可植入各種催化劑的耐高溫、免燒、陶瓷纖維過(guò)濾管研究(二) 

多年來(lái)，空氣質(zhì)量問(wèn)題是各大媒體報(bào)道的焦點(diǎn)，尤其是前幾年各大城市出現(xiàn)的霧霾天氣，增強(qiáng)了人們對(duì)環(huán)境的保護(hù)意識(shí)，人們同時(shí)也對(duì)國(guó)內(nèi)的空氣質(zhì)量問(wèn)題表示擔(dān)憂(yōu)。特別是近幾年，國(guó)家政策對(duì)環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格，而且各行各業(yè)很多都要求進(jìn)行超低排放，很多傳統(tǒng)的布袋等過(guò)濾材料，在過(guò)濾性能、耐高溫等方便不能達(dá)到目前的環(huán)保要求和工藝要求，陶瓷纖維管的問(wèn)世，以其超低粉塵排放、耐高溫、以及可植入各種催化劑，實(shí)現(xiàn)除塵脫硝和除塵脫VOC等一體化的功能，在國(guó)內(nèi)很多行業(yè)受到廣泛好評(píng)。

但是，目前陶瓷纖維管的生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)主要被國(guó)外和中國(guó)臺(tái)灣等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家掌握，各種催化劑的植入技術(shù)也主要掌握在國(guó)外，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求量之大，絕不是這少數(shù)幾家公司的生產(chǎn)量可以滿(mǎn)足的，所以出現(xiàn)了價(jià)格高昂，“一管難求”的怪相，同時(shí)也大大影響了大陸企業(yè)的發(fā)展。

目前，我國(guó)第二產(chǎn)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(lái)了巨大的負(fù)擔(dān)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，對(duì)空氣環(huán)境的治理使我國(guó)經(jīng)濟(jì)付出的代價(jià)占了國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值中的10%左右。現(xiàn)國(guó)內(nèi)廣泛使用的除塵器大多存在很多的問(wèn)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(fēng)分離器對(duì)微小粒子的分離效率較低等又大大的影響了它們?cè)诔龎m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(shù)是國(guó)內(nèi)外各專(zhuān)家和學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)，該技術(shù)中的干法除塵技術(shù)采用的是陶瓷除塵器，可以在550℃情況下直接對(duì)高溫氣體進(jìn)行先除塵后脫硫，但此項(xiàng)技術(shù)尚未有突破。濕法除塵和常溫脫硫兩項(xiàng)技術(shù)是比較成熟的，但需要經(jīng)過(guò)降溫處理，會(huì)導(dǎo)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(chǎn)過(guò)程中，冶金、建材、化工、電力、機(jī)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(yán)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(xì)顆粒凝聚現(xiàn)象大為降低，對(duì)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(shù)經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段，即干式旋風(fēng)除塵、濕法除塵（文丘里水膜除塵）、高壓靜電除塵和過(guò)濾除塵。旋風(fēng)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(yù)處理。濕法除塵會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，造成二次污染，且無(wú)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(jì)要求。高壓靜電除塵效率可達(dá)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(yùn)行費(fèi)用高，占地面積大，對(duì)粉塵的比電阻和氣體成分敏感，電極還存在腐蝕等問(wèn)題。過(guò)濾除塵是使工業(yè)廢氣流經(jīng)過(guò)濾材料而將粉塵分離捕集。過(guò)濾除塵的除塵效率可達(dá)99%，其常用的過(guò)濾介質(zhì)與方式有纖維織物袋式過(guò)濾、顆粒床過(guò)濾、全濾餅式過(guò)濾、燒結(jié)多孔金屬過(guò)濾、多孔陶瓷過(guò)濾等，其中袋式除塵在工業(yè)廢氣的除塵方面應(yīng)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(guó)高溫工業(yè)含塵廢氣的處理方法大多是通過(guò)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(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用，也使大量的熱能流失。

在諸多高溫工業(yè)廢氣處理技術(shù)中，介質(zhì)過(guò)濾處理技術(shù)因大大程度地利用了氣體的顯熱，能源利用率高，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，運(yùn)行成本低，且避免了濕法處理所帶來(lái)的二次水污染而具有顯著的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。隨著高溫除塵技術(shù)的發(fā)展，對(duì)除塵設(shè)備的簡(jiǎn)單化、高溫化要求日趨強(qiáng)烈，而陶瓷制品恰恰具有耐高溫的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。上世紀(jì)70年代以來(lái)，世界先*國(guó)家一直不斷研究各種材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的高溫氣體過(guò)濾處理技術(shù)，如美國(guó)能源部開(kāi)展了以陶瓷過(guò)濾介質(zhì)為主的高溫氣體過(guò)濾除塵技術(shù)的開(kāi)發(fā)，德國(guó)、日本、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家也都相繼開(kāi)展了類(lèi)似的研究工作，并取得了很大的進(jìn)展。目前，高溫工業(yè)氣體的除塵過(guò)濾介質(zhì)一般采用多孔陶瓷材料、多孔金屬材料和陶瓷纖維增強(qiáng)復(fù)合多孔材料等。陶瓷材料具有優(yōu)良的耐熱性、化學(xué)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(guò)濾材料具有很好的機(jī)械性能和加工性能、良好的導(dǎo)熱性、韌性和優(yōu)異的抗熱震性，但在高溫下的強(qiáng)度和耐腐蝕性能下降。近年來(lái)人們一直致力于陶瓷過(guò)濾材料抗熱震性的改善和金屬過(guò)濾材料耐高溫腐蝕性的提高。陶瓷纖維增強(qiáng)復(fù)合多孔材料的開(kāi)發(fā)使得陶瓷過(guò)濾材料抗熱震性能得到顯著改善。

本項(xiàng)目以冶金、化工、建材、電力、機(jī)械等行業(yè)的工業(yè)高溫廢氣治理為技術(shù)應(yīng)用背景，重點(diǎn)開(kāi)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(zhì)量輕、粉塵排放濃度低、強(qiáng)度與韌性并存、對(duì)細(xì)小顆粒同樣具有高精度的高溫氣體梯度過(guò)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(guò)濾結(jié)構(gòu)、便于安裝的特定幾何形狀、較高的強(qiáng)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(xué)穩(wěn)定性、以及較高的除塵效率和氣體滲透性，以實(shí)現(xiàn)高溫工業(yè)廢氣的直接凈化和資源的回收利用，實(shí)現(xiàn)陶瓷纖維過(guò)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(shù)的工業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，改變現(xiàn)有的部分傳統(tǒng)環(huán)保工藝。