可植入各种催化剂的耐高温、免烧、陶瓷纤维过滤管研究(二) 

多年来，空气质量问题是各大媒体报道的焦点，尤其是前几年各大城市出现的雾霾天气，增强了人们对环境的保护意识，人们同时也对国内的空气质量问题表示担忧。特别是近几年，国家政策对环保要求越来越严格，而且各行各业很多都要求进行超低排放，很多传统的布袋等过滤材料，在过滤性能、耐高温等方便不能达到目前的环保要求和工艺要求，陶瓷纤维管的问世，以其超低粉尘排放、耐高温、以及可植入各种催化剂，实现除尘脱硝和除尘脱VOC等一体化的功能，在国内很多行业受到广泛好评。

但是，目前陶瓷纤维管的生产和应用技术主要被国外和中国台湾等少数几个国家掌握，各种催化剂的植入技术也主要掌握在国外，国内市场需求量之大，绝不是这少数几家公司的生产量可以满足的，所以出现了价格高昂，“一管难求”的怪相，同时也大大影响了大陆企业的发展。

目前，我国第二产业中的水泥、钢铁、电解铝、电力等工业都以煤为主要能源，给环境带来了巨大的负担。据不完全统计，对空气环境的治理使我国经济付出的代价占了国内生产总值中的10%左右。现国内广泛使用的除尘器大多存在很多的问题，如袋式除尘器在高温条件下使用的局限性、电除尘器耐腐蚀性差、旋风分离器对微小粒子的分离效率较低等又大大的影响了它们在除尘行业的使用。

电厂发电所采用的整体煤气化联合循环发电系统(IGCC)发电技术是国内外各专家和学者关注的焦点，该技术中的干法除尘技术采用的是陶瓷除尘器，可以在550℃情况下直接对高温气体进行先除尘后脱硫，但此项技术尚未有突破。湿法除尘和常温脱硫两项技术是比较成熟的，但需要经过降温处理，会导致大量能量的损耗，与现所提倡的“节能”政策有所违背。

在现代工业生产过程中，冶金、建材、化工、电力、机械等行业的各种工业炉窑排放大量高温含尘有害气体，严重地污染大气环境。由于废气温度及烟气量变化范围广，且高温条件下废气粘滞力有较大变化，湿度大幅下降，细颗粒凝聚现象大为降低，对废气中微粒的分离处理有较高的难度。

工业废气的除尘处理技术经历了四个发展阶段，即干式旋风除尘、湿法除尘（文丘里水膜除尘）、高压静电除尘和过滤除尘。旋风除尘分离的粉尘粒径较大，除尘效率在85%左右，一般用于高温气体除尘的预处理。湿法除尘会产生大量的废水，造成二次污染，且无法利用高温工业废气的物理热，不符合可持续发展的循环经济要求。高压静电除尘效率可达90- 99.6%，捕获的粉尘平均粒径为5m，压力损失低，但一次性投资和运行费用高，占地面积大，对粉尘的比电阻和气体成分敏感，电极还存在腐蚀等问题。过滤除尘是使工业废气流经过滤材料而将粉尘分离捕集。过滤除尘的除尘效率可达99%，其常用的过滤介质与方式有纤维织物袋式过滤、颗粒床过滤、全滤饼式过滤、烧结多孔金属过滤、多孔陶瓷过滤等，其中袋式除尘在工业废气的除尘方面应用较为广泛。但布袋式除尘器不能承受废气的高温，目前我国高温工业含尘废气的处理方法大多是通过水冷凝，将高温废气降至200℃左右，再用布袋除尘器除尘，这不仅增加了冷凝设备的投资和运行费用，也使大量的热能流失。

在诸多高温工业废气处理技术中，介质过滤处理技术因大大程度地利用了气体的显热，能源利用率高，工艺过程简单，设备投资少，运行成本低，且避免了湿法处理所带来的二次水污染而具有显著的竞争优势。随着高温除尘技术的发展，对除尘设备的简单化、高温化要求日趋强烈，而陶瓷制品恰恰具有耐高温的独特优势。上世纪70年代以来，世界先*国家一直不断研究各种材质和结构的高温气体过滤处理技术，如美国能源部开展了以陶瓷过滤介质为主的高温气体过滤除尘技术的开发，德国、日本、英国等发达国家也都相继开展了类似的研究工作，并取得了很大的进展。目前，高温工业气体的除尘过滤介质一般采用多孔陶瓷材料、多孔金属材料和陶瓷纤维增强复合多孔材料等。陶瓷材料具有优良的耐热性、化学稳定性和高温抗腐蚀性，但韧性和抗热震性较差；而金属多孔过滤材料具有很好的机械性能和加工性能、良好的导热性、韧性和优异的抗热震性，但在高温下的强度和耐腐蚀性能下降。近年来人们一直致力于陶瓷过滤材料抗热震性的改善和金属过滤材料耐高温腐蚀性的提高。陶瓷纤维增强复合多孔材料的开发使得陶瓷过滤材料抗热震性能得到显著改善。

本项目以冶金、化工、建材、电力、机械等行业的工业高温废气治理为技术应用背景，重点开发一种采用陶瓷纤维为主要原料，利用抽真空的方法成型，制备出具备可植入催化剂、免烧、耐高温、质量轻、粉尘排放浓度低、强度与韧性并存、对细小颗粒同样具有高精度的高温气体梯度过滤元件，该元件可植入各种温度段的脱硝，VOC，二噁英等催化剂，且具有梯度过滤结构、便于安装的特定几何形状、较高的强度、韧性和耐磨性、良好的耐热性和抗热冲击性、优良的耐腐蚀性能和化学稳定性、以及较高的除尘效率和气体渗透性，以实现高温工业废气的直接净化和资源的回收利用，实现陶瓷纤维过滤管的多功能作用，为高温含尘气体的全干法净化除尘技术的工业化应用奠定基础，改变现有的部分传统环保工艺。