專利名稱：一種pm2.5顆粒除塵用超細纖維規整填料及其除塵方法
技術領域：
本發明涉及一種作為固定源大氣顆粒物PM2. 5治理的方法，屬于大氣污染控制技術領域。
背景技術：
高效規整填料是填料分離塔中的核心結構，填料材質、填料形式等受到了廣泛關注和深入研究，如中國專利CN201010530832. 6公開的《窗、孔組合式導流規整填料片及填料》。盡管基于同樣傳質理論的單元操作有吸收操作和精餾操作，但高效填料的應用研究對象仍多集中于難分離液體混合物的高效精餾操作。實際生產過程中，吸收操作同樣可以應 用規整填料吸收塔完成分離操作過程。與基于分子擴散過程的吸收、精餾操作不同，傳統的除塵操作更接近于機械分離過程，但隨著固體顆粒物粒度減小，當氣固混合體系形成氣溶膠時，固體顆粒的運動狀態更接近于氣體分子的均相狀態，其分離過程可參照或只能依照氣體混合物吸收分離操作完成，中國專利CN99113614. 4公開的《硫酸原料氣的凈化工藝和裝置》就是其中的實例。PM2. 5顆粒污染，特別是含鉛塵以及其他重金屬的大氣顆粒物控制是目前環保關注的熱點之一，相對于普通的顆粒物污染與控制措施，因氣溶膠顆粒運動狀態接近氣態分子，袋式除塵、電除塵、旋風等技術不適合較小顆粒的除塵操作，工業實踐采取以上措施后的治理效果普遍不佳，其后果也較嚴重。近年來，鉛加工廠周圍的血鉛事件、全國各個城市的PM2. 5的污染指數問題、工業生產如炭黑工廠袋式除塵器的泄漏問題等實例說明氣溶膠狀態顆粒大氣污染物的治理迫在眉睫。氣溶膠顆粒物運動接近于氣體分子本身的性質是造成傳統除塵效果不佳的原因之一，因此類似于氣體分離技術采用的吸附、吸收技術是治理氣溶膠污染固定源的有效方法之一。與吸收、精餾的平衡級分離不同，吸附、吸收操作分離氣溶膠顆粒物是一個速率分離過程，相對于粒徑較大的顆粒物，粒徑更小的納米級微粒將具有更快的擴散速率而被吸附在填料表面。因此采用超細纖維規整填料分離塔分離PM2. 5塵粒時，可以不考慮最小氣液比，同時由于超細纖維之間的毛細管力作用，噴淋液體的自分散較強，噴淋密度也大大縮小。考慮顆粒在填料表面的吸附沉積，可采用變噴淋密度的操作方式加大填料層中被吸附顆粒的塔內移動速度。速率分離過程的另一優勢是可不一定采用為增加分離過程推動力而使用的逆流操作方式，吸收除塵過程也可采用并流向下方式，方便設備流程。中國專利文獻CN1667303公開了一種《碳纖維填料密封編織基材及其制造方法》，該編織基材包括內芯層和碳纖維層，碳纖維層包纏于內芯層上，內芯層為相互并行的金屬絲和玻璃纖維束；或為玻璃纖維束。該碳纖維填料密封編織基材能夠抗高溫高壓、耐強酸強堿，但是并不能吸附固定PM2. 5顆粒。現有填料分離塔采用的填料主要用于氣液平衡分離操作，填料自身單位質量比表面積偏小，為適應平衡分離要求或填料表面潤濕，相應噴淋密度較大。而PM2. 5顆粒的分離過程是一個速率分離過程，不需要特定的氣液比，因此現有填料難以直接用于PM2. 5顆粒的分離過程。
發明內容
本發明針對現有氣溶膠顆粒物尤其是PM2. 5顆粒除塵技術存在的不足，提供一種能夠吸附、固定氣體中的氣溶膠PM2. 5和鉛塵等微粒、除塵效果好的PM2. 5顆粒除塵用超細纖維規整填料，同時提供一種采用該超細纖維規整填料的除塵方法。本發明的PM2. 5顆粒除塵用超細纖維規整填料，采用直徑為0. I u m-10 U m的超細化學纖維，是將超細化學纖維和塑料骨架熱熔粘合在一起構成絲網波紋規整填料，或者是由超細化學纖維毛巾面構成波紋板規整填料。超細化學纖維優選的直徑為0. 2 U m-6 U m。超細化學纖維優選的采用絲光處理后的滌綸纖維。超細化學纖維毛巾面上的毛圈進行割絨處理，毛圈或絨單面厚為lmm-2mm。這樣可以改善填料、氣溶膠顆粒、吸收劑(一般為水)的界面張力和表面潤濕性。采用上述PM2. 5顆粒除塵用超細纖維規整填料除塵的方法，是在吸收塔內放置超細纖維規整填料，在常溫下將總顆粒物濃度小于50mg/m3的含塵廢氣由頂部進入吸收塔；并在吸收塔頂注入吸收液，吸收液在超細化學纖維間的持液量靠超細纖維間的毛細管力維持穩定，吸收液在吸收塔的底部與頂部形成循環。吸收液由吸收塔內的超細纖維規整填料上部噴淋，吸收液與超細纖維共同對氣溶膠顆粒產生吸附和粘聯的固定作用，吸收液的噴淋密度為0. 15m3/m2. h-0. 5m3/m2. h (單位m3/m2. h為塔內截面上每平方米面積每小時吸收液的噴淋量)；含塵廢氣、超細纖維規整填料中的超細化學纖維、與纖維間毛細管力穩定的吸收液組成氣固液三相界面，吸附和固定含塵廢氣內氣溶膠中的PM2. 5和鉛塵微粒；當上層超細纖維規整填料吸附飽和后，顆粒物逐漸下移時，使吸收液的循環量增大為20m3/m2. h，以恢復填料上層的吸附和吸收活性；顆粒物在吸收塔底沉淀后回收。本發明以超細化學纖維及纖維間毛細管力穩定的液體組成氣固液三相界面，吸附和固定氣體中的氣溶膠PM2. 5、鉛塵等微粒，適合于常溫、低塵濃度和高特征污染物含量顆粒物的去除，主要可適用于大風量、低風阻損失的重金屬氣溶膠污染控，總去除效率由填料高度決定，具有運行成本低、除塵效果好的特點。
圖I是本發明中的超細纖維束絲網波紋填料的俯視結構示意圖。圖2是本發明中由底布和超細纖維毛巾面組成的波紋板規整填料的俯視結構示意圖。圖3是本發明中填料的立面結構示意圖。圖4是本發明中填料的氣流結構示意圖。圖5是本發明中的去除廢氣中氣溶膠的結構原理示意圖。圖6是氣固液界面顆粒吸附原理示意圖。
具體實施方式
、
本發明的PM2. 5顆粒除塵用超細纖維規整填料，采用直徑為0. I u m-10 U m的超細化學纖維，超細化學纖維的優選為0. 2um-6u m。可以將超細化學纖維和塑料骨架熱熔粘合在一起，構成圖I所示的絲網波紋規整填料。或者是由超細化學纖維毛巾面構成如圖2所示的波紋板規整填料。填料尺寸可直接利用尺寸相對較大的125X型(與吸收塔軸線傾角為30度)或250X型規整填料結構尺寸，較大的尺寸可有效降低風阻損失。填料的立面結構如圖3所示,氣流結構如圖4所示。為改善填料、氣溶膠顆粒和吸收液(一般為水)之間的界面張力和表面潤濕性，超 細化學纖維毛巾面上的毛圈可采用割絨工藝，毛圈或絨單面厚1_-2_，同時對超細化學纖維(優選采用滌綸纖維)進行絲光處理。采用上述超細纖維規整填料進行PM2. 5顆粒除塵的具體過程是如圖5和圖6所示，在吸收塔內放置超細纖維規整填料，在常溫下將總顆粒物濃度小于50mg/m3的含塵廢氣由頂部進入吸收塔；并在吸收塔頂注入吸收液,吸收液在吸收塔的底部與頂部形成循環，吸收液由吸收塔內的超細纖維規整填料上部噴淋，起到吸附并包裹氣溶膠顆粒的作用，吸收液的噴淋密度為0. 15m3/m2. h-0. 5m3/m2. h (單位m3/m2. h為塔內截面上每平方米面積每小時吸收液的噴淋量)；含塵廢氣、超細纖維規整填料中的氣體與顆粒物、超細化學纖維、吸收液組成氣固液三相界面，吸附和粘附含塵廢氣內氣溶膠中的PM2. 5和鉛塵微粒；由于超細纖維規整填料表面容量有限，上層超細纖維規整填料吸附飽和后，顆粒物將逐漸下移，增大吸收液的循環量為20m3/m2. h或以上時，可恢復填料上層的吸附和吸收活性，加速顆粒物下移速度；顆粒物在吸收塔底沉淀后回收。吸收液可以是水，也可采用復合吸收劑，如水中增加表面活性的方法降低水的表面張力，或者采用同時具有防凍功能的水和乙二醇混合吸收液。本發明中的超細纖維規整填料可使用極低噴淋密度，與傳統填料表面潤濕形成氣液界面傳質過程不同，超細纖維表面形成的毛細管空隙有極強的液體分散能力。采用的吸收液噴淋密度為0. 15m3/m2. h-0. 5m3/m2. h,遠小于傳統吸收過程要求填料表面潤濕的噴淋
山/又o
權利要求
1.ー種PM2. 5顆粒除塵用超細纖維規整填料，其特征是采用直徑為O. I μ m- ο μ m的超細化學纖維，是將超細化學纖維和塑料骨架熱熔粘合在一起構成絲網波紋規整填料，或者是由超細化學纖維毛巾面構成波紋板規整填料。
2.根據權利要求I所述的PM2.5顆粒除塵用超細纖維規整填料，其特征是所述超細化學纖維的直徑為O. 2 μ m-6 μ m。
3.根據權利要求I所述的PM2.5顆粒除塵用超細纖維規整填料，其特征是所述超細化學纖維采用絲光處理后的滌綸纖維。
4.根據權利要求I所述的PM2.5顆粒除塵用超細纖維規整填料，其特征是所述超細化學纖維毛巾面上的毛圈進行割絨處理，毛圈或絨單面厚為lmm-2mm。
5.ー種采用權利要求I所述PM2. 5顆粒除塵用超細纖維規整填料除塵的方法，該PM2. 5顆粒除塵用超細纖維規整填料采用直徑為O. I μ m-10 μ m的超細化學纖維，是將超細化學纖維和塑料骨架熱熔粘合在一起構成絲網波紋規整填料，或者是由超細化學纖維毛巾面構成波紋板規整填料；其特征是 在吸收塔內放置超細纖維規整填料，在常溫下將總顆粒物濃度小于50mg/m3的含塵廢氣由頂部進入吸收塔；并在吸收塔頂注入吸收液，吸收液在超細化學纖維間的持液量靠超細纖維間的毛細管カ維持穩定，吸收液在吸收塔的底部與頂部形成循環；吸收液由吸收塔內的超細纖維規整填料上部噴淋，吸收液與超細纖維共同對氣溶膠顆粒產生吸附和粘聯的固定作用，吸收液的噴淋密度為O. 15m3/m2. h_0. 5m3/m2. h ;含塵廢氣、超細纖維規整填料中的超細化學纖維、與纖維間毛細管カ穩定的吸收液組成氣固液三相界面，吸附和固定含塵廢氣內氣溶膠中的PM2. 5和鉛塵微粒；當上層超細纖維規整填料吸附飽和后，顆粒物逐漸下移時，使吸收液的循環量增大為20m3/m2.h，以恢復填料上層的吸附和吸收活性；顆粒物在吸收塔底沉淀后回收。
全文摘要
本發明提供一種PM2.5顆粒除塵用超細纖維規整填料及其除塵方法，該規整填料采用直徑為0.1μm-10μm的超細化學纖維，是將超細化學纖維和塑料骨架熱熔粘合在一起構成絲網波紋規整填料，或者是由超細化學纖維毛巾面構成波紋板規整填料。上述PM2.5顆粒除塵用超細纖維規整填料除塵的方法是使含塵廢氣、填料中的超細化學纖維、吸收液組成氣固液三相界面，吸附和固定含塵廢氣內氣溶膠中的PM2.5和鉛塵微粒。本發明適合于常溫、低塵濃度和高特征污染物含量顆粒物的去除，主要可適用于大風量、低風阻損失的重金屬氣溶膠污染控，總去除效率由填料高度決定，具有運行成本低、除塵效果好的特點。
文檔編號B01D53/02GK102658079SQ201210146000
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月11日 優先權日2012年5月11日
發明者劉思明, 張志軒, 張明博, 李群, 蘇繼新, 董斐斐, 賈洪玉 申請人:山東大學