RTO运行过程中二噁英的控制
含氯化物有机废气在采用RTO焚烧的过程中可能会产生二噁英,特别是废气中还存在苯环类物质时。如何有效控制二噁英的产生,是广大RTO设计者及广大业主要关注的重点问题。
二噁英(Dioxin),又称二氧杂芑(qǐ),一般为白色结晶体,是一种无色无味、毒性严重的脂溶性物质,由1个氧原子联结2个被氯原子取代的苯环为多氯二苯并呋喃(PCDFs)。每个苯环上都可以取代1~4个氯原子,从而形成众多的异构体,其中PCDDs有75种异构体,PCDFs有135种异构体。二噁英是在VOCs焚烧过程中产生的次级污染物。它们毒性各异,性质稳定,分布广泛,危害巨大,其毒性是氰化物的130倍、砒霜的900倍,具有不可逆的“致畸、致癌、致突变”毒性,被视为“世界上最危险的化学物质之一”。
1、二噁英产生条件
苯环:不论是在重新合成反应中,还是在前驱物异相催化反应中,都需要提供一定数量的苯环;
氯源:二噁英在形成过程中需要含氯物质提供一定数量的氯原子;
温度:温度是影响二噁英形成的重要因素之一(300-500℃);
金属催化剂:在重新合成反应和前驱物异相催化反应中,即使有足够的碳源和氮源且有适宜的反应温度。如果没有催化剂的存在,也不会有太多二噁英的生成;
氧:实验观察到在缺氧条件下,二噁英的生成浓度开始下降。在重新合成反应中氧的存在是必须的,随氧浓度的升高,二噁英生成浓度一般也随之升高。
水:水份在二噁英生成过程中具有一定作用。作为附加氧源,氢原子的存在降低了二噁英的氧化程度。提供氢氧自由基。
反应时间:大量实验表明,在适宜温度下,经过5-30min,二噁英的生成率急剧增大,并在2~4h完成。
2、二噁英的高温分解
当焚烧温度达到750℃时,二噁英开始分解,且首先C-Cl键断裂,当温度达到800℃以上时,C-O键断裂。此温度下在较短的分解时间内,以上两种分解物中苯环类物质仍然存在,称为不稳定结构,仍然属于二噁英生成的前提物,是可逆的反应过程,在适当温度条件下还会再生成二噁英物质。
而当焚烧温度达到850℃以上时,二噁英前提物(苯类物质)可以迅速完全分解成为无机物,使得作为二噁英前体物的苯环类有机物消失,后续无论温度在任何范围内,均不会再次生成二噁英类物质,此为不可逆反应过程。