肼類推進劑廢氣污染治理的幾種方法
摘要：目前，應用于工程中的肼類液體推進劑廢氣污染的治理方法主要有水吸收處理法、催化氧化處理法、高空排放處理法、活性炭吸附處理法、燃燒處理法、中和處理法和光催化氧化處理法7種。文章對這7種技術(shù)進行了綜合評述，通過對各類方法的處理效果、優(yōu)缺點的評價，最后認為TiO2光催化氧化降解法是一種處理肼類推進劑污染的有效途徑。
關(guān)鍵詞：肼 液體推進劑 大氣污染控制
1 前言
肼類物質(zhì)是一種性能優(yōu)良的高能液體燃料，具有高毒易燃易爆的特性。如果空氣中肼類物質(zhì)的富集濃度過高，會造成大氣污染，危及周圍農(nóng)作物，并出現(xiàn)蜂群死亡等現(xiàn)象。本文綜合評價了肼類物質(zhì)大氣污染治理的幾種方法，為航天和國防工業(yè)大氣環(huán)境治理技術(shù)提供參考。
2幾種處理方法
2.1 水吸收處理法
液體火箭發(fā)動機試車、推進劑庫房、轉(zhuǎn)注間等產(chǎn)生的液體推進劑廢氣，特別是增壓廢氣，其主要特點是排放時濃度極高，接近飽和蒸汽的濃度，排放時間短并呈間斷式進行。工程上通常采用水噴淋氣體吸收塔的方法來處理，其中液體填料吸收塔的應用比較廣泛。
填料吸收塔所用的填料，可分為實體填料和網(wǎng)體填料兩大類。實體填料包括拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、鞍形填料和波紋填料等。網(wǎng)體填料則包括由絲網(wǎng)體制成的各種填料，如鞍形網(wǎng)、網(wǎng)環(huán)填料等。1980年，戈登博士在美國空軍環(huán)境安全委員會召集的專家討論會上，曾推薦了一種吸收肼類蒸汽的清洗裝置，該裝置分并聯(lián)的2組，每組再由2個塔串聯(lián)起來，分別用于處理2種不同流量范圍的肼類蒸汽。
水吸收法處理偏二甲肼廢氣的效果見表1、表2。
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用普通水進行偏二甲肼廢氣的吸收處理實驗，結(jié)果表明，偏二甲肼濃度低于100mg/L 時，吸收率大于93%；濃度在100～500mg/L時，吸收率為95%～98%；濃度大于500mg/L時，吸收率大于99%。改用循環(huán)水處理后，偏二甲肼濃度大于60000mg/L時，吸收效果影響很小，基本符合亨利定律。因此，根據(jù)此項實驗結(jié)果，當吸收水濃度大于6000mg/L時，必須排入污水池，作最終處理，并更換新水作吸收液。
水吸收法的優(yōu)點是效率高，可滿足排放要求，投資低，操作簡便；缺點是處理后的廢液仍含有毒性物質(zhì)，需進行二次處理。
2.2 催化氧化處理法
催化氧化處理法是常用的有害氣體凈化方法之一。該方法無需使污染物與主氣流分離，而是使廢氣在催化劑的作用下直接進行無害化處理。火箭推進劑廢氣中所含的肼、胺類物質(zhì)，均屬于還原性物質(zhì)，當催化劑存在時，通過利用空氣中的氧將其氧化分解。
肼、胺類廢氣催化氧化處理工藝包括預處理裝置、混合裝置、預熱裝置和催化反應裝置4 個部分。預處理裝置的作用是去除廢氣中的固體顆粒及雜質(zhì)，如果廢氣中含有能使催化劑中毒的物質(zhì)，在該裝置中采用必要的處理手段可將其除去。混合裝置的作用是使廢氣與氧化劑充分混合，在肼、胺類廢氣的催化處理工藝中，采用的氧化劑是潔凈的空氣。預熱裝置的作用是滿足催化氧化作用的溫度條件。催化反應裝置是肼、胺類廢氣催化氧化處理的核心設(shè)備，廢氣通過催化床被氧化分解。
鐵系、錳系、稀土系催化劑是反應中常用的催化劑，載體多采用活性炭、硅藻土等。
催化氧化處理法耗時短、處理簡單、便于操作，由于采用設(shè)備組合處理，易于實現(xiàn)自動化控制；但缺點是投資運行費用較高，日常管理、設(shè)備維修及電力消耗較大。
2.3 高空排放處理法
高空排放法處理廢氣是依靠尾氣流擴散而實現(xiàn)的，通過高煙囪一般可將地面煙氣濃度降至煙囪出口濃度的0.001%～1%。該方法簡單易行，缺點是未經(jīng)化學處理的毒物會產(chǎn)生二次污染。
2.4 活性炭吸附處理法
活性炭具有優(yōu)良的吸附特性，不僅可以處理肼、胺類廢水，而且可以處理肼、胺類廢氣，凈化后的廢氣可直接排放。
活性炭吸附法在工程上的應用是成功的，但是存在吸附劑的再生、被吸附物質(zhì)的再處理、設(shè)備的投入產(chǎn)出比較大等缺點。
2.5 燃燒處理法
燃燒法可分為直接燃燒法、熱力燃燒法和催化燃燒法三大類。
直接燃燒法是把可燃的有機有害廢氣當作熱力來燃燒，通常在1000℃的高溫下進行。
熱力燃燒法通常將燃燒溫度維持在500～800℃，需要添加輔助燃料維持燃燒，天然氣、柴油、酒精等是首選的燃料。熱力燃燒法必須在充分供氧的條件下滿足3個條件：反應溫度、反應時間和湍流混合，即所謂的 “三T條件”。性能良好的燃燒爐是反應成功的關(guān)鍵因素。美國馬伏特公司生產(chǎn)的瞬時膨脹式焚燒爐，用天然氣作燃料，每小時可焚燒500L肼或380L偏二甲肼，燃氣中殘留的燃燒物濃度低于2mg/L,NOx低于165mg/L。
催化燃燒法是采用催化劑使廢氣中可燃物質(zhì)在較低溫度下氧化分解。
2.6 中和處理法
與水吸收法相比，中和法具有反應速度快、處理效果好的優(yōu)點。若庫區(qū)位于居民眾多的地區(qū)，采用中和法處理肼類燃料廢氣時，必須將廢氣導入裝有5％高錳酸鉀或5％碳酸氫鈉的水溶液的噴淋塔或吸收槽內(nèi)進行吸收，然后可用排風管直接排入大氣。
中和法雖然效果好，但吸收液所含物質(zhì)成分復雜，需進行二次處理，成本較高。
2.7 光催化氧化處理法
近20年來的研究表明，光催化方法可以有效地降解多種揮發(fā)性有機物，并將其全部轉(zhuǎn)化為CO2和H2O。光催化方法可以在常溫、常壓下進行，處理成本相對較低。在氣相條件下，通過光致空穴與半導體顆粒表面吸附的胺類、肼類等還原性有機物質(zhì)直接進行氧化反應，從而達到降解的目的。
TiO2是目前最常用的光催化劑之一。最初是在固定淺床利用粉末狀TiO2 ,因此催化劑容易隨氣流散失。為了提高催化劑的利用效率，研究人員對催化劑的固定化問題進行了研究。溶膠－凝膠法、無機結(jié)合劑法以及金屬修飾等方法，大大提高了光催化劑的催化性能和機械性能。
肼與胺類液體推進劑廢氣的光催化氧化降解研究目前正處于實驗室研究階段。
3 結(jié)語
肼與胺類推進劑廢氣的污染治理工作一直是環(huán)保工作者關(guān)注的環(huán)境問題。本文所述的幾種治理方法是近幾年來應用于工程中的方法，均有較為理想的處理效果，但是仍存在許多有待解決的問題，應根據(jù)具體情況謹慎選用。最新研究表明，TiO2光催化氧化法處理肼與胺類推進劑廢氣的方法有研究開發(fā)前景，正引起國防工業(yè)和航天工業(yè)科技人員的極大興趣。
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