 二乙醇胺1% ~ 6%, 加适量V2O5 作催化剂和防腐剂)、砷减法(VetroCokes 法, K2CO3 质量分数23%, As2O3 12% ,或用氨基乙酸和V2O5 代替As2O3)、卡苏尔法(Carsol 法, K2CO3、胺、V2O5)和改良热碳酸钾法(Cata Carb 法, K2CO3、乙醇胺盐、V2O5)。以乙醇胺类作吸收剂的方法有MEA 法(一乙醇胺)、DEA 法(二乙醇胺)及MDEA 法(甲基二乙醇胺)等。（2）碳氢化合物转化法: 碳氢化合物转化法是在催化剂作用下, 将二氧化碳转化为甲烷、丙烷、一氧化碳、甲醇及乙醇等基本化工原料的方法。

以铑-镁为催化剂, 可使二氧化碳与氢按1B4(体积比)的比例, 在一定的温度与压力下混合, 生成甲烷。直接用燃放气与以氢为基底的乙炔混合, 利用电子束或激光束激励, 生产甲醇和一氧化碳, 一氧化碳作为原料, 可进一步合成甲醇。碳氢化合物转化法还处于实验室研究阶段, 距离工业大规模实用阶段尚远。

三、物理-化学法

目前, 物理-化学法主要有二氧化碳分解法。该法是借助高能射线或电子射线等放射线, 对排出的含有大量二氧化碳的燃放气进行辐射, 使其中的二氧化碳分解为一氧化碳和氧气, 一氧化碳在经过高能辐射, 转而生成C3O2 和O2 , 其反应方程式为: 一次辐射: CO2→ CO+ 1/2O2;二次辐射: 3CO y C3O2+ 1P2O2 和3CO2 yC3O2+ 2O2。

（二）好气发酵系统排放废气的利用和防范