可植入各種催化劑的耐高溫、免燒、陶瓷纖維過濾管研究(二) 

多年來，空氣質量問題是各大媒體報道的焦點，尤其是前幾年各大城市出現(xiàn)的霧霾天氣，增強了人們對環(huán)境的保護意識，人們同時也對國內的空氣質量問題表示擔憂。特別是近幾年，國家政策對環(huán)保要求越來越嚴格，而且各行各業(yè)很多都要求進行超低排放，很多傳統(tǒng)的布袋等過濾材料，在過濾性能、耐高溫等方便不能達到目前的環(huán)保要求和工藝要求，陶瓷纖維管的問世，以其超低粉塵排放、耐高溫、以及可植入各種催化劑，實現(xiàn)除塵脫硝和除塵脫VOC等一體化的功能，在國內很多行業(yè)受到廣泛好評。

但是，目前陶瓷纖維管的生產和應用技術主要被國外和中國臺灣等少數(shù)幾個國家掌握，各種催化劑的植入技術也主要掌握在國外，國內市場需求量之大，絕不是這少數(shù)幾家公司的生產量可以滿足的，所以出現(xiàn)了價格高昂，“一管難求”的怪相，同時也大大影響了大陸企業(yè)的發(fā)展。

目前，我國第二產業(yè)中的水泥、鋼鐵、電解鋁、電力等工業(yè)都以煤為主要能源，給環(huán)境帶來了巨大的負擔。據(jù)不完全統(tǒng)計，對空氣環(huán)境的治理使我國經(jīng)濟付出的代價占了國內生產總值中的10%左右。現(xiàn)國內廣泛使用的除塵器大多存在很多的問題，如袋式除塵器在高溫條件下使用的局限性、電除塵器耐腐蝕性差、旋風分離器對微小粒子的分離效率較低等又大大的影響了它們在除塵行業(yè)的使用。

電廠發(fā)電所采用的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(IGCC)發(fā)電技術是國內外各專家和學者關注的焦點，該技術中的干法除塵技術采用的是陶瓷除塵器，可以在550℃情況下直接對高溫氣體進行先除塵后脫硫，但此項技術尚未有突破。濕法除塵和常溫脫硫兩項技術是比較成熟的，但需要經(jīng)過降溫處理，會導致大量能量的損耗，與現(xiàn)所提倡的“節(jié)能”政策有所違背。

在現(xiàn)代工業(yè)生產過程中，冶金、建材、化工、電力、機械等行業(yè)的各種工業(yè)爐窯排放大量高溫含塵有害氣體，嚴重地污染大氣環(huán)境。由于廢氣溫度及煙氣量變化范圍廣，且高溫條件下廢氣粘滯力有較大變化，濕度大幅下降，細顆粒凝聚現(xiàn)象大為降低，對廢氣中微粒的分離處理有較高的難度。

工業(yè)廢氣的除塵處理技術經(jīng)歷了四個發(fā)展階段，即干式旋風除塵、濕法除塵（文丘里水膜除塵）、高壓靜電除塵和過濾除塵。旋風除塵分離的粉塵粒徑較大，除塵效率在85%左右，一般用于高溫氣體除塵的預處理。濕法除塵會產生大量的廢水，造成二次污染，且無法利用高溫工業(yè)廢氣的物理熱，不符合可持續(xù)發(fā)展的循環(huán)經(jīng)濟要求。高壓靜電除塵效率可達90- 99.6%，捕獲的粉塵平均粒徑為5m，壓力損失低，但一次性投資和運行費用高，占地面積大，對粉塵的比電阻和氣體成分敏感，電極還存在腐蝕等問題。過濾除塵是使工業(yè)廢氣流經(jīng)過濾材料而將粉塵分離捕集。過濾除塵的除塵效率可達99%，其常用的過濾介質與方式有纖維織物袋式過濾、顆粒床過濾、全濾餅式過濾、燒結多孔金屬過濾、多孔陶瓷過濾等，其中袋式除塵在工業(yè)廢氣的除塵方面應用較為廣泛。但布袋式除塵器不能承受廢氣的高溫，目前我國高溫工業(yè)含塵廢氣的處理方法大多是通過水冷凝，將高溫廢氣降至200℃左右，再用布袋除塵器除塵，這不僅增加了冷凝設備的投資和運行費用，也使大量的熱能流失。

在諸多高溫工業(yè)廢氣處理技術中，介質過濾處理技術因大大程度地利用了氣體的顯熱，能源利用率高，工藝過程簡單，設備投資少，運行成本低，且避免了濕法處理所帶來的二次水污染而具有顯著的競爭優(yōu)勢。隨著高溫除塵技術的發(fā)展，對除塵設備的簡單化、高溫化要求日趨強烈，而陶瓷制品恰恰具有耐高溫的獨特優(yōu)勢。上世紀70年代以來，世界先*國家一直不斷研究各種材質和結構的高溫氣體過濾處理技術，如美國能源部開展了以陶瓷過濾介質為主的高溫氣體過濾除塵技術的開發(fā)，德國、日本、英國等發(fā)達國家也都相繼開展了類似的研究工作，并取得了很大的進展。目前，高溫工業(yè)氣體的除塵過濾介質一般采用多孔陶瓷材料、多孔金屬材料和陶瓷纖維增強復合多孔材料等。陶瓷材料具有優(yōu)良的耐熱性、化學穩(wěn)定性和高溫抗腐蝕性，但韌性和抗熱震性較差；而金屬多孔過濾材料具有很好的機械性能和加工性能、良好的導熱性、韌性和優(yōu)異的抗熱震性，但在高溫下的強度和耐腐蝕性能下降。近年來人們一直致力于陶瓷過濾材料抗熱震性的改善和金屬過濾材料耐高溫腐蝕性的提高。陶瓷纖維增強復合多孔材料的開發(fā)使得陶瓷過濾材料抗熱震性能得到顯著改善。

本項目以冶金、化工、建材、電力、機械等行業(yè)的工業(yè)高溫廢氣治理為技術應用背景，重點開發(fā)一種采用陶瓷纖維為主要原料，利用抽真空的方法成型，制備出具備可植入催化劑、免燒、耐高溫、質量輕、粉塵排放濃度低、強度與韌性并存、對細小顆粒同樣具有高精度的高溫氣體梯度過濾元件，該元件可植入各種溫度段的脫硝，VOC，二噁英等催化劑，且具有梯度過濾結構、便于安裝的特定幾何形狀、較高的強度、韌性和耐磨性、良好的耐熱性和抗熱沖擊性、優(yōu)良的耐腐蝕性能和化學穩(wěn)定性、以及較高的除塵效率和氣體滲透性，以實現(xiàn)高溫工業(yè)廢氣的直接凈化和資源的回收利用，實現(xiàn)陶瓷纖維過濾管的多功能作用，為高溫含塵氣體的全干法凈化除塵技術的工業(yè)化應用奠定基礎，改變現(xiàn)有的部分傳統(tǒng)環(huán)保工藝。