氣態(tài)污染物的凈化技術

第4章氣態(tài)污染物的凈化技術本章主要介紹氣態(tài)污染物的凈化方法。目前，常用的控制各種氣態(tài)污染物排放的主要途徑是吸收法、吸附法、催化法、燃燒法、冷凝法等。大氣中的氣體狀態(tài)污染物又簡稱為氣態(tài)污染物，它是以分子狀態(tài)存在的，常見分子狀態(tài)的氣體污染物為SO2、NOx。通過學習本章，使學習者能了解各種氣態(tài)污染物的凈化方法及凈化基本原理、凈化工藝、凈化設備，掌握低濃度SO2的凈化技術，了解NOx的凈化方法，可以利用學到的基本理論知識，對各種氣態(tài)污染物提出可行的控制和處理方法。

學習指南：4.3.1吸收法凈化NOx4.3NOx的凈化技術按吸收劑的種類和凈化原理可將液體吸收法分為水吸收法、酸吸收法、堿吸收法、氧化—吸收法、吸收—還原法及液相配合法等。4.3.1.1堿溶液吸收法1.化學原理用堿溶液(NaOH、Na2CO3、NH3·H2O等)與NOx反應，生成硝酸鹽和亞硝酸鹽，反應如下。2NaOH+2NO2==NaNO3十NaNO2+H2O2NaOH+NO+NO2==2NaNO2+H2ONa2CO3+2NO2==NaNO3+NaNO2+CO2Na2CO3+NO+NO2==2NaNO2+CO2當用氨水吸收NOx時，揮發(fā)性的NH3在氣相與NOx和水蒸氣反應生成NH4NO3和NH4NO2。2NH3+NO+NO2+H2O==2NH4NO22NH3+2NO2+H2O==NH4NO3+NH4NO22.影響吸收的因素A.廢氣中的氧化度NO2與NOx的體積之比稱為氧化度，當氧化度為50％～60％時，吸收速率最大，吸收效率最高。B.吸收設備和操作條件

除了尾氣中的氧化度對吸收效率有較大影響外，吸收設備、氣速、液氣比和噴淋密度等操作條件對堿液吸收效果也有一定的影響。4.3.1.2硝酸氧化--堿溶液吸收法1.化學原理用較高濃度的硝酸與NO反應可將NO氧化成NO2反應式如下：2HNO3+NO==3NO2十H2O堿與NO2反應生成硝酸鹽與亞硝酸鹽：2NaOH十2NO2==NaNO2十NaN3+OH2O2NaOH+NO2+NO==2NaNO2+H2O2.工藝流程硝酸氧化—堿吸收法的流程如圖所示3.影響氧化效率的因素A.硝酸濃度的影響B(tài).硝酸中N2O4含量的影響的影響C．NO的初始氧化度的影響D．NOx的初始含量E．氧化溫度的影響F．氣體空塔速度的影響4.3NOx的凈化技術4.3.2吸附法凈化NOx4.3.2.1分子篩吸附法1.分子篩吸附法2.絲光沸石吸附法工藝流程和工藝條件絲光沸石吸附NOx工藝流程見圖，一般采用兩個或三個吸附器，吸附和再生交替進行。1-風機；2-酸泵；3-冷卻；4-絲網過濾器；5-吸附器；6-加熱器；7-冷凝冷卻器；8-酸計量泵；9-轉子流量計用作吸附劑的分子篩有氫型絲光沸石、氫型皂沸石、脫鋁絲光沸石、13X型分子篩等。絲光沸石分子篩為籠型孔洞骨架的晶體，脫水后空間十分豐富，具有很高的比表面積(一般在500—1000m2／g)，可容納相當數量的吸附質分子，同時內表面高度極化，微孔分布單一、均勻，并有普通分子般大小，適于吸附分離不同物質的分子。分子篩吸附法工藝流程圖4.3NOx的凈化技術4.3.2吸附法凈化NOx4.3.2.2.活性炭吸附法1.化學原理2.工藝流程圖為活性炭吸附凈化NOx的工藝流程，NOx尾氣進入固定床吸附裝置被吸附，凈化后的氣體排放至大氣。活性炭失效后，經過再生處理可以重新使用?；钚蕴繉Φ蜐舛鹊腘Ox有很強的吸附能力，活性炭不僅能吸附NO2，促進NO氧化成NO2，而且還可以將NOx還原為N2?；钚蕴课絻艋鞒?/p>

1-酸洗槽；2-固定吸附床；3-再生器；4-風機4.3NOx的凈化技術4.3.3選擇性催化還原法該法用NH3、H2S、CO等為還原劑，通常以NH3為還原劑。其原理為：主反應4NH3十6NO→5N2十6H2O8NH3+6NO2→7N2十12H2O催化還原法是在催化劑作用下，利用還原劑將氮氧化物還原為氮氣。依據還原劑是否與O2。發(fā)生反應，將催化還原法分為選擇性催化還原法和非選擇性催化還原法。

1.化學原理：副反應4NH3+3O2→2H2+6H2O（a）

2NH3→N2十3H2（b）4NH3+5O2→4NO+6H2O（c）2.工藝流程3.影響因素a.催化劑

b.反應溫度c.空速d.還原劑用量4.3NOx的凈化技術4.3.3選擇性催化還原法該法用NH3、H2S、CO等為還原劑，通常以NH3為還原劑。其原理為：主反應4NH3十6NO→5N2十6H2O8NH3+6NO2→7N2十12H2O催化還原法是在催化劑作用下，利用還原劑將氮氧化物還原為氮氣。依據還原劑是否與O2。發(fā)生反應，將催化還原法分為選擇性催化還原法和非選擇性催化還原法。

1.化學原理：副反應

4NH3+3O2→2H2+6H2O（a）

2NH3→N2十3H2（b）4NH3+5O2→4NO+6H2O（c）2.工藝流程3.影響因素a.催化劑

b.反應溫度c.空速d.還原劑用量4.3NOx的凈化技術(3)主要工藝控制條件處理能力40000m3／h(標準狀態(tài))NOx的進口濃度1800mg/m3(標準狀態(tài))，NOx的出口濃度200mg/m3(標準狀態(tài))氣體進口溫度249℃，氣體出口溫度273℃上段催化劑裝填量4m3，下段催化劑裝填量4m3轉化率90%(4)主要技術經濟指標主要技術經濟指標如下。設備及催化劑費用28．9萬元運行費用8．97萬元／年熱回收價值13．8萬元／年處理成本0．333元／100m。4.3NOx的凈化技術

(1)廢氣組成及排放量廢氣排放量為3.8×104m3／h(標準狀態(tài))，NO2的濃度為1800×10-6～2500×10-6，主要污染物是NO和NO2。工程應用實例簡介：氨選擇性催化還原法凈化硝酸尾氣中的NOx。(2)凈化原理及工藝流程氨選擇性催化還原法處理硝酸廢氣，是在銅一鉻催化劑的作用下，使NH3與尾氣中NOx進行選擇性還原反應，將NOx還原為N2。從吸收塔中出來的廢氣，經過兩個預熱器加熱至249oC，進入廢氣與氨氣混合器，再進入反應器進行反應，處理后的廢氣經交換器回收能量后，由80m高的煙囪排入大氣。4.3NOx的凈化技術1.填空題：（1）處理NOx的方法有（）、（）、（）等多種。（2）工業(yè)上應用較多的是（）法、（）法。（3）活性炭吸附法控制在200℃以下的原因是（）；得到的再生產物是（）；（4）絲光沸石吸附法中吸附劑的再生經過（）、（）、（）、（）四個步驟完成。（5）選擇性催化法的還原劑一般是（）；常用的催化劑有（）、（）、（）、（）、（）等2.簡答（1）簡述以絲光沸石為吸附劑吸附NOx廢氣的工作原理。（2）什么是催化還原法。（3）什么是選擇性催化還原法。（4）簡述選擇性催化還原法處理NOx尾氣的工藝流程。習題4.34.3NOx的凈化技術4.4汽車尾氣凈化技術控制汽車排放的主要措施有三種．一是機內凈化，二是機外凈化，第三種為改變燃料組分4.4.2.1機內凈化法4.4.1凈化途徑1.控制汽油機混合氣空燃比空氣和燃料按一定的比例組成的混合物稱為可燃混合氣．混合氣中空氣的質量與燃料質量比稱為空燃比。混合氣的空燃比對發(fā)動機的動力性、經濟性、和排放性能均有很大的影響。2.控制廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(ExhaustGasRecirculation)簡稱EGR，是將一部分排氣引入進氣系統(tǒng)，和混合氣一起再進入汽缸燃燒，廢氣再循環(huán)是控制NOx排放的主要措施。4.4.2.2機外凈化法1.氧化法通過催化反應，使有害物質HC、CO轉化為無害物質。這種化學反應是氧化反應，是凈化方法的依據，因此稱為氧化法。2.氧化還原法HC+NOx→CO2+H2O+N2CO十NOx→CO2+N2HC、CO作為還原劑被氧化，NOx作為氧化劑被還原，這是凈化HC、CO、NOx的依據，因此這種方法稱為氧化還原法．4.4.2凈化原理4.4.4.3改變燃料性能汽車用燃料的改進可燃性氣體替代燃料12可燃性液體替代燃料3常見的可燃性氣體如石油液化氣、天然氣、工業(yè)煤氣等，均可作為汽油替代燃料（1）直餾汽油（2）裂化汽油液體燃料主要有甲醇、乙醇、苯等4.4汽車尾氣凈化技術4.4.2.4凈化材料及產品對尾氣凈化器所用催化劑的基本要求是：能同時凈化CO、HC和NOx三種有害物質必須同時具有高溫(800C以上)和低溫(0℃以下)活性，以保證其在高溫下不被燒結，在低溫時又能發(fā)揮催化作用．1.活性物質第一代催化劑的活性組分為普通金屬(Cu、Cr、Ni)氧化物第二代催化劑以貴金屬鉑(Pt)、鈀(Pd)、鐒(Rh)和銥(lr)為主要催化活性組分第三代和第四代催化劑主要是稀土金屬的氧化物2.催化劑載體3.三元催化凈化器在早期，汽車排氣的二元凈化催化劑載體主要采用氧化鋁小球目前蜂窩陶瓷載體多用堇青石作原料，三元催化凈化器是裝有三元催化劑能夠同時凈化汽車排氣中的HC．CO和NOx的汽車凈化器．4.4汽車尾氣凈化技術4.4.2.5凈化設備對尾氣凈化器所用催化劑的基本要求是：能同時凈化CO、HC和NOx三種有害物質必須同時具有高溫(800C以上)和低溫(0℃以下)活性，以保證其在高溫下不被燒結，在低溫時又能發(fā)揮催化作用。（1）分層燃燒系統(tǒng)在分層燃燒系統(tǒng)中，使進入氣缸的混合氣濃度依次分層，在火花塞周圍充有易于點燃的濃混合氣(空燃比為12—13.5)以保證可靠的點火，在燃燒室的大部分區(qū)域充有稀的混合氣。這樣，燃燒室內總的空燃比平均在18：1以上，以減少CO和NOx的排放量。(2)發(fā)動機外安裝廢氣凈化裝置①二次空氣噴射②熱反應器③氧化催化反應器4.4汽車尾氣凈化技術1.填空題：（1）汽車尾氣主要排放哪三種有害氣體（）、（）、（）。（2）在汽車尾氣凈化中三元催化劑是指（）、（）、（）。（3）目前汽車代用燃料主要有（）、()、()等。2.簡答（1）對汽車尾氣凈化的三個途徑？（2）什么是三元催化凈化器？（3）什么是選擇性催化還原法？。（4）汽車代用燃料是什么？（5）乙醇作為汽車代用燃料的主要優(yōu)點？習題4.44.4汽車尾氣凈化技術4.5揮發(fā)性有機物治理技術4.5.1氧化分解技術4.3.1.1熱氧化技術熱氧化技術又稱燃燒法，對于有毒、有害、無須回收的VOCs是一種比較徹底的處理方法，雖不能回收有用的物質，但可以回收熱量。燃燒法可分為傳統(tǒng)燃燒技術和蓄熱燃燒技術，傳統(tǒng)燃燒技術包括直接燃燒、熱力燃燒和催化燃燒。4.3.1.2生物凈化技術（1）凈化原理：其實質是附著在濾料介質中的微生物在適宜的環(huán)境條件下，利用廢氣中的有機成分作為營養(yǎng)物質和能源，維持其生命活動，將污染物經代謝分解成簡單小分子物質、CO2和H2O的過程。其主要包括五個過程，即VOCs從氣相傳遞到液相，再從液相擴散到生物膜表面，然后在生物膜內部的擴散，生物膜內的降解反應后將代謝產物排出生物膜。4.5揮發(fā)性有機物治理技術4.3.1.2生物凈化技術（2）凈化工藝：在廢氣生物凈化過程中,根據系統(tǒng)的運轉情況和微生物的存在形式,可將生物處理工藝分成懸浮生長系統(tǒng)和附著生長系統(tǒng)。常用的工藝設備:生物洗滌器、生物滴濾塔和生物過濾塔。生物洗滌器凈化工藝流程生物滴濾塔工藝流程生物過濾塔工藝流程4.5揮發(fā)性有機物治理技術4.5.2回收技術回收技術是通過物理方法，在一定溫度、壓力下，用選擇性吸收劑、吸附劑或選擇性滲透膜等方法