第七章-氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)李

第七章氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)吸收法吸附法催化轉(zhuǎn)化法氣態(tài)污染物的清除方法主要方法其他方法生物凈化法燃燒法冷凝法膜分離法電子輻射-化學(xué)凈化法第七章氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)吸收法：用適當(dāng)?shù)囊后w吸收劑對(duì)廢氣中的有害組分(吸收質(zhì))進(jìn)行選擇性的吸收。吸附法：是利用某些多孔性固體吸附劑將氣體混合物中有害組分吸附去除。催化轉(zhuǎn)化法：通過催化劑的催化反應(yīng)，使廢氣的污染物轉(zhuǎn)化為無害的或易于處理與回收利用的物質(zhì)第七章氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)燃燒法：通過燃燒將可燃性氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害物；冷凝法：利用不同氣體的沸點(diǎn)不同，采用降低系統(tǒng)溫度或提高系統(tǒng)壓力，使處于氣態(tài)的污染物冷凝，從廢氣中分離出來的方法。生物法：利用微生物的降解作用分解污染物膜分離法：混合氣體在壓力梯度作用下，透過特定薄膜時(shí)，由于不同氣體具有不同的透過速度，從而可使不同組分達(dá)到分離的效果電子輻射-化學(xué)凈化法：利用高能電子射線激活、電離、裂解廢棄中的各組份，從而發(fā)生氧化等一系列化學(xué)反應(yīng)，將污染物轉(zhuǎn)化為非污染物。氣態(tài)污染物的凈化可采用一種凈化方法或多種方法聯(lián)合使用。第一節(jié)氣體擴(kuò)散一、氣體在氣相中的擴(kuò)散擴(kuò)散系數(shù)DAB（P235，7-1）同一物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)隨介質(zhì)的種類、溫度、壓強(qiáng)、濃度等變化而變化。二、氣體在液體中的擴(kuò)散擴(kuò)散系數(shù)DAB（P237，7-3）第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

一、概述

用液體處理氣體中的污染物，使其中一種或幾種氣態(tài)物質(zhì)以擴(kuò)散方式通過氣、液兩相界面而溶于液體的過程。因此又稱濕式凈化。氣體吸收的必要條件是污染氣體（污染物）在吸收液中有一定的溶解度。吸收過程中所用的液體稱為吸收劑（液）或溶劑。被吸收的氣體中可溶解的組分稱為吸收質(zhì)或溶質(zhì)，不能溶解的組分稱為惰性氣體。吸收分為物理吸收和化學(xué)吸收。二、吸收機(jī)理雙膜理論。吸收過程是溶質(zhì)由氣相向液相轉(zhuǎn)移的相際傳質(zhì)過程，可分為三個(gè)步驟：(1)溶質(zhì)由氣相主體擴(kuò)散至兩相界面氣相側(cè)(氣相內(nèi)傳質(zhì))；(2)溶質(zhì)在界面上溶解(通過界面的傳質(zhì))；(3)溶質(zhì)由相界面液相側(cè)擴(kuò)散至液相主體(液相內(nèi)傳質(zhì))。

第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

雙膜理論的基本論點(diǎn)：

1、相互接觸的氣、液兩相流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各有一個(gè)很薄的停滯膜，相界面兩側(cè)的傳質(zhì)阻力全部集中于這兩個(gè)停滯膜內(nèi)，吸收質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過此二膜層由氣相主體進(jìn)入液相主體；2、在相界面處，氣、液兩項(xiàng)瞬間即可達(dá)到平衡，界面上沒有傳質(zhì)阻力，溶質(zhì)在界面上兩相的的組成存在平衡關(guān)系，即所需的傳質(zhì)推動(dòng)力為零或氣、液兩相達(dá)到平衡。3、在兩個(gè)停滯膜以外的氣、液兩相主體中，由于流體充分流動(dòng)，不存在濃度梯度，物質(zhì)組成均勻。溶質(zhì)在每一相中的傳質(zhì)阻力都集中在虛擬的停滯膜內(nèi)。第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

吸收過程為溶質(zhì)通過氣膜和液膜的分子擴(kuò)散過程。所以，兩項(xiàng)間傳質(zhì)的速率方程分別為：氣膜：(NA)g=Kg(PA-PA,i)液膜：(NA)l=Kl(CA,i-CA)式中：

(NA)g，(NA)l——溶質(zhì)通過氣膜和液膜的傳質(zhì)通量，kmol/(m2·s)PA，CA——溶質(zhì)在氣、液兩相主題中的壓力(Pa)和濃度(kmol/m3)PA,i，CA,i——溶質(zhì)在氣、液兩相界面上的壓力(Pa)和濃度(kmol/m3)Kg——以氣相分壓為推動(dòng)力的氣膜傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m2·s·Pa)Kl——以液相濃度為推動(dòng)力的液膜傳質(zhì)系數(shù)，m·s第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

三、氣液平衡1.氣液平衡關(guān)系式在一定的溫度、壓力下，當(dāng)混合氣體與液相吸收劑接觸時(shí)，混合氣體中的可吸收組分（吸收質(zhì)）向吸收劑進(jìn)行質(zhì)量傳遞（吸收過程）；同時(shí)也發(fā)生液相中的吸收質(zhì)組分向氣相逸出的質(zhì)量傳遞（解吸過程）。當(dāng)兩個(gè)過程的傳質(zhì)速率相等時(shí)，氣液兩相達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，即相平衡。第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

（1）氣體在液體中的溶解度

Kg/100kg溶劑與氣體和溶劑的性質(zhì)有關(guān)，受溫度、壓力影響。溶解度與該組分在氣相中的分壓成正比、與溫度成反比（圖7-4）問題：如何增大被溶解氣體組分的溶解度？（1）溶劑：溶解力強(qiáng)、選擇性好（2）提高分壓（總壓）（3）降低溫度。第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

（2）亨利定律物理吸收時(shí)，當(dāng)總壓不高（不超過5×105Pa）時(shí)，在恒溫下，稀溶液上方溶質(zhì)的平衡壓力與它在溶液中的摩爾分率成正比，此即亨利定律，表達(dá)式：

C=H?P*C——溶質(zhì)的平衡濃度mol/m3（溶解度）H——亨利系數(shù)mol/(m3?

Pa)P*——平衡時(shí)氣相中的組分分壓Pa（平衡分壓）第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

2.吸收系數(shù)

有多種形式（與吸收推動(dòng)力相對(duì)應(yīng)）通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定是獲得吸收系數(shù)的根本途徑。在規(guī)定條件范圍內(nèi)，利用吸收系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式：（1）用水吸收氨氣：

kga=6.07×10-4G0.9L0.39（2）常壓下用水吸收CO2k1a=2.57×U0.96（3）用水吸收SO2

kga=9.81×10-4G0.7L0.25第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

四、物理吸收（略）氣體溶解于溶劑中的物理過程，無顯著的化學(xué)反應(yīng)。用水吸收氨氣、CO2、

SO2等，吸收率低、速度慢。第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

五、化學(xué)吸收吸收伴隨顯著的化學(xué)反應(yīng)，被溶解的氣體與吸收劑或原先溶解于吸收劑中的其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或同時(shí)溶解的多種氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。吸收率高、速度快。

例如:用堿液吸收S02第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

六、吸收劑性質(zhì)不同的吸收質(zhì)，可用不同的吸收劑進(jìn)行吸收。以水為吸收劑稱為水吸收法，適用于去除能溶于水的有害氣體，如氯化氫、氨、二氧化硫、二氧化氮、氟化氫等。本法吸收效率較低，但吸收劑價(jià)廉易得。以堿液作為吸收劑的吸收法，可凈化能與堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的有害氣體，如二氧化硫、氮氧化物、氯化氫、氟化氫、硫化氫等。該吸收劑吸收能力大，凈化效率高，但設(shè)備和流程較為復(fù)雜，有些吸收劑來源困難。可作為吸收劑的堿液有氫氧化鈉溶液、碳酸鈉溶液、氫氧化鈣溶液、氨水等。以溶劑作為吸收液稱為溶劑吸收法，可凈化溶于這類溶劑的有害氣體如用碳酸丙烯酯、N-甲基吡啶烷酮及冷甲醇作吸收劑可有效地去除排氣中的二氧化碳和硫化氫。第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

吸收液選擇的原則

1.吸收能力強(qiáng)，以提高吸收速度并減少吸收劑的需用量，減少設(shè)備體積和降低能耗；2.選擇性要好，對(duì)溶質(zhì)組分以外其他組分的溶解度要很低或基本不吸收；3.揮發(fā)度要低，以減少吸收和再生過程中吸收劑的揮發(fā)損失，不易燃燒，化學(xué)穩(wěn)定性好，凝固點(diǎn)低，易再生，盡可能無毒；4.操作溫度下吸收劑應(yīng)具有較低的粘度，且不易產(chǎn)生泡沫，以實(shí)現(xiàn)吸收塔內(nèi)良好的氣流接觸狀況；5.對(duì)設(shè)備腐蝕性小或無腐蝕性，以減少設(shè)備投資及維護(hù)費(fèi)用；6.來源豐富，容易得到，價(jià)格便宜；7.便于處理及操作，不易產(chǎn)生二次污染。第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

七、吸收設(shè)備主要是吸收塔，應(yīng)滿足以下基本條件：（1）氣液接觸面大、接觸時(shí)間長(zhǎng)；（2）氣液之間擾動(dòng)強(qiáng)烈，吸收效率高；（3）流動(dòng)阻力小，工作穩(wěn)定；（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，投資、運(yùn)行和維修費(fèi)用低；（5）具有抗腐蝕和防堵塞能力。常用的吸收設(shè)備有：填料塔、板式塔、噴淋塔、文丘里吸收器等。第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

1.填料塔：第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、氣液接觸效果好、壓降小。缺點(diǎn)：填料容易堵塞、損失大1.填料塔：第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

2.板式塔操作時(shí)，塔內(nèi)液體依靠重力作用，由上層塔板的降液管流到下層塔板的受液盤，然后橫向流過塔板，從另一側(cè)的降液管流至下一層塔板。塔板的形式：孔板、篩板、旋流板等，班上設(shè)有溢流堰，以保持塔板上有一定厚度（30mm）的液層。氣體則在壓力差的推動(dòng)下，自下而上穿過各層塔板的氣體通道（泡罩、篩孔或浮閥等），分散成小股氣流，鼓泡通過各層塔板的液層。在塔板上，氣液兩相密切接觸，進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。在板式塔中，氣液兩相逐級(jí)接觸，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化，在正常操作下，液相為連續(xù)相，氣相為分散相。第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

2.板式塔第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

3.噴淋塔第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

3.噴淋塔第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

3.噴淋塔第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

4.文丘里吸收器第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

八、應(yīng)用舉例二氧化硫是大氣的重要污染源之一，其污染危害大，故七十年代中，研究煙氣脫硫技術(shù)被許多國(guó)家列為防治大氣污染的重點(diǎn)，相繼建成了一些工業(yè)規(guī)模的實(shí)用的處理裝置。NOX的污染問題，人們也開始了防治技術(shù)的研究和開發(fā)。NOX在陽(yáng)光的作用下會(huì)引起光化學(xué)反應(yīng)，形成光化學(xué)煙霧，從而造成嚴(yán)重的大氣污染。人體健康的傷害、高含量硝酸雨、光化學(xué)煙霧、臭氧減少以及其他一些問題均與低濃度NOX有關(guān)系，而且其危害性比人們?cè)仍O(shè)想的要大得多。第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

（一）濕法排煙脫硫

主要有氨法、雙堿法、石灰-石灰石法等。1.氨法：工作原理：

SO2+H2O=H2SO3H2SO3+NH3=NH4HSO3NH4HSO3+NH3=(NH4)2SO32(NH4)2SO3+O2=2(NH4)2SO42(NH4)2SO3+2NO=2(NH4)2SO4+N2最終產(chǎn)物是硫酸銨（化肥）第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

脫硫效率取決于氨水的霧化效果、用量和濃度。霧化效果越好，氨水與SO2的接觸面積越大。只有當(dāng)吸附劑和煙道中的SO2及煙塵最大限度地接觸和捕捉才有可能提高脫硫效率，而這只是關(guān)鍵技術(shù)中的其中之一。通過噴霧技術(shù)質(zhì)的提高來獲得高的脫硫效率。超微液滴和大的覆蓋面使吸附劑在整個(gè)治理管道中最大限度地充滿整個(gè)空間段，達(dá)到高效率除塵脫硫。第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

2.雙堿法

用氫氧化鈉、純堿或亞硫酸鈉水溶液吸收煙氣中的SO2。脫硫塔內(nèi)的吸收反應(yīng)為：用石灰料漿進(jìn)行再生時(shí)，沉淀池內(nèi)的再生反應(yīng)為：第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

用石灰石粉末進(jìn)行再生時(shí)：第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

亞硫酸鈣的氧化：CaSO3+O2→CaSO4制取石膏3.石灰或石灰石法利用石灰或石灰石漿液作為洗滌液，凈化廢氣中的SO2洗滌過程由三部分組成：SO2吸收、固液分離、固體處理。

由于吸收成本低廉易得，這種方法應(yīng)用很廣泛。美國(guó)電廠的煙氣脫硫裝置按容量計(jì)90％以上是用此法。第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

技術(shù)特點(diǎn)：

1．高速氣流設(shè)計(jì)增強(qiáng)了物質(zhì)傳遞能力，降低了系統(tǒng)的成本，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)煙氣流速達(dá)到4.0m/s。

2．技術(shù)成熟可靠。

3．最優(yōu)的塔體尺寸，系統(tǒng)采用最優(yōu)尺寸，平衡了SO2去除與壓降的關(guān)系，使得資金投入和運(yùn)行成本最低。

第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

4．吸收塔液體再分配裝置，有效避免煙氣爬壁現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高了經(jīng)濟(jì)性，降低了能耗。從而達(dá)到：

a．脫硫效率高達(dá)95%以上，有利于地區(qū)和電廠實(shí)行總量控制；

b．技術(shù)成熟，設(shè)備運(yùn)行可靠性高；

c．單塔處理煙氣量大，SO2脫除量大；

d．適用于任何含硫量的煤種的煙氣脫硫；

e．對(duì)鍋爐負(fù)荷變化的適應(yīng)性強(qiáng)；

f．設(shè)備布置緊湊，減少了場(chǎng)地需求；

g．處理后的煙氣含塵量大大減少；

h．吸收劑（石灰石）資源豐富，價(jià)廉易得；

i．脫硫副產(chǎn)物（石膏）便于綜合利用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

（二）濕法去除排煙中的氮氧化物1.煙氣濕法脫硝技術(shù)目前，NOX排放問題美國(guó)和日本考慮得較多。日本早已定出了世界上最嚴(yán)格的NOX排放標(biāo)準(zhǔn)。在以煤和油為燃料的鍋爐上增加消除NOX設(shè)備的技術(shù)措施，日本、美國(guó)是領(lǐng)先的國(guó)家。第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

工藝流程:

由鼓風(fēng)機(jī)送來的燃料（煙氣）在洗滌塔中用水洗滌，冷卻到55-60℃，然后與來自氧化發(fā)生器的含氧化劑的空氣混合，使排氣中的NOX氧化。經(jīng)過氧化劑氧化的煙氣送入吸收塔，與含有硫酸、硝酸和鐵催化劑的吸收液進(jìn)行對(duì)流接觸。在吸收塔內(nèi)NOX一部分變成硝酸，其他被還原成為一氧化二氮或氮?dú)獾葻o害氣體與煙氣一起排出。亞硫酸氣在吸收塔內(nèi)被吸收后成為亞硫酸，其他部分則在鐵催化劑作用下，被煙氣中的氧氧化而變成硫酸。接著，吸收液從吸收塔底部被送到氧化塔，在氧化塔中由從塔底送來的空氣進(jìn)一步氧化。一部分沒有被氧化的亞硫酸經(jīng)過氧化和催化劑的再生過程后循環(huán)到吸收塔，這時(shí)循環(huán)液的一部分被抽送到石膏制造工序中去，生成的硫酸在結(jié)晶槽內(nèi)和石灰粉反應(yīng)，生成石膏，經(jīng)離心分離機(jī)脫水，作為副產(chǎn)品得到回收，母液則送回吸收系統(tǒng)。

第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

為了避免來自煙氣、石灰石中的雜質(zhì)和因脫NOX而生成的硝酸積存于循環(huán)吸收液中，所以在石膏制造過程總要抽出一部分母液，使其經(jīng)過排水處理后，放出系統(tǒng)之外。排水處理是通過PH調(diào)節(jié)來回收催化劑，此外還包括了符合排放標(biāo)準(zhǔn)的中和處理、生化法除NO3-等部分。生化處理為多級(jí)式嫌氣性分解，NO3-由供給的甲醇和微生物的活動(dòng)使其分解為水和氮?dú)舛怀?。第二?jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

技術(shù)特點(diǎn)：（1）脫硝添加劑可以在石灰石濕法脫硫的脫硫塔中進(jìn)行。（2）脫硝效率80%—90%，可在不使用SCR（選擇性催化還原法）脫硝技術(shù)的情況下，實(shí)施NO2達(dá)標(biāo)排放。（3）造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用極低，運(yùn)行管理工程量極少。（4）工藝簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化控制。（5）測(cè)控參數(shù)少（PH值、溫度、液位），測(cè)控技術(shù)成熟。（6）各流程均有成熟技術(shù)可借鑒。第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

（7）適合各種規(guī)模的電站及工業(yè)鍋爐。（8）對(duì)各種含硫煤（油）具有較好的適應(yīng)性。（9）對(duì)燃燒裝置無不良影響，生產(chǎn)工藝、原料來源及產(chǎn)物應(yīng)用對(duì)周邊企業(yè)無依賴性。（10）有利于煙氣NOx的吸收和脫除。（11）不造成（水體、噪聲、粉塵等）二次污染。（12）脫硫脫硝在同一個(gè)裝置內(nèi)完成。一次性投資，脫硝率90%以上，可實(shí)現(xiàn)NO2達(dá)標(biāo)排放。（13）運(yùn)行費(fèi)用低。比傳統(tǒng)脫硝方法降低運(yùn)行費(fèi)用50%—80%。第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

2.堿液吸收法用氫氧化鈉（鉀、銨）溶液吸收NOX反應(yīng)式：MOH+NOX（NO或NO2）→MNO2+H2OMOH+NO2→MNO2+MNO3+H2OM代表Na+、K+、NH4+等。該法可同時(shí)去除SO2。第二節(jié)氣態(tài)污染物的吸收凈化

第三節(jié)氣體吸附一、概述

是利用某些多孔性固體吸附劑將氣體（或液體）混合物中一種或多種組分濃集于固體表面，而與其他組分分離的過程。被吸附到固體表面的物質(zhì)——吸附質(zhì)附著吸附質(zhì)的物質(zhì)——吸附劑優(yōu)點(diǎn)：可分離低濃度有害物質(zhì)、凈化效率高、可回收有用組分、設(shè)備簡(jiǎn)單、易自動(dòng)化控制。缺點(diǎn)：吸附容量小、設(shè)備體積大。第三節(jié)氣體吸附吸附法的適用范圍：

（1）低濃度氣體（2）有機(jī)溶劑蒸氣（3）處理的氣量較小第三節(jié)氣體吸附物理吸附：由于分子間范德華力引起。特點(diǎn)：1.吸附質(zhì)與吸附劑間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；2.吸附過程極快3.吸附過程放熱4.當(dāng)條件改變時(shí)，被吸附的氣體易于從固體表面逸出（吸附劑再生、吸附質(zhì)回收）吸附化學(xué)吸附：由吸附劑與吸附質(zhì)間的化學(xué)鍵力引起。特點(diǎn)：1.選擇性很強(qiáng)；2.吸附速率較慢；3.升高溫度可提高吸附速率二、吸附法的分類

第三節(jié)氣體吸附三、吸附劑1.要求：有巨大的內(nèi)表面對(duì)不同氣體具有選擇性的吸附作用有較高的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)與熱穩(wěn)定性吸附容量大來源廣泛，價(jià)格低廉再生性能良好第三節(jié)氣體吸附2.常用工業(yè)吸附劑活性炭活性氧化鋁硅膠白土沸石分子篩常用吸附劑特性吸附劑類型活性炭活性氧化鋁硅膠沸石分子篩4A5A13x堆積密度

/kg?m-3200～600750～1000800800800800熱容/kJ(kg·K)-10.836～1.2540.836～1.0450.920.7940.794——操作溫度上限/K423773673873873873平均孔徑/?15～2518～48224513再生溫度

/K373～413473～523393～423473～573473～573473～573比表面積

/㎡?g-1600～1600210～360600——————常用吸附劑特性分子篩特性氣體吸附的影響因素操作條件低溫有利于物理吸附；高溫利于化學(xué)吸附增大氣相壓力利于吸附吸附劑性質(zhì)比表面積（孔隙率、孔徑、粒度等）氣體吸附的影響因素典型吸附質(zhì)分子的橫截面積氣體吸附的影響因素吸附質(zhì)性質(zhì)、濃度臨界直徑－吸附質(zhì)不易滲入的最大直徑吸附質(zhì)的分子量、沸點(diǎn)、飽和性吸附劑活性單位吸附劑吸附的吸附質(zhì)的量靜活性－吸附達(dá)到飽和時(shí)的吸附量動(dòng)活性－未達(dá)到平衡時(shí)的吸附量常見分子的臨界直徑分子臨界直徑/?分子臨界直徑/?氦氫乙炔氧一氧化碳二氧化碳氮水氨氬甲烷乙烯環(huán)氧乙烷乙烷甲醇乙醇環(huán)丙烷丙烷 正丁烷-正二十二烷2.02.42.42.82.82.83.03.153.83.844.04.254.24.24.44.44.754.894.9

丙烯1-丁烯2-反丁烯1,3-丁二烯二氟-氯甲烷(CFC-22)噻吩異丁烷-異二十二烷二氟二氯甲烷(CFC-12)環(huán)己烷甲苯對(duì)二甲苯苯四氯化碳氯仿新戊烷間二甲苯鄰二甲苯三乙胺5.05.15.15.25.35.35.585.936.16.76.76.86.96.96.97.17.48.4氣體吸附的影響因素吸附劑再生溶劑萃取活性炭吸附SO2，可用水脫附置換再生脫附劑需要再脫附降壓或真空解吸吸附作用，再生溫度加熱再生吸附劑再生吸附平衡當(dāng)吸附速度＝脫附速度時(shí)，吸附平衡，此時(shí)吸附量達(dá)到極限值極限吸附量受氣體壓力和溫度的影響吸附等溫線

第三節(jié)氣體吸附3.影響吸附的因素（1）操作條件（2）吸附劑性質(zhì)（3）吸附質(zhì)的性質(zhì)與濃度（4）吸附劑的活性：?jiǎn)挝晃絼┧芪轿劫|(zhì)的量。第三節(jié)氣體吸附4.吸附劑的再生方法（1）加熱（2）降壓或真空解吸（3）置換再生（4）溶劑萃取第三節(jié)氣體吸附四、吸附機(jī)理（略）吸附效果主要取決于吸附平衡與吸附速率。第三節(jié)氣體吸附五、吸附法處理?yè)]發(fā)性有機(jī)廢氣(VOCs)——活性炭吸附法吸附過程包括：吸附凈化和脫附再生。吸附凈化過程：是將有機(jī)廢氣由排氣風(fēng)機(jī)送入吸附床,有機(jī)廢氣在吸附床被吸附劑吸附而使氣體得到凈化,凈化后的氣體排向大氣即完成凈化過程;熱脫再生過程是當(dāng)吸附床內(nèi)吸附劑所吸附的有機(jī)物達(dá)到允許的吸附量時(shí),該吸附床已經(jīng)不能再進(jìn)行吸附操作,而轉(zhuǎn)入脫附再生。脫附再生：即用來自催化的熱空氣吹掃吸附劑,使吸附的有機(jī)物脫附出來達(dá)到使吸附劑的吸附能力再生的目的。應(yīng)用：活性碳吸附法適用于大風(fēng)量、低濃度、溫度不高的有機(jī)廢氣治理。此法工藝成熟,效果可靠,易于回收有機(jī)溶劑,因此被廣泛地應(yīng)用于化工、噴漆、印刷、輕工等行業(yè)的有機(jī)廢氣治理,尤其是苯類、酮類的處理。在工業(yè)吸附過程中,活性炭是使用得最為廣泛的一種吸附劑。缺點(diǎn)：存在不耐高溫、在濕潤(rùn)的條件下不能保持很好的吸附能力、易燃的缺點(diǎn)。沸石作為一種很好的替代吸附劑,已被逐步開發(fā)應(yīng)用。第三節(jié)氣體吸附1.吸附-水蒸汽再生-溶劑回收凈化工藝是目前最為廣泛使用的回收技術(shù),其原理是利用粒狀活性炭、活性炭纖維或沸石等吸附劑的多孔結(jié)構(gòu),將廢氣中的有機(jī)物捕獲;當(dāng)廢氣通過吸附床時(shí),其中的有機(jī)物被吸附劑吸附在床層中,廢氣得到凈化;由于吸附劑的價(jià)格較高,需要對(duì)其進(jìn)行脫附再生,循環(huán)使用。當(dāng)吸附劑吸附達(dá)到飽和后,通入水蒸汽加熱吸附床,對(duì)吸附劑進(jìn)行脫附再生,有機(jī)物被吹脫放出,并與水蒸汽形成蒸汽混合物一起離開吸附床。用冷凝器冷卻蒸汽混合物,使其冷凝為液體。若有機(jī)溶劑為水溶性的,則使用精餾法,將液體混合物分離提純;若為水不溶性,則用分離器直接分離回收VOCs。具體可見圖1。

第三節(jié)氣體吸附第三節(jié)氣體吸附特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、效率高,適用于中、低濃度、大風(fēng)量的VOCs廢氣,但投資較大、水蒸汽消耗大、溶劑回收有時(shí)成本高。第三節(jié)氣體吸附2.吸附-熱再生-催化燃燒凈化工藝該工藝是20世紀(jì)末發(fā)展起來的常規(guī)吸附方法與催化燃燒方法的組合工藝。該工藝原理是當(dāng)吸附劑吸附達(dá)到飽和后,用熱氣流將有機(jī)物從吸附劑上脫附下來,使其再生,解吸釋放的高濃度VOCs廢氣送往催化器催化燃燒,燃燒過程中產(chǎn)生的熱量,一部分用于預(yù)熱解吸后的高濃度VOCs廢氣,另一部分用于熱解吸,其典型工藝流程可見圖2。第三節(jié)氣體吸附第三節(jié)氣體吸附優(yōu)點(diǎn)：該工藝凈化度高、適用范圍廣,適用于中、低濃度、大風(fēng)量的VOCs廢氣缺點(diǎn)：投資大、催化劑容易中毒、不易維修。濃縮輪吸附-催化燃燒工藝是目前研究應(yīng)用的一個(gè)典型案例,濃縮輪是一個(gè)由裝滿吸附劑(活性炭、活性炭纖維或沸石)的旋轉(zhuǎn)輪組成,廢氣從旋轉(zhuǎn)輪上游側(cè)進(jìn)入濃縮輪的吸附區(qū),其中的有機(jī)物被吸附,凈化的廢氣從旋轉(zhuǎn)輪的下游側(cè)排出;同時(shí),另一股流量小得多,但溫度較高的脫附氣沿廢氣相反的方向進(jìn)入濃縮輪的脫附區(qū),脫附已經(jīng)吸附的有機(jī)物。濃縮輪以一定的速度緩慢旋轉(zhuǎn),這樣僅用一臺(tái)設(shè)備即可完成吸附、脫附操作,并使吸附和脫附同時(shí)進(jìn)行,將大氣量、低濃度的廢氣處理,變成小氣量、高濃度的廢氣處理,之后再進(jìn)到催化反應(yīng)器燃燒,使設(shè)備費(fèi)用大大降低。第三節(jié)氣體吸附3.吸附-水蒸汽再生-溶劑回收凈化新工藝如上所述,使用水蒸汽進(jìn)行脫附的方法,是吸附回收溶劑中最常用的一種方法。在大規(guī)模有機(jī)廢氣(溶劑)的處理技術(shù)中,水蒸汽的用量很大,因此,新的吸附-水蒸汽再生-溶劑回收凈化工藝提出從脫附后的水蒸汽中回收冷凝熱,如圖3所示。第三節(jié)氣體吸附利用脫附后的水蒸汽冷凝熱產(chǎn)生壓力低一些的水蒸汽升壓后,再回到脫附操作中使用的方法。第三節(jié)氣體吸附使用這種方法,所需水蒸汽的蒸發(fā)潛熱大部分能夠回收,扣除水蒸汽升壓所需的能量,還能回收很多能量。另外,為了抑制脫附時(shí)發(fā)生的酮類VOCs廢氣的氧化、分解、聚合反應(yīng),或酯類VOCs廢氣的水解反應(yīng)等對(duì)溫度依賴性大的溶劑的反應(yīng),在減壓下用水蒸汽在低溫(100℃以下)進(jìn)行脫附的方式,稱為吸附-低溫水蒸汽再生-溶劑回收凈化新工藝。該工藝提出水蒸汽再生時(shí)與加壓高溫相反的思想,在脫附過程中采用真空泵降低壓力與溫度,這種方式能夠提高活性炭吸附的安全性,同時(shí)提高回收溶劑的質(zhì)量。第三節(jié)氣體吸附六、防毒面具裝填層中用的是載有催化劑或化學(xué)吸附劑的活性炭。這種活性炭通常稱為浸漬活性炭或浸漬炭，或稱為防毒炭或催化炭。浸漬活性炭通過如下三種作用來達(dá)到防毒目的：①物理吸附作用是由吸附質(zhì)與吸附劑分子間的力相互吸引發(fā)生的，被吸附分子保持著原來的化學(xué)性質(zhì)，吸附熱較低，無選擇性，吸附和脫附速度較快。例如，活性炭對(duì)沙林、芥子氣、氯化苦等毒劑蒸氣就是物理吸附作用。第三節(jié)氣體吸附②化學(xué)吸著作用由吸附質(zhì)與吸附劑分子之間以類似化學(xué)鏈的力相吸發(fā)生的，吸附質(zhì)與吸附劑形成表面化合物，吸附熱較高，有選擇性，通常不可逆。浸漬炭借助于添加金屬氧化物來提高對(duì)難吸附毒劑的防毒能力。在浸漬炭吸附光氣時(shí)，炭上的水分就能與之發(fā)生水解反應(yīng)。所以，當(dāng)濾毒罐受潮后．對(duì)光氣的防毒能力還會(huì)提高?；瘜W(xué)吸著：不能用普通辦法使之再生的物理吸附：可以再生的。

第三節(jié)氣體吸附③催化作用某些難吸附毒劑用化學(xué)吸著作用亦難吸著時(shí)，可采用催化作用進(jìn)行防護(hù)。屬于這一類的毒劑有氯化氰、砷化氫等。浸漬炭上發(fā)生的催化反應(yīng)，主要是空氣中的氧和水，在催化劑的作用下，與毒劑發(fā)生反應(yīng)。利用催化作用進(jìn)行防毒，其防毒能力是有限度的。同時(shí)，某種催化劑只能對(duì)一兩種毒劑起催化作用，某一種化學(xué)吸著劑也只限于吸收某一類毒劑，而物理吸附則具有廣譜性(可在不同程度上吸附所有的有毒蒸氣)。浸漬活性炭就是依靠物理吸附化學(xué)吸著和催化這三種作用，對(duì)毒劑進(jìn)行可靠的防護(hù)。

第三節(jié)氣體吸附六、吸附工藝與設(shè)備計(jì)算（略）第四節(jié)氣體催化凈化催化凈化：含有污染物的氣體通過催化劑床層的催化反應(yīng)，使其中的污染物轉(zhuǎn)化為無害的或易于處理與回收利用的物質(zhì)的凈化方法。一、催化作用和催化劑1.基本概念

化學(xué)反應(yīng)速度因加入某種物質(zhì)而改變，但在反應(yīng)結(jié)束時(shí)，該物質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)不變，這種作用即為催化作用。能加快化學(xué)反應(yīng)速度，而本身的化學(xué)組成在反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì)稱為催化劑。第四節(jié)氣體催化凈化2.催化作用特點(diǎn)（1）催化劑只能加速化學(xué)反應(yīng)速度，對(duì)可逆反應(yīng)，其對(duì)正逆反應(yīng)速度的影響相同，只能縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，不能使平衡移動(dòng)，不能使熱力學(xué)上不可能發(fā)生的反應(yīng)發(fā)生；（2）催化作用有特殊的選擇性。第四節(jié)氣體催化凈化3.催化作用分類

（1）根據(jù)催化過程按催化劑與反應(yīng)物、反應(yīng)產(chǎn)物所處的狀態(tài)分：均相催化：均相催化反應(yīng)是指催化劑和反應(yīng)物質(zhì)都處于同一種物相中的催化過程，最常見的為液相催化反應(yīng)體系。

多相催化：（非均相催化）催化劑和反應(yīng)物質(zhì)不處于同一物相中，最多見的體系是氣團(tuán)相催化體系。第四節(jié)氣體催化凈化（2）根據(jù)催化方向和化學(xué)變化特征分類正催化負(fù)催化催化氧化催化還原第四節(jié)氣體催化凈化4.催化劑種類（按存在狀態(tài)）氣態(tài)液態(tài)固態(tài)工業(yè)上應(yīng)用最廣泛第四節(jié)氣體催化凈化催化劑組成活性組分：是主體，能單獨(dú)催化化學(xué)反應(yīng)助催化劑：本身無活性，但可提高活性組分的活性（K2SO4-V2O5中的K2SO4

）載體：承載活性組分及其他作用，材料有硅藻土、活性炭、分子篩等。第四節(jié)氣體催化凈化催化劑性能活性：?jiǎn)挝涣康拇呋瘎┰趩挝粫r(shí)間內(nèi)獲得的產(chǎn)品量；gk/(h.g)選擇性：一種催化劑只對(duì)化學(xué)反應(yīng)中多個(gè)反應(yīng)方向中的一個(gè)反應(yīng)起加速作用的特性。穩(wěn)定性：在化學(xué)反應(yīng)中保持活性的能力。包括熱、機(jī)械、化學(xué)穩(wěn)定性。最基本的性能指標(biāo)，是選擇和控制反應(yīng)參數(shù)的基本依據(jù)第四節(jié)氣體催化凈化影響催化劑壽命的因素老化：催化劑失活的過程。溫度影響較大中毒：反應(yīng)物少量雜質(zhì)使催化劑活性迅速下降的現(xiàn)象。暫時(shí)性中毒永久性中毒第四節(jié)氣體催化凈化二、廢氣中SO2的催化轉(zhuǎn)化（一）氣相(干式)催化還原法1.常壓催化還原法

還原劑:H2、CO、甲烷等催化劑：以鐵為主的金屬氧化物，其載體為γ-Al2O3反應(yīng)溫度420一550℃，反應(yīng)生成硫磺、水和CO2。為不可逆反應(yīng)，經(jīng)一級(jí)反應(yīng)脫硫率可達(dá)96.5%以上。第四節(jié)氣體催化凈化2.高溫高壓催化還原法用合成氣(如粗煤氣)在選擇性催化劑存在的條件下將氣體中的SO2還原為硫磺。最好的催化劑，在溫度為45O-700℃、壓力為2MPa的條件下，經(jīng)一級(jí)反應(yīng)硫回收率可達(dá)96%。如果兩個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)，中間加1個(gè)冷凝器，則硫回收率有可能達(dá)到99%以上。

第四節(jié)氣體催化凈化（二）催化氧化法1.氣相催化氧化法(聯(lián)合脫硫脫硝法)濕氣硫酸法將SO2轉(zhuǎn)化為硫酸，脫硝法可脫除NOX，這兩種方法聯(lián)合起來就是聯(lián)合脫硫脫硝法。此法是在第一反應(yīng)器中用氨將NOX催化轉(zhuǎn)化為氮和水蒸氣，在第二反應(yīng)器中將SO2催化氧化成SO3，然后可回收得到濃硫酸。一種“100%消除NOX和SO2的二氧化鈦片材”。該片材用TiO2細(xì)粉作催化劑，只要將片材放在陽(yáng)光下，就可100%地將NOX和SO2完全除去。這也是一種氣相催化氧化法，其脫硫脫硝過程似乎比聯(lián)合法簡(jiǎn)單很多。第四節(jié)氣體催化凈化2.液相催化氧化法錳基催化劑吸收液凈化硫酸尾氣。在0.5%MnSO4吸收液中添加0.5%FeSO4，吸收液的凈化效果最好，單板平均凈化效率可達(dá)73%以上。液相氧化脫除煙氣中SO2，吸收液最佳的pH為5—6，Mn2+濃度為0.06—0.13mol/L，采用石灰石中和生成的H2SO4，可維持較高的吸收率，并副產(chǎn)石膏。

第四節(jié)氣體催化凈化三、煙氣脫硝

選擇性催化還原法（SCR）脫硝第四節(jié)氣體催化凈化四、汽車尾氣催化凈化四個(gè)發(fā)展階段：第一階段：強(qiáng)調(diào)機(jī)內(nèi)凈化的初期污控技術(shù)，如燃油品質(zhì)改善，曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)，燃油蒸發(fā)回收系統(tǒng)，燃燒系統(tǒng)、供油系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)的改造，廢氣再循環(huán)，排氣管內(nèi)噴射二次空氣，高能點(diǎn)火與稀薄燃燒等；第二階段：氧化催化技術(shù)，采取機(jī)外凈化技術(shù)，在汽車排氣系統(tǒng)上安裝氧化型催化轉(zhuǎn)化器，用以氧化凈化排氣中的CO和HC等；第四節(jié)氣體催化凈化第三階段：將電噴技術(shù)與三元催化轉(zhuǎn)化技術(shù)相結(jié)合，同時(shí)去除汽車排氣中的HC、CO和NOx等。第四階段：新一代催化劑的研發(fā)。進(jìn)一步降低貴金屬用量，減少成本，改善其性能。

兩個(gè)大方向：一類是全鈀型催化劑，一類是稀土金屬氧化物+過渡金屬氧化物+堿土金屬氧化物型催化劑。第四節(jié)氣體催化凈化（一）三效催化可同時(shí)凈化一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸铩Ｊ悄壳皣?guó)際公認(rèn)的能高效大幅度削減汽油車排放污染物的主流技術(shù)。

原理：將催化元素鈀(Pd)、鉑(Pt)、銠(Rh)等貴金屬(或是這些貴金屬與稀土金屬元素的復(fù)合體)負(fù)載于蜂窩狀陶瓷載體，制成具有不銹鋼外殼的罐狀物安裝在車輛排氣管上。當(dāng)車輛排放尾氣通過三元催化轉(zhuǎn)化器時(shí)，由于催化載體具有較大的表面積，將尾氣中的HC、CO和NOx等污染物通過氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)換成N2、H2O、CO2等無害或低害物質(zhì)。

第四節(jié)氣體催化凈化使用三元催化轉(zhuǎn)化器需有兩個(gè)必要條件：(1)使用無鉛汽油(2)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)閉環(huán)控制，精確控制空燃比在理論值14.7：1附近。

第四節(jié)氣體催化凈化催化轉(zhuǎn)化器的不足之處：（1）催化劑活性組分貴金屬價(jià)格昂貴，而我國(guó)貴金屬資源又相當(dāng)匱乏

（2）尾氣致使催化劑活性組分中毒失活的問題仍未得到較好解決；由于車輛振動(dòng)和運(yùn)行狀況的突變致使催化轉(zhuǎn)化器的使用壽命普遍較短的問題仍然十分突出；目前的催化轉(zhuǎn)化器還不適用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和正在興起的稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)。

第四節(jié)氣體催化凈化（二）等離子體技術(shù)等離子體技術(shù)主要利用等離子體體系中的活性物種強(qiáng)化(催化)氧化-還原反應(yīng)，將汽車尾氣中的有害物質(zhì)通過氧化、還原或離解而轉(zhuǎn)化為無害或低害物質(zhì)以達(dá)到降低環(huán)境污染的目的。根據(jù)工藝和反應(yīng)機(jī)制的不同，又分別有等離子體氧化兼催化還原法、等離子體氧化兼非催化還原法、等離子體直接還原法等。第四節(jié)氣體催化凈化等離子體氧化兼催化還原法：等離子體氧化兼催化還原法的作用機(jī)理分為兩個(gè)步驟：第一步以等離子體氧化為主，即利用等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的低溫等離子體，在氧(O2)和碳?xì)浠衔?HC)存在的條件下，將汽車尾氣中的NO氧化為NO2；第二步為催化還原階段，即將第一步經(jīng)等離子體氧化并激活的含有NO2中間體與HC的混合體系，借助催化劑的作用，選擇性還原NO2得到N2、CO2和H2O等。

第四節(jié)氣體催化凈化可將等離子體處理與催化還原工藝合并在同一個(gè)反應(yīng)器；也可以先讓尾氣經(jīng)過等離子體反應(yīng)器預(yù)處理，緊接著進(jìn)入與等離子體反應(yīng)器串聯(lián)的催化還原階段。該方法還能有效處理含有20ppm甚至50ppm(以重量計(jì))二氧化硫的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣。等離子體氧化兼催化還原法能經(jīng)濟(jì)有效地降低NOx和SO2的排放，提高了催化還原階段催化劑的性能、操作溫度和使用壽命。

基本工藝流程段間冷卻的四層催化床第二級(jí)催化床預(yù)除塵和水分填充床吸收塔填充床吸收塔來自冶煉廠或硫磺燃燒的富含SO2的尾氣水含有約為初始進(jìn)氣SO2濃度3%的尾氣含有約為初始進(jìn)氣SO2濃度0.3%的尾氣水單級(jí)吸收工藝二級(jí)吸收工藝SO2單級(jí)和二級(jí)凈化工藝的流程圖催化反應(yīng)：420～550℃熱交換熱交換熱交換冷卻熱交換熱交換熱交換熱交換冷卻冷卻熱交換預(yù)熱SO2催化轉(zhuǎn)化設(shè)備

主要有四大件，即轉(zhuǎn)化器、熱交換器、鼓風(fēng)機(jī)、加熱爐

基本原則：①應(yīng)使轉(zhuǎn)化過程盡可能接近最適宜溫度條件下進(jìn)行；②轉(zhuǎn)化器套數(shù)應(yīng)盡可能少，便于操作管理，減少占地面積；③阻力降要盡可能小，以減少動(dòng)力消耗；④應(yīng)能保證自然平衡，無需補(bǔ)充外熱源序號(hào)脫硫工藝名稱脫硫工藝原理工藝特點(diǎn)應(yīng)用情況1石灰石-石膏濕法利用石灰石粉料漿洗滌煙氣，使石灰石與煙氣中的SO2反應(yīng)生成亞硫酸鈣，脫去煙氣中的