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微波加热焚烧法处理沥青烟气的研究

作　者: 曹威扬
导　师: 彭金辉
学　校: 昆明理工大学
专　业: 有色金属冶金
关键词: 微波加热焚烧法微波管式炉沥青烟气气相色谱-质谱联用仪
分类号: X701
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着石油、化工、炼油、煤气、冶金等行业的快速发展,产生的环境问题尤为突出,尤其是有机废气的污染排放更是得到世界的重视。在工业有机废气的排放中尤为引人注意的沥青烟气,近几年得到国内外科研人员的广泛重视。沥青烟气中的主要危害性组分有吖啶类、酚类、吡啶类、蒽、萘类及苯并(a)芘类等。在石油、化工、冶金等行业中,沥青烟气容易对人体造成呼吸道感染、皮肤中毒、视力模糊、胸闷、心悸、头痛等症状。针对这一情况国内外也研究过不少的方法去解决,如焚烧法、吸附法、吸收净化法和电捕法等。但这些方法在工业生产一段时间后仍然有很多像投资大、设备复杂、有二次污染、能耗高、设备维护复杂等弊端暴露出来。本文针对工业中沥青烟气处理的问题,提出了一个新的方法,采用微波加热焚烧法处理沥青烟气。本文首先对国内外处理沥青烟气的方法进行了研究和比较,找出生产中所遇到的问题,再根据微波加热加热的机理及沥青烟气的物理化学性质对焚烧沥青烟的实验进行了设计,对沥青烟气的采集进行了探究性实验找出最适宜的吸收液,从而进行准确的检测。并且根据实验的需要又对实验的可靠性进行了重现性实验和吸收效率实验。其次本文分析了微波加热焚烧法处理沥青烟气的吸波介质、沥青烟浓度、微波对沥青烟气的影响、焚烧沥青烟气的温度、烟气处理流速等问题。结果表明采用碳化硅棒做为吸波介质升温情况较稳定,焚烧时间大于1秒通过微波管式炉焚烧沥青烟气,焚烧效果十分明显,微波管式炉加热温度和烟气流量的影响较为显著,而对于沥青烟气直接注入微波管式炉前的预热温度,效果并不是十分明显。微波焚烧温度850℃以上,焚烧处理后沥青烟气的排放浓度均在2.4mg/m3以下,苯并(a)芘浓度在0.0346μg/m3。最后对于微波加热焚烧法处理沥青烟气的尾气进行了气相色谱-质谱联用仪的分析,分析发现沥青烟气在没有经过微波加热焚烧法处理时的成分十分复杂,大约Apex RT在0～20之间检测出的沥青烟成分有上百种有机化合物,其中包括很多的同素异形体有机物。通过对400℃至850℃下焚烧处理后的沥青尾气质谱图看,沥青烟气中的有机物主要有多环芳烃、酰胺、醌、酯、苯酚、羧酸类和高碳链烷烃类等。经过400℃、500℃、600℃、700℃、850℃微波管式炉加热焚烧净化后看,沥青烟气中的成分有所变化,其中最为显著的是微波管式炉内部焚烧温度在600℃以下沥青烟气中存在的大量有害物质多环芳烃类有机物,基本在微波管式炉焚烧温度大于600℃以上时大部分被焚烧掉。

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摘要 4-6ABSTRACT 6-12第一章绪言 12-28 1.1 研究背景及意义 12-13 1.2 沥青与沥青烟 13-18 1.2.1 沥青的分类及主要性质 13-15 1.2.2 沥青烟的来源、成分及主要性质 15-18 1.3 国内外处理沥青烟气研究现状 18-27 1.3.1 电捕法 18-20 1.3.2 吸附法 20-22 1.3.3 焚烧法 22-23 1.3.4 吸收净化法 23-24 1.3.5 其他处理方法 24-25 1.3.6 方法比较 25-27 1.4 本文的研究内容 27-28第二章微波加热焚烧法处理沥青烟气的基本理论 28-38 2.1 微波辐射加热原理与特点 28-32 2.1.1 微波的加热特性 29-30 2.1.2 微波设备 30 2.1.3 微波的产生及传输 30-31 2.1.4 微波加热介质的选择 31-32 2.2 传热的基本方式及其机理 32-37 2.2.1 热传导 33-35 2.2.2 对流传热 35-36 2.2.3 辐射传热 36-37 2.3 本章小结 37-38第三章微波加热焚烧法处理沥青烟气的实验研究 38-53 3.1 实验原料及特性分析 38-40 3.1.1 沥青烟特性分析 38-39 3.1.2 沥青成分分析 39-40 3.2 实验设备及仪器 40-41 3.2.1 加热设备 40-41 3.2.2 其他设备 41 3.3 实验方法 41-48 3.3.1 实验流程 41-42 3.3.2 实验装置示意图 42-43 3.3.3 沥青烟气的制备 43-45 3.3.4 吸收效率实验 45-46 3.3.5 重现性实验 46 3.3.6 焚烧—吸附联合法 46-48 3.4 沥青烟气的测试、分析 48-52 3.4.1 紫外分光光度计法 48-51 3.4.2 气相色谱—质谱联用仪分析 51-52 3.5 本章小结 52-53第四章结果与讨论 53-79 4.1 升温特性研究 53-56 4.1.1 微波管式炉升温曲线 53-54 4.1.2 沥青升温特性曲线 54-55 4.1.3 沥青烟吸波性能 55-56 4.2 影响因素实验 56-65 4.2.1 单因素影响实验 56-59 4.2.2 响应曲面法分析 59-65 4.3 前处理重现性实验 65-66 4.4 前处理吸收效率实验 66-67 4.5 微波加热焚烧吸附联合法实验 67-68 4.5.1 焚烧吸附联合法实验条件 67-68 4.5.2 微波加热焚烧吸附联合法实验结果 68 4.6 气相色谱—质谱联用仪分析 68-78 4.6.1 质谱分析实验操作参数 68-69 4.6.2 质谱图分析 69-71 4.6.3 沥青烟气尾气化学结构质谱分析 71-78 4.7 本章小结 78-79第五章结论与展望 79-82 5.1 结论 79-81 5.2 展望 81-82参考文献 82-86致谢 86-87附录A 87-89附录B 89-90符号索引 90-91

微波加热焚烧法处理沥青烟气的研究

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