《大氣污染治理技術(shù)》課件-第12周 氣態(tài)污染物的其他凈化法

氣態(tài)污染物的其他凈化法Otherpurificationmethodsforgaseouspollutants燃燒凈化1冷凝法2膜分離法3電子束輻照氨法煙氣脫硫、脫氮工藝4燃燒凈化Burningpurification1燃燒凈化第一節(jié)燃燒凈化用燃燒的方法銷毀有害氣體、蒸氣或煙塵，使之成為無害的物質(zhì)，這種廢氣的凈化方法稱為燃燒凈化。優(yōu)點(diǎn)：最為徹底，可回收一部分熱量缺點(diǎn)：不能回收廢氣中的有害物質(zhì)；消耗一定的能源。適用：有機(jī)溶劑蒸氣、炭氫化合物、惡臭氣體的治理工藝**燃燒是指可燃物與氧化劑作用發(fā)生的放熱反應(yīng)，通常伴有火焰、發(fā)光和（或）發(fā)煙現(xiàn)象。

燃燒凈化2燃燒凈化法確定的原則根據(jù)有害廢氣可燃組分的濃度、廢氣量、化學(xué)組成等方面的條件確定燃燒凈化燃燒轉(zhuǎn)化原理（一）燃燒反應(yīng)燃燒反應(yīng)是放熱的化學(xué)反應(yīng)H2S+1.5O2→SO2+H2O+QC8H17+12.25O2→8CO2+8.5H2O+QCmHn+(m+n/4)O2→n/2H2O+mCO2+Q燃燒凈化1）火焰?zhèn)鞑ダ碚摗獰醾鞑ダ碚摾碚搩?nèi)容實(shí)質(zhì)：火焰?zhèn)鞑ナ且揽咳紵龝r放出的熱量加熱周圍的氣體，使其達(dá)到燃燒所需要的溫度而實(shí)現(xiàn)的?；鹧?zhèn)鞑ト兀海?）混合氣體中的含氧量（2）混合氣體中含有可燃組分的濃度（3）輔助燃料燃燒過程中所放出的熱量例如：丙烷氣體在空氣中很容易燃燒，但在氧和氮各占12%和88%的氣體中，丙烷燃燒非常困難。爆炸極限：維持火焰?zhèn)鞑サ目扇細(xì)怏w的濃度范圍。燃燒凈化2）混合氣體的爆炸極限——燃燒本身是伴有光和熱產(chǎn)生的劇烈氧化反應(yīng)，混合氣體中可燃組分的濃度必須在一定的濃度范圍之內(nèi)，以形成火焰，維持燃燒，在一個有限的空間那形成氣體爆炸。將這一濃度范圍的下限稱為爆炸下限；上限稱為爆炸上限。有機(jī)蒸氣與空氣混合的爆炸極限的計算公式：式中ai混合氣體中組分i的體積分?jǐn)?shù)式中Ai混合氣體中組分i的爆炸極限燃燒凈化燃燒凈化燃燒凈化直接燃燒法熱力燃燒法催化燃燒法燃燒凈化燃燒類型直接燃燒法：將高濃度的有害有機(jī)廢氣直接當(dāng)燃料燒掉熱力燃燒法：把低濃度的有害氣體提高到反應(yīng)溫度，使之達(dá)到氧化分解，銷毀可燃成分催化燃燒法：利用催化劑使廢氣中的有害組分能在較低的溫度下迅速氧化分解。例如:直接燃燒的溫度1100度以上熱力燃燒的溫度760－820度催化燃燒的溫度200－400度即可注意：無論采用何種燃燒方法凈化廢氣，最后都應(yīng)能對燃燒過程中產(chǎn)生的熱量進(jìn)行回收和利用，否則就是不經(jīng)濟(jì)的。燃燒凈化燃燒凈化直接燃燒廢氣中的可燃污染物濃度高、熱值大、僅靠燃燒廢氣即可在一般的爐、窯中直接燃燒，并回收能量。為了安全起見，處理易燃的可燃混合物時，最好是將該混合物稀釋到可燃范圍的下限。直接燃燒的應(yīng)用范圍很廣，如煉鐵高爐的煤氣的熱值低但能維持直接燃燒；煉油廠、油氈廠等氧化瀝青生產(chǎn)過程中的廢氣經(jīng)水冷卻后，送入生產(chǎn)用加熱爐直接燃燒凈化，同時回收利用其熱量。燃燒凈化燃燒凈化熱力燃燒當(dāng)廢氣中可燃的有害物質(zhì)的濃度較低，發(fā)熱值僅2～43kJ/m3，不能靠此維持燃燒時必須采用輔助燃料提供熱量，將廢氣溫度提高，從而在燃燒室中使廢氣中可燃有害組分氧化銷毀。燃燒凈化熱力燃燒的原理熱力燃燒過程中，一般認(rèn)為，只有燃燒室的溫度維持在760－820度，駐留時間為0.5s時，有機(jī)物的燃燒才能比較完全。達(dá)到上述溫度范圍的途徑：依靠火焰?zhèn)鞑ミ^程來實(shí)現(xiàn)的。燃燒凈化3）熱力燃燒機(jī)理三個步驟：（1）輔助燃料的燃燒——提高熱量（2）廢氣與高溫燃?xì)獾娜紵_(dá)到反應(yīng)溫度（3）廢氣中可燃組分氧化反應(yīng)——保證廢氣于反應(yīng)溫度時所需要的駐留時間燃燒凈化燃燒凈化在工程設(shè)計中，利用燃燒過程中產(chǎn)生的熱量預(yù)熱廢氣可以節(jié)約大量的輔助燃料。圖中就是這一思想很好的體現(xiàn)。燃燒凈化4）熱力燃燒的“三T”條件含義：反應(yīng)溫度——ReactionTemperature駐留時間——ResidentialTime湍流混合——TurbulenceMix燃燒凈化（1）反應(yīng)溫度對熱力燃燒的影響反應(yīng)溫度：不是反應(yīng)可以進(jìn)行的溫度是反應(yīng)速度可達(dá)到要求時的溫度。換言之：在一定的區(qū)域內(nèi)，可燃組分的銷毀達(dá)到設(shè)計要求所需要的溫度。**提高溫度，反應(yīng)就會加速。燃燒凈化（2）駐留時間對熱力燃燒的影響駐留時間：反應(yīng)物以某種形式進(jìn)行混合后在一定溫度下所持續(xù)的時間。就燃燒反應(yīng)時間來說，其變化范圍在小于1/10s——幾s之間駐留時間充分，可以使有害氣體的銷毀更機(jī)充分。燃燒凈化燃燒凈化（3）湍流混合對熱力燃燒的影響湍流混合的目的：增大可燃組分的分子與氧分子或自由基的碰撞機(jī)會，使處于分子接觸的水平，以保證所要求的銷毀率。燃燒凈化注：“三T”條件之間具有內(nèi)在聯(lián)系，改變其一其他兩個都可以得到改變。延長駐留時間會使設(shè)備體積增大。提高反應(yīng)溫度會使輔助燃料的消耗增加。最經(jīng)濟(jì)的方法是改善湍流混合的情況。燃燒凈化燃燒凈化熱力燃燒裝置（熱力燃燒爐）1結(jié)構(gòu)組成燃燒器：燃燒輔助燃料以產(chǎn)生高溫燃?xì)馊紵遥罕ＷC廢氣和高溫燃?xì)獬浞只旌喜⒎磻?yīng)的空間熱量回收與排煙裝置：...工藝流程圖：燃燒凈化2典型熱力燃燒系統(tǒng)（1）配焰式燃燒系統(tǒng)工藝特點(diǎn)：燃燒器將火焰配布成為許多布點(diǎn)成線的小火焰，廢氣從火焰周圍流過，迅速達(dá)到湍流混合。優(yōu)點(diǎn)：火焰分散，混合程度高、凈化效率高等特點(diǎn)。缺點(diǎn)：但是當(dāng)廢氣貧氧，廢氣中含有易沉積的油焦或顆粒物。不適用于輔助燃料為油料的情況。燃燒凈化燃燒凈化（2）離焰式燃燒系統(tǒng)特點(diǎn)：高溫燃?xì)夂蛷U氣的混合是分開的（分別有各自通道進(jìn)入燃燒室的）優(yōu)點(diǎn)：火焰較長，不易熄火，輔助燃料可以使用燃料油也可以使用燃料氣，且二者的流速可調(diào)幅度大，工作壓力范圍寬。缺點(diǎn)：混合效果不好。解決辦法：I火焰噴射產(chǎn)生抽力將廢氣引入，然后在連管處混合，提高混合速度。

II讓火焰和廢氣徑向進(jìn)入燃燒室，增強(qiáng)橫向混合速度。

III燃燒室內(nèi)設(shè)置擋板燃燒凈化燃燒凈化燃燒凈化3.催化燃燒有機(jī)廢氣是石油化工、輕工、塑料、印刷、涂料等行業(yè)排放的常見污染物，有機(jī)廢氣中常含有烴類化合物（芳烴、烷烴、烯烴）、含氧有機(jī)化合物（醇、酮、有機(jī)酸等）、含氮、硫、鹵素及含磷有機(jī)化合物等。廢氣不加處理直接排入大氣將會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，危害人體健康。傳統(tǒng)廢氣凈化方法：吸附法、冷凝法和直接燃燒法等。

傳統(tǒng)方法缺點(diǎn)：常有易產(chǎn)生二次污染、能耗大、易受有機(jī)廢氣濃度和溫度限制等缺點(diǎn)。催化燃燒技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：新興的催化燃燒技術(shù)已由實(shí)驗(yàn)階段走向工程實(shí)踐，并逐漸應(yīng)用于石油化工、農(nóng)藥、印刷、涂料、電線加工等行業(yè)。燃燒凈化1催化燃燒的基本原理催化燃燒是典型的氣-固相催化反應(yīng)，其實(shí)質(zhì)是活性氧參與的深度氧化作用。在催化燃燒過程中，催化劑降低活化能，同時催化劑表面具有吸附作用，使反應(yīng)物分子富集于表面提高了反應(yīng)速率，加快了反應(yīng)的進(jìn)行。借助催化劑可使有機(jī)廢氣在較低的起燃溫度條件下，發(fā)生無焰燃燒，并氧化分解為CO2和H2O，同時放出大量熱能，其反應(yīng)過程為：燃燒凈化2催化燃燒的特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性1）催化燃燒的特點(diǎn)（1）起燃溫度低，節(jié)省能源由表可見，有機(jī)廢氣催化燃燒與直接燃燒相比，具有起燃溫度低，能耗也小的顯著特點(diǎn)。在某些情況下，達(dá)到起燃溫度后便無需外界供熱。燃燒凈化項(xiàng)目起燃溫度(℃)燃燒溫度(℃)燃燒方式（NOX）產(chǎn)量催化燃燒200～400300～500催化劑表面無焰燃燒幾乎沒有熱力燃燒600～900600～800高溫火焰中停留產(chǎn)生一定量表催化燃燒與熱力燃燒的比較燃燒凈化（2）適用范圍廣催化燃燒幾乎可以處理所有的烴類有機(jī)廢氣及惡臭氣體，即它適用于濃度范圍廣、成分復(fù)雜的各種有機(jī)廢氣處理。對于有機(jī)化工、涂料、絕緣材料等行業(yè)排放的低濃度、多成分，又沒有回收價值的廢氣，采用吸附-催化燃燒法的處理效果更好。燃燒凈化（3）處理效率高，無二次污染用催化燃燒法處理有機(jī)廢氣的凈化率一般都在95%以上，最終產(chǎn)物為無害的CO2和H2O（雜原子有機(jī)化合物還有其他燃燒產(chǎn)物），因此無二次污染問題。此外，由于溫度低，能大量減少NOX的生成燃燒凈化2）催化燃燒的經(jīng)濟(jì)性影響催化燃燒法經(jīng)濟(jì)效益的主要因素有：催化劑性能和成本；廢氣中的有機(jī)物濃度；熱量回收效率；經(jīng)營管理和操作水平。催化燃燒雖然不能回收有用的產(chǎn)品，但可以回收利用催化燃燒的反應(yīng)熱，節(jié)省能源，降低處理成本，在經(jīng)濟(jì)上是合理可行的。燃燒凈化3催化劑1）催化劑的主要性能指標(biāo)在空速較高，溫度較低的條件下，有機(jī)廢氣的燃燒反應(yīng)轉(zhuǎn)化率接近100%，表明該催化劑的活性較高。催化劑的活性分誘導(dǎo)活化、穩(wěn)定、衰老失活3個階段，有一定的使用限期，工業(yè)上實(shí)用催化劑的壽命一般在2年以上。主要性能指標(biāo)：穩(wěn)定性耐熱、抗毒能力較寬的操作條件適應(yīng)性較大的機(jī)械強(qiáng)度和良好的抗熱脹冷縮性能。燃燒凈化2）催化劑種類目前催化劑的種類已相當(dāng)多，按活性成分大體可分3類。（1）貴金屬催化劑鉑、鈀、釕等貴金屬對烴類及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性，且使用壽命長，適用范圍廣，易于回收，因而是最常用的廢氣燃燒催化劑。如我國最早采用的Pt-Al2O3催化劑就屬于此類催化劑。但由于其資源稀少，價格昂貴，耐中毒性差，人們一直努力尋找替代品燃燒凈化（2）過渡金屬氫化物催化劑作為取代貴金屬催化劑，采用氧化性較強(qiáng)的過渡金屬氧化物，對甲烷等烴類和一氧化碳亦具有較高的活性，同時降低了催化劑的成本，常見的有MnOx、CuOx等催化劑。大連理工大學(xué)研制的含MnO2催化劑，在130℃及空速13000h-1的條件下能消除甲醇蒸氣，對乙醛、丙酮、苯蒸氣的清除也很有效果。燃燒凈化（3）復(fù)氧化物催化劑一般認(rèn)為，復(fù)氧化物之間由于存在結(jié)構(gòu)或電子調(diào)變等相互作用，活性比相應(yīng)的單一氧化物要高。主要有以下兩大類：I、鈣鈦礦型復(fù)氧化物稀土與過渡金屬氧化物在一定條件下可以形成具有天然鈣鈦礦型的復(fù)合氧化物，通式為ABO3，其活性明顯優(yōu)于相應(yīng)的單一氧化物。常見的有幾類如：BaCuO2、LaMnO3等。燃燒凈化II尖晶石型復(fù)氧化物作為復(fù)氧化物重要的一種結(jié)構(gòu)類型，尖晶石亦具有優(yōu)良的深度氧化催化活性，如對CO的催化燃燒起燃點(diǎn)落在低溫區(qū)（約80℃），對烴類亦在低溫區(qū)可實(shí)現(xiàn)完全氧化.其中研究最為活躍的CuMn2O4尖晶石，對芳烴的活性尤為出色，如使甲苯完全燃燒只需260℃，實(shí)現(xiàn)低溫催化燃燒，具有特別實(shí)際意義。燃燒凈化3）催化劑負(fù)載方式催化劑活性組分可通過下列方式沉積在載體上：(1)電沉積在纏繞或壓制的金屬載體上；(2)沉積在顆粒狀陶瓷材料上；(3)沉積在蜂窩結(jié)構(gòu)的陶瓷材料上。燃燒凈化金屬載體催化劑的優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：是導(dǎo)熱性能好、機(jī)械強(qiáng)度高

缺點(diǎn)：是比表面積較小。陶瓷載體結(jié)構(gòu)有顆粒狀及蜂窩狀兩大類，陶瓷材料通常為硅-鋁氧化物。顆粒狀載體的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：是比表面積大缺點(diǎn)：是壓降大以及因載體間相互摩擦，造成活性組分磨耗損失。蜂窩載體是比較理想的載體型式，優(yōu)點(diǎn)：具有很高的比表面，壓力降較片粒柱狀低，機(jī)械強(qiáng)度大，耐磨、耐熱沖擊。燃燒凈化4）催化劑失活與防治（1）催化劑失活催化劑在使用過程中隨著時間的延長，活性會逐漸下降，直至失活。催化劑失活主要有3種類型：(1)催化劑完全失活。

使催化劑失活的物質(zhì)包括快速和慢速作用毒物兩大類?？焖僮饔枚疚镏饕辛住⑸榈?，慢速作用毒物有鉛、鋅等。通常情況下，催化劑失活是由于毒物與活性組分化合或熔成合金。燃燒凈化(2)抑制催化反應(yīng)。

鹵素和硫的化合物易與活性中心結(jié)合，但這種結(jié)合是比較松弛、可逆的、暫時性的。當(dāng)廢氣中的這類物質(zhì)被去除后，催化劑活性可以恢復(fù)。(3)沉積覆蓋活性中心。

不飽和化合物的存在導(dǎo)致碳沉積，此外陶瓷粉塵、鐵氧化合物及其他顆粒性物堵塞活性中心，從而影響催化劑的吸附與解吸能力，致使催化劑活性下降。燃燒凈化**催化劑相關(guān)的幾個概念中毒：使用過程中，由于體系中存在少量雜質(zhì)，可使催化劑的活性和選擇性減小或者消失的現(xiàn)象。中毒的含義——不單單對催化劑，還有這個催化劑所催化的反應(yīng)中毒分類：暫時性、永久性老化：熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性所致，如低熔點(diǎn)組分的流失和升華，會大大降低催化劑的活性。燃燒凈化（2）催化劑失活的防治針對催化劑活性的衰減，可以采取下列相應(yīng)的措施：按操作規(guī)程，正確控制反應(yīng)條件；當(dāng)催化劑表面結(jié)碳時，通過吹入新鮮空氣，提高燃燒溫度，燒去表面結(jié)碳；將廢氣進(jìn)行預(yù)處理，以除去毒物，防止催化劑中毒；改進(jìn)催化劑的制備工藝，提高催化劑的耐熱性和抗毒能力。燃燒凈化催化燃燒裝置及其工藝流程一、催化燃燒裝置及流程根據(jù)廢氣預(yù)熱方式及富集方式，催化燃燒工藝流程可分為3種。1預(yù)熱式預(yù)熱式是催化燃燒的最基本流程形式（見圖1）。有機(jī)廢氣溫度在100℃以下，濃度也較低，熱量不能自給，因此在進(jìn)入反應(yīng)器前需要在預(yù)熱室加熱升溫，燃燒凈化后氣體在熱交換器內(nèi)與未處理廢氣進(jìn)行熱交換，以回收部分熱量。該工藝通常采用煤氣或電加熱升溫至催化反應(yīng)所需的起燃溫度。燃燒凈化1——熱交換器2——燃燒室3——催化反應(yīng)器圖1預(yù)熱式催化燃燒流程燃燒凈化2自身熱平衡式當(dāng)有機(jī)廢氣排出時溫度較高（在300℃左右），高于起燃溫度，且有機(jī)物含量較高，熱交換器回收部分凈化氣體所產(chǎn)生的熱量，在正常操作下能夠維持熱平衡，無需補(bǔ)充熱量，通常只需要在催化燃燒反應(yīng)器中設(shè)置電加熱器供起燃時使用（見圖2）。燃燒凈化1——熱交換器2——催化燃燒室圖2自身熱平衡催化燃燒流程燃燒凈化3吸附-催化燃燒當(dāng)有機(jī)廢氣的流量大、濃度低、溫度低，采用催化燃燒需耗大量燃料時，可先采用吸附手段將有機(jī)廢氣吸附于吸附劑上進(jìn)行濃縮，然后通過熱空氣吹掃，使有機(jī)廢氣脫附出來成為濃縮了的高濃度有機(jī)廢氣（可濃縮10倍以上），再進(jìn)行催化燃燒。此時，不需要補(bǔ)充熱源，就可維持正常運(yùn)行（見圖3）。燃燒凈化圖3吸附-催化燃燒工藝流程燃燒凈化二、催化燃燒過程的熱平衡催化燃燒是放熱反應(yīng)，放熱量的大小取決于有機(jī)物的種類及其含量。依靠廢氣燃燒的反應(yīng)熱，維持催化燃燒過程持續(xù)進(jìn)行是最經(jīng)濟(jì)的操作方法，而能否以自熱維持體系的正常反應(yīng)，則取決于燃燒過程的放熱量、催化劑的起燃溫度、熱量回收率、廢氣的初始溫度。燃燒凈化三、催化燃燒的應(yīng)用1）溶劑類污染物的凈化處理這類污染物量大面廣，主要是三苯（苯、甲苯和二甲苯）、酮類、醇類及其它一些含氧衍生物等。采用吸附—催化燃燒法治理彩印廠三苯廢氣，治理前廢氣濃度為1320mg/m3，治理后濃度小于50mg/m3，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)DB35/156-93要求。燃燒凈化2）含氮有機(jī)污染物的凈化含氮有機(jī)污染物（如RNH2、RCONH2等），大都具有毒性和臭味，必須進(jìn)行處理?；鸺七M(jìn)劑偏二甲阱[(CH3)2NNH2]是一種易溶于水和有機(jī)溶劑、具有強(qiáng)極性和弱堿性的有機(jī)化合物，也是一種劇毒物質(zhì)。采用催化燃燒法處理火箭推進(jìn)劑偏二甲肼廢氣（含偏二甲阱1％，壓力為0.25MPa，氣量為500m3/h），當(dāng)催化燃燒溫度高于300℃，偏二甲肼廢氣去除率達(dá)99％以上，獲得很好的處理效果。燃燒凈化3）對含硫有機(jī)污染物的凈化制藥廠、農(nóng)藥廠和化纖廠等在生產(chǎn)中會排出來CH3SH、CH3CH2SH、CS2等有機(jī)硫污染物，對這類污染物的催化氧化，其中的S原子一般氧化成SO2或SO3，在催化劑表面上易產(chǎn)生強(qiáng)吸附，造成催化劑中毒失活。新開發(fā)的RS-1型催化劑能使反應(yīng)過程生成的SO2和SO3幾乎100%地釋放出來，使連續(xù)運(yùn)行時的活性保持穩(wěn)定。燃燒凈化催化燃燒技術(shù)涉及化工、環(huán)境工程、催化反應(yīng)和自動檢測控制等領(lǐng)域，在我國仍處于發(fā)展階段。今后的發(fā)展方向?yàn)椋海?）提高催化劑性能。研制具有抗毒能力、大空速、比表面積大及低起燃點(diǎn)的非貴金屬催化劑，以降低造價和使用費(fèi)用。（2）催化燃燒裝置向大型化、整體型和節(jié)能型方向發(fā)展。冷凝法Condensation2冷凝法01冷凝法的基本原理

02冷凝法的特點(diǎn)

03冷凝法的適用范圍

04冷凝法的流程與設(shè)備

冷凝法冷凝法的基本原理同一物質(zhì)飽和蒸汽壓的大小與溫度有關(guān)。溫度越低，飽和蒸汽壓值越低。對含有一定濃度的有機(jī)蒸汽的廢氣，當(dāng)將廢氣降到某一溫度時，與其相應(yīng)的飽和蒸汽壓值已低于廢氣組分分壓時，該組分就要凝結(jié)為液體，即實(shí)現(xiàn)了氣體分離的目的。

冷凝法p0指定溫度T下的飽和蒸汽壓T有機(jī)溶劑的溫度，KA，B與物質(zhì)性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)從而計算出在制定溫度下某物質(zhì)的飽和蒸氣壓不同溫度下的飽和蒸氣壓可以按照下式計算：冷凝法冷凝法冷凝法的特點(diǎn)

由于冷凝法凈化對廢氣的凈化程度受冷凝溫度的限制，要求凈化程度高或處理低濃度廢氣時，需要將廢氣冷卻到很低的溫度，經(jīng)濟(jì)上不合算，因此，在大多數(shù)情況下，不單獨(dú)使用冷凝法治理有機(jī)廢氣，而是作為其他處理方法的預(yù)處理工序。但冷凝法凈化所需設(shè)備和操作條件比較簡單，回收物質(zhì)純度高。

冷凝法冷凝法的適用范圍

處理高濃度有機(jī)廢氣，特別是組分單純的氣體。作為吸附凈化或燃燒的預(yù)處理，以減輕后續(xù)操作的負(fù)擔(dān)。處理含有大量水蒸氣的高溫氣體。

冷凝法冷凝法的流程與設(shè)備

表面冷凝器

使用一間壁，將冷卻介質(zhì)與廢氣隔開，通過間壁傳熱將廢氣中的熱量轉(zhuǎn)移出來，使廢氣冷卻。列管式冷凝器、噴灑式蛇管冷凝器等均屬此類設(shè)備。使用此類設(shè)備可以回收被冷凝組分，但冷卻效率較差。

接觸冷凝器

將冷卻介質(zhì)（通常采用冷水）與廢氣直接接觸進(jìn)行換熱的設(shè)備。使用這類設(shè)備冷卻效果較好，但冷凝物質(zhì)不易回收。在有機(jī)廢氣治理時往往只作為預(yù)處理設(shè)施。噴淋塔、填料塔、板式塔、噴射塔等屬此類設(shè)備。

膜分離法Membraneseparation3膜分離法

氣體膜分離是指在壓力差為推動力的作用下,利用氣體混合物中各組分在氣體分離膜中滲透速率的不同而使各組分分離的過程。氣體膜分離過程的關(guān)鍵是膜材料。理想的氣體分離膜材料應(yīng)該同時具有良好的分離性能、優(yōu)良的熱和化學(xué)穩(wěn)定性、較高的機(jī)械強(qiáng)度。通常的氣體分離用膜可分為多孔質(zhì)和非多孔質(zhì)(均質(zhì)膜)兩類,它們各由無機(jī)物和有機(jī)高分子材料制成。氣體膜分離技術(shù)的特點(diǎn)是：分離操作無相變化,不用加入分離劑,是一種節(jié)能的氣體分離方法。膜分離法氣體分離膜

常用的氣體分離膜可分為多孔膜和致密膜兩種,它們可由無機(jī)膜材料和高分子膜材料組成。膜材料的類型與結(jié)構(gòu)對氣體滲透有著顯著影響。例如,氧在硅橡膠中的滲透要比在玻璃態(tài)的聚丙烯腈中的滲透大幾百萬倍。氣體分離用膜材料的選擇需要同時兼顧其滲透性與選擇性。

膜分離法

按材料的性質(zhì)區(qū)分,氣體分離膜材料主要有高分子材料、無機(jī)材料和高分子-無機(jī)復(fù)合材料三大類。(1)、高分子材料高分子材料分橡膠態(tài)膜材料和玻璃態(tài)膜材料兩大類。玻璃態(tài)聚合物與橡膠態(tài)聚合物相比選擇性較好。玻璃態(tài)膜材料的主要缺點(diǎn)是它的滲透性較低,橡膠態(tài)膜材料的普遍缺點(diǎn)是它在高壓差下容易膨脹變形。目前,研究者們一直致力于研制開發(fā)具有高透氣性和透氣選擇性、耐高溫、耐化學(xué)介質(zhì)的氣體分離膜材料,并取得了一定的進(jìn)展。膜分離法(2)、無機(jī)材料

無機(jī)膜的主要優(yōu)點(diǎn)有：物理、化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性好,耐有機(jī)溶劑、氯化物和強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液,并且不被微生物降解;操作簡單、迅速、便宜。受目前工藝水平的限制,無機(jī)膜的缺點(diǎn)為：制造成本相對較高,大約是相同膜面積高分子膜的10倍;質(zhì)地脆,需要特殊的形狀和支撐系統(tǒng);制造大面積穩(wěn)定的且具有良好性能的膜比較困難;膜組件的安裝、密封(尤其是在高溫下)比較困難。膜分離法(3)、高分子-無機(jī)復(fù)合或雜化材料采用高分子-陶瓷復(fù)合膜,以耐高溫高分子材料為分離層,陶瓷膜為支撐層,既發(fā)揮了高分子膜高選擇性的優(yōu)勢,又解決了支撐層膜材料耐高溫、抗腐蝕的問題,為實(shí)現(xiàn)高溫、腐蝕環(huán)境下的氣體分離提供了可能性。采用非對稱膜時,它的表面致密層是起分離作用的活性層。為了獲得高滲透通量和分離因子,表皮層應(yīng)該薄而致密。實(shí)際上常常因?yàn)楸砥哟嬖诳紫抖狗蛛x因子降低,為了克服這個問題可以針對不同膜材料選用適當(dāng)?shù)脑噭┻M(jìn)行處理。例如用三氟化硼處理聚砜非對稱中空纖維膜,可以減小膜表面的孔隙,提高分離因子。膜分離法氣體膜分離原理氣體透過多孔膜與非多孔膜的機(jī)理是不同的。多孔膜是利用不同氣體通過膜孔的速率差進(jìn)行分離的，其分離性能與氣體的種類、膜孔徑等有關(guān)。氣體通過多孔膜的傳遞機(jī)理可分為分子流、粘性流、表面擴(kuò)散流、分子篩篩分機(jī)理、毛細(xì)管凝聚機(jī)理等。氣體通過非多孔膜按傳遞機(jī)理可分溶解~擴(kuò)散和雙吸收~雙遷移機(jī)理等。膜分離法（a）粘滯流（b）表面擴(kuò)散（c）分子篩分（d）溶解擴(kuò)散氣體在膜內(nèi)傳遞機(jī)理膜分離法氣體膜分離原理(1)、非多孔膜分離基本理論均質(zhì)膜無論是無機(jī)材料還是高分子材料都具有滲透性,而且很多是耐熱、耐壓和抗化學(xué)侵蝕的。其滲透機(jī)理可由溶解-擴(kuò)散模型來說明。首先是氣體與膜接觸,如圖(a),接著是氣體在膜的表面溶解(稱為溶解過程),如圖(b);其次是因氣體溶解產(chǎn)生的濃度梯度使氣體在膜中向前擴(kuò)散(稱為擴(kuò)散過程);隨后氣體就達(dá)到膜的另一側(cè),此時過程一直處于非穩(wěn)定狀態(tài),如圖(c),一直到膜中氣體的濃度梯度沿膜厚度方向變成直線時達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),如圖(d)。從這個階段開始,氣體由膜的另一側(cè)脫附出去,其速度恒定。所以,氣體透過均質(zhì)膜的過程為溶解、擴(kuò)散、脫附三個步驟。膜分離法膜分離法(2)、影晌滲透通量與分離系數(shù)的因素

①壓力氣體膜分離的推動力為膜兩側(cè)的壓力差,壓差增大,氣體中各組分的滲透通量也隨之升高。但實(shí)際操作壓差受能耗、膜強(qiáng)度、設(shè)備制造費(fèi)用等條件的限制,需要綜合考慮才能確定。

②膜的厚度膜的致密活性層的厚度減小,滲透通量增大。減小膜厚度的方法是采用復(fù)合膜,此種膜是在非對稱膜表面加一層超薄的致密活性層,降低可致密活性層的厚度,使?jié)B透通量提高。膜分離法③膜材質(zhì)氣體分離用膜多采用高分子材料制成,氣體通過高分子膜的滲透程度取決于高分子是“橡膠態(tài)”還是“玻璃態(tài)”。橡膠態(tài)聚合物具有高度的鏈遷移性和對透過物溶解的快速響應(yīng)性。氣體與橡膠之間形成溶解平衡的過程,在時間上要比擴(kuò)散過程快得多。因此,橡膠態(tài)膜比玻璃態(tài)膜滲透性能好,如氧在硅橡膠中的滲透性要比在玻璃態(tài)的聚丙烯腈中大幾百萬倍。但其普遍缺點(diǎn)是它在高壓差下容易變形膨脹;而玻璃態(tài)膜的選擇性較好。氣體分離用高分子膜的選定通常是在選擇性與滲透性之間取"折中"的方法,這樣既可提高滲透通量又可增大分離系數(shù)。

膜分離法④溫度溫度對氣體在高分子膜中的溶解度與擴(kuò)散系數(shù)均有影響,一般說來溫度升高,溶解度減小,而擴(kuò)散系數(shù)增大。但比較而言,溫度對擴(kuò)散系數(shù)的影響更大,所以,滲透通量隨溫度的升高而增大。膜分離法有機(jī)廢氣的回收

在許多石油化工、制藥、油漆涂料、半導(dǎo)體等工業(yè)中,每天有大量的有機(jī)廢氣向大氣中散發(fā)。廢氣中揮發(fā)性的有機(jī)物(簡稱VOC)大多具有毒性,部分已被列為致癌物。VOC的處理方法有兩類：破壞性消除法和回收法。膜分離法作為一種有前途的回收法比其他方法都經(jīng)濟(jì)可行。圖為膜法與冷凝法結(jié)合的流程。經(jīng)壓縮后的有機(jī)廢氣進(jìn)入冷凝器,氣體中的一部分VOC被冷凝下來,冷凝液可以再利用,而未凝氣體進(jìn)入膜組件中,其中VOC在壓力差的推動下透過膜,滲余氣為脫除VOC的氣體,可以直接放空;透過氣中富含有機(jī)蒸氣,該氣體循環(huán)至壓縮機(jī)的進(jìn)口。由于VOC的循環(huán),回路中VOC濃度迅速上升,當(dāng)進(jìn)人冷凝器的壓縮氣體達(dá)到VOC的凝結(jié)濃度時,VOC又被冷凝下來。膜分離法天然氣的脫水干燥天然氣中的飽和水蒸氣在輸送過程中會凝結(jié)、凍結(jié)而堵塞管道。膜法脫水是新近推出的技術(shù)。該分離過程設(shè)備簡單、投資低、裝卸容易、操作方便,具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。如下圖為天然氣膜法脫水的工藝流程。從井口出來的天然氣經(jīng)過預(yù)熱、節(jié)流、集氣后,進(jìn)入膜法脫水工段。在此工段,天然氣首先進(jìn)行前處理,目的是脫除其中的固體物質(zhì)、液態(tài)水及液態(tài)烴等,然后經(jīng)換熱器,氣體溫度升高到5~10℃,使氣體遠(yuǎn)離露點(diǎn),避免水蒸氣在膜內(nèi)冷凝。最后,氣體進(jìn)入中空纖維膜組件殼程,水蒸氣在壓力差推動下透過膜而進(jìn)入管程,滲透氣即可以直接排放也可以經(jīng)過處理后回收再利用,脫除了水分后的干燥氣體作為產(chǎn)品氣輸入天然氣管道。膜分離法膜分離法氣體膜分離的應(yīng)用領(lǐng)域分離對象應(yīng)用領(lǐng)域氧/氮?dú)?烴氫/一氧化碳?xì)?氮二氧化碳/烴水蒸氣/烴硫化氫/烴氦/烴烴/空氣水蒸氣/空氣膜法富氧，膜法富氮石油煉廠尾氣氫回收合成氣調(diào)比合成氨弛放氣氫回收天然氣和沼氣脫二氧化碳天然氣脫濕天然氣脫硫化氫從天然氣回收氦有機(jī)蒸氣脫除與回收空氣脫濕電子束輻照氨法煙氣脫硫、脫氮工藝Electronbeamirradiatedammoniafluegasdesulfurization,denitrificationprocess4電子束輻照氨法煙氣脫硫、脫氮工藝核心—電子束法、脈沖電暈法。這類技術(shù)基于物理和化學(xué)相結(jié)合的原理，在煙氣中同時脫硫、脫氮，兩種方法進(jìn)行煙氣脫硫、脫氮的原理是相同的。脈沖電暈放電技術(shù)是利用脈沖放電在極間產(chǎn)生活化電子，而電子束技術(shù)是利用電子加速器來產(chǎn)生高能電子。目前，已經(jīng)達(dá)到工業(yè)示范階段的主要是電子束輻照氨法煙氣脫硫、脫氮工藝。電子束輻照氨法煙氣脫硫、脫氮技術(shù)的初投資和運(yùn)行費(fèi)用均較高，但仍低于石灰石／石膏濕法煙氣脫硫，如果考慮聯(lián)合脫硫、脫氮的效果以及產(chǎn)品的價值，其經(jīng)濟(jì)性還是比較好的。電子束輻照氨法煙氣脫硫、脫氮工藝電子束輻照氨法煙氣脫疏、脫氮技術(shù)是一種無排水型干式排煙處理技術(shù)，始于20世紀(jì)70年代。該技術(shù)通過向鍋爐排煙照射電子束和噴人氨氣，能夠同時除去排煙中含有的硫氧化物(SO2)、氮氧比物(NOx)，可分別達(dá)到90％和8