肼类推进剂废气污染治理的几种方法
摘要：目前，应用于工程中的肼类液体推进剂废气污染的治理方法主要有水吸收处理法、催化氧化处理法、高空排放处理法、活性炭吸附处理法、燃烧处理法、中和处理法和光催化氧化处理法7种。文章对这7种技术进行了综合评述，通过对各类方法的处理效果、优缺点的评价，最后认为TiO2光催化氧化降解法是一种处理肼类推进剂污染的有效途径。
关键词：肼 液体推进剂 大气污染控制
1 前言
肼类物质是一种性能优良的高能液体燃料，具有高毒易燃易爆的特性。如果空气中肼类物质的富集浓度过高，会造成大气污染，危及周围农作物，并出现蜂群死亡等现象。本文综合评价了肼类物质大气污染治理的几种方法，为航天和国防工业大气环境治理技术提供参考。
2几种处理方法
2.1 水吸收处理法
液体火箭发动机试车、推进剂库房、转注间等产生的液体推进剂废气，特别是增压废气，其主要特点是排放时浓度极高，接近饱和蒸汽的浓度，排放时间短并呈间断式进行。工程上通常采用水喷淋气体吸收塔的方法来处理，其中液体填料吸收塔的应用比较广泛。
填料吸收塔所用的填料，可分为实体填料和网体填料两大类。实体填料包括拉西环、鲍尔环、鞍形填料和波纹填料等。网体填料则包括由丝网体制成的各种填料，如鞍形网、网环填料等。1980年，戈登博士在美国空军环境安全委员会召集的专家讨论会上，曾推荐了一种吸收肼类蒸汽的清洗装置，该装置分并联的2组，每组再由2个塔串联起来，分别用于处理2种不同流量范围的肼类蒸汽。
水吸收法处理偏二甲肼废气的效果见表1、表2。
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用普通水进行偏二甲肼废气的吸收处理实验，结果表明，偏二甲肼浓度低于100mg/L 时，吸收率大于93%；浓度在100～500mg/L时，吸收率为95%～98%；浓度大于500mg/L时，吸收率大于99%。改用循环水处理后，偏二甲肼浓度大于60000mg/L时，吸收效果影响很小，基本符合亨利定律。因此，根据此项实验结果，当吸收水浓度大于6000mg/L时，必须排入污水池，作最终处理，并更换新水作吸收液。
水吸收法的优点是效率高，可满足排放要求，投资低，操作简便；缺点是处理后的废液仍含有毒性物质，需进行二次处理。
2.2 催化氧化处理法
催化氧化处理法是常用的有害气体净化方法之一。该方法无需使污染物与主气流分离，而是使废气在催化剂的作用下直接进行无害化处理。火箭推进剂废气中所含的肼、胺类物质，均属于还原性物质，当催化剂存在时，通过利用空气中的氧将其氧化分解。
肼、胺类废气催化氧化处理工艺包括预处理装置、混合装置、预热装置和催化反应装置4 个部分。预处理装置的作用是去除废气中的固体颗粒及杂质，如果废气中含有能使催化剂中毒的物质，在该装置中采用必要的处理手段可将其除去。混合装置的作用是使废气与氧化剂充分混合，在肼、胺类废气的催化处理工艺中，采用的氧化剂是洁净的空气。预热装置的作用是满足催化氧化作用的温度条件。催化反应装置是肼、胺类废气催化氧化处理的核心设备，废气通过催化床被氧化分解。
铁系、锰系、稀土系催化剂是反应中常用的催化剂，载体多采用活性炭、硅藻土等。
催化氧化处理法耗时短、处理简单、便于操作，由于采用设备组合处理，易于实现自动化控制；但缺点是投资运行费用较高，日常管理、设备维修及电力消耗较大。
2.3 高空排放处理法
高空排放法处理废气是依靠尾气流扩散而实现的，通过高烟囱一般可将地面烟气浓度降至烟囱出口浓度的0.001%～1%。该方法简单易行，缺点是未经化学处理的毒物会产生二次污染。
2.4 活性炭吸附处理法
活性炭具有优良的吸附特性，不仅可以处理肼、胺类废水，而且可以处理肼、胺类废气，净化后的废气可直接排放。
活性炭吸附法在工程上的应用是成功的，但是存在吸附剂的再生、被吸附物质的再处理、设备的投入产出比较大等缺点。
2.5 燃烧处理法
燃烧法可分为直接燃烧法、热力燃烧法和催化燃烧法三大类。
直接燃烧法是把可燃的有机有害废气当作热力来燃烧，通常在1000℃的高温下进行。
热力燃烧法通常将燃烧温度维持在500～800℃，需要添加辅助燃料维持燃烧，天然气、柴油、酒精等是首选的燃料。热力燃烧法必须在充分供氧的条件下满足3个条件：反应温度、反应时间和湍流混合，即所谓的 “三T条件”。性能良好的燃烧炉是反应成功的关键因素。美国马伏特公司生产的瞬时膨胀式焚烧炉，用天然气作燃料，每小时可焚烧500L肼或380L偏二甲肼，燃气中残留的燃烧物浓度低于2mg/L,NOx低于165mg/L。
催化燃烧法是采用催化剂使废气中可燃物质在较低温度下氧化分解。
2.6 中和处理法
与水吸收法相比，中和法具有反应速度快、处理效果好的优点。若库区位于居民众多的地区，采用中和法处理肼类燃料废气时，必须将废气导入装有5％高锰酸钾或5％碳酸氢钠的水溶液的喷淋塔或吸收槽内进行吸收，然后可用排风管直接排入大气。
中和法虽然效果好，但吸收液所含物质成分复杂，需进行二次处理，成本较高。
2.7 光催化氧化处理法
近20年来的研究表明，光催化方法可以有效地降解多种挥发性有机物，并将其全部转化为CO2和H2O。光催化方法可以在常温、常压下进行，处理成本相对较低。在气相条件下，通过光致空穴与半导体颗粒表面吸附的胺类、肼类等还原性有机物质直接进行氧化反应，从而达到降解的目的。
TiO2是目前最常用的光催化剂之一。最初是在固定浅床利用粉末状TiO2 ,因此催化剂容易随气流散失。为了提高催化剂的利用效率，研究人员对催化剂的固定化问题进行了研究。溶胶－凝胶法、无机结合剂法以及金属修饰等方法，大大提高了光催化剂的催化性能和机械性能。
肼与胺类液体推进剂废气的光催化氧化降解研究目前正处于实验室研究阶段。
3 结语
肼与胺类推进剂废气的污染治理工作一直是环保工作者关注的环境问题。本文所述的几种治理方法是近几年来应用于工程中的方法，均有较为理想的处理效果，但是仍存在许多有待解决的问题，应根据具体情况谨慎选用。最新研究表明，TiO2光催化氧化法处理肼与胺类推进剂废气的方法有研究开发前景，正引起国防工业和航天工业科技人员的极大兴趣。
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