第二章 化工废气处理技术

第二章化工废气处理技术一、化工废气特点及处理原则二、除尘技术三、气态污染的一般处理技术四、脱硫技术五、氮氧化物废气的治理一、化工废气特点及处理原则•（一）特点：1.易燃易爆气体较多2.含有毒或腐蚀性气体，如SO2、氮氧化物、氯气、氯化氢和有机物3.浮游粒子种类多，危害大•（二）处理原则：1.废气中不同的污染物采用不同的治理方法：如粉尘、SO2、氮氧化物等。2.废气经处理达标后才能排放至大气中《大气污染物综合排放标准》、《环境空气质量标准》二、除尘技术•处理对象：废气中的颗粒污染物，包括固体粒子（粉尘、烟尘等）、液体粒子及尘粒吸附水后形成的尘雾。其化学成分主要为含硅、铁、镍、钙、钒等氧化物及其他粒度在200微米以下的浮游物质，这些物质都会污染环境。•除尘技术：利用废气中颗粒污染物质量较在的特点，通过外力的作用将其分离出来。（一）粉尘的性质•粉尘性质对于确定采用的除尘方法有重要影响，其中最重要的是粒度和密度，此外还有比电阻率、附着性、亲水性、腐蚀性、毒性和爆炸性等。（1）粒子大小：分级分布曲线和积分分布曲线。横座标为粒径，纵座标分别为分级分率和（累）积分率。（2）尘粒密度、空隙率：影响重力除尘和离心除尘装置的性能（3）电阻率：影响电除尘和过滤除尘的效果（二）除尘装置的技术性能指标•除尘装置的性能包括技术指标和经济指标•技术指标包括：1、粉尘的浓度：个数浓度和质量浓度2、除尘装置的处理量3、除尘装置的效率：总效率和分级效率4、除尘装置的压力损失（压力降）：能耗指标（三）除尘装置的的类型1、机械式除尘器（1）重力沉降室：适用于分离粒径较大的颗粒（50微米以上），仅作为初级除尘手段（2）惯性除尘器：适于非黏性、非纤维性的10至20微米以上的粉尘的去除，效率低，作为多级除尘中的一级除尘（3）旋风除尘器（离心式除尘器）：中效除尘器，但在机械式除尘器中效率最高，适于去除5微米以上颗粒的分离，多应用于锅炉烟气除尘、多级除尘和预除尘。重力沉降室2、过滤式除尘器使含尘气体通过多孔滤料，把气体中的尘埃截留下来，使气体得到净化的方法。分为内部过滤（使用滤料）和外部过滤（使用滤布，袋式）两种。袋式除尘器高效（大于99%），不适于处理含油、含水和黏结性的粉尘和高温粉尘。3、湿式除尘器：用洗涤液（如水）洗涤含尘气体，使尘粒与液膜、液滴或雾沫碰撞而被吸附，凝集变大，尘粒随液体排出，气体得到净化。具双重去污作用，效率高；结构简单，造价低。但要注意防止二次污染。4、静电除尘器：利用高压电场的静电力的作用实现固体粒子与气流分离。静电除尘通过粒子荷电、粒子沉降、粒子清除等三阶段实现尘气分离。一种高效除尘器（大于99%），对细微粉尘和雾状液滴捕集性能优异，对于0.01微米以下的细粒粉尘仍有较高的除法效率；能耗低；处理量大，又可应用于高温高压的场合，因此广泛用于工业除尘。但设备庞大，占地面积大，一次性投资费用高。湿式除尘器（四）除尘装置的选择1、选择原则除尘器的整体性能的衡量指标包括3个技术指标（处理气体量、压力损失、除尘效率）、3个经济指标（一次投资、运转管理费用、占地面积和使用寿命）。除尘器的选用必须做到技术上可行、经济上合算，可按以下顺序考虑如下各项因素：P60三、气态污染的一般处理技术•不同的气态污染物质需用不同的技术方法进行治理，这些技术方法主要包括以下类型：1、吸收法采用适当的液体作为吸收剂，使含有有害物质的废气与吸收剂接触，废气中的有害物质被吸收于吸收剂中，使气体得到净化的方法。多采用化学吸收。特点：对高温废气需进行降温处理。吸收废气后的吸收液必须进一步处理。设备简单、应用范围广、一次性投资低。2、吸附法•使废气与大表面、多孔性固体物质（吸附剂）相接触，将废气中的有害组分（吸附质）吸附在固体表面上，使其与气体混合物分离。其原理包括物理吸附（分子间力）和化学吸附（化学键力）。•特点：吸附效率高，常用于深度净化手段；但吸附剂的价格较贵，吸附容量有限，且再生操作麻烦。3、催化转化法利用催化剂的催化作用，使废气中的有害组分发生化学反应，并转化为无害组分或易于去除物质的一种方法。此法净化效率高，且无需分离操作；但催化剂昂贵，有害组分难于回收。4、燃烧法是对含有可燃有害组分的混合气体进行氧化燃烧或高温分解，从而使这些有害组分转化为无害物质的方法。有直接燃烧、热力燃烧与催化燃烧三种类型。特点：常适用于碳氢化合物、CO、恶臭、沥青烟、黑烟等有害物质的净化治理；工艺简单，操作方便，可回收热量，但易形成二次污染。5、冷凝法采用降低废气温度或提高废气压力的办法使一些易于凝结的有害气体或蒸汽冷凝成液体并从废气中分离出来的方法。特点：只适于处理高浓度的有机废气；设备简单，操作方便，回收好，是气态污染物治理的主要方法之一。四、二氧化硫废气治理技术•二氧化硫为工业废气中的重要污染物。目前对低浓度的SO2的治理缺少完善的办法。国际上烟气脱硫方法可分为（脱硫生成物）抛弃法和回收法。如果按工作原理，目前采用的烟气脱硫方法主要为湿法，其次为干法。（一）湿法脱硫技术（包括氨法、钠碱法、钙碱法）采用液体吸收剂洗涤去除SO2。1、氨法•吸收反应为：SO2+H2O+2NH3=（NH4）2SO3SO2＋H2O＋（NH4）2SO3=2（NH4）HSO3（NH4）HSO3+NH3=（NH4）2SO3得到的产物为亚硫酸铵的中间产品。•中间产品经处理后可得到副产品，如：氨-酸法：用硫酸、磷酸、硝酸等酸将脱硫产物亚硫铵酸解，生成相应的铵盐和气体二氧化硫。氨-亚铵法：用氨、碳酸氢氨中和，将亚硫酸氢铵全部转化为亚硫氨。氨-硫氨法：在多功能脱硫塔中，鼓入空气将亚硫铵氧化成硫铵。氨-酸法回收硫酸尾气工艺流程图1-尾气吸收塔；2-母液循环槽(NH4)2SO3-NH4HSO3；3-母液循环泵；4-母液高位槽；5-浓硫酸高位槽；6-混合槽；7-分解塔；8-中和槽；9-硫酸铵泵吸收再生酸解中和氧化氨-硫氨法回收硫酸尾气工艺流程图2、钠碱法：•用氢氧化钠或碳酸钠的水溶液作吸收剂，吸收SO2后生成Na2SO3和NaHSO3的混合液。（其中Na2SO3成为吸收剂，也可分离结晶出来）•吸收液再处理后得到不同的副产物，如亚硫酸钠法：通过氢氧化钠中和结晶分离得到产物亚硫酸钠，其母液可循环利用；亚硫酸钠循环法：通过加热得到纯SO2，余液经结晶分离得到产物亚硫酸钠晶体，将该晶体再溶解可作吸收液循环使用.亚硫酸钠法工艺流程3、钙碱法•采用石灰石或石灰的浆液吸收烟气中的SO2，属于湿式洗涤法。•如果对吸收液进行氧化，可得到副产物石膏，日本应用最多。通过控制吸收液的PH值可得到半水亚硫酸钙。除上述方法外，可采用的吸收法还有双碱法、金属氧化物吸收法等。（二）干法脱硫技术使用粉状、粒状吸收剂、吸附剂或催化剂去除废气中的SO2。1、活性碳吸附法在有氧或水蒸汽存在的条件下，用活性碳吸附SO2。此后，可使吸附的SO2被氧化为SO3，再与水反应生成硫酸；或通过加热使其分解（吸附剂再生技术），生成浓度高的SO2。2、催化氧化法在催化剂的作用下将SO2氧化为SO3后进行利用。五、氮氧化物废气的治理•氮氧化物（NOx），是光化学烟雾的罪魁祸首，它还会造成大气层中臭氧含量减少、引发硝酸雨，致使人们感染气喘病、肺水肿、鼻炎、头痛等疾病。据测算，每燃烧一吨煤，就要产生5－30kg氮氧化物。可我国能源结构中有70%－80％由煤的燃烧来提供。煤炭高温燃烧成为我国排放氮氧化物的主要来源之一。•NOx包括–N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5–大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在，环境学中的氮氧化物一般就指这二者的总称。–N2O：单个分子的温室效应为CO2的200倍，并参与臭氧层的破坏–NO：大气中NO2的前体物质，形成光化学烟雾的活跃组分不同浓度的NO2对人体健康的影响浓度(ppm)影响1.0闻到臭味5.0闻到很强烈的臭味10-15眼、鼻、呼吸道受到强烈刺激501分钟内人体呼吸异常，鼻受到刺激803－5分钟内引起胸痛100-150人在30－60分钟就会因肺水肿死亡200以上人瞬间死亡常用烟气脱硝技术1、吸收法常用吸收剂：碱液（钠碱、钙碱、氨根等）、稀硝酸、浓硫酸等。如：•碱液吸收：设备简单，操作容易，投资少。NO/NO2＝1效果最佳2322222223322223222242NO2MOHMNOMNOHONONO2MOH2MNOHO2NONaCONaNONaNOCONONONaCO2NaNOCOMK,Na,Ca,Mg,(NH)•强硫酸吸收2、吸附法–吸附剂：活性炭、分子筛、硅胶、含氨泥煤–活性碳吸附：吸附效果佳，能回收高浓度NOX，但温度过高时易燃烧。–丝光沸石分子筛：一种极性很强的吸附剂，工作时首先吸附H2O和NO2分子，二者相互反应生成硝酸和NO，新生的NO和废气来源的NO被由分子筛吸附的O2氧化为NO2，再重复进行上述步骤。再生：水蒸气置换。副产品：硝酸和NOX。适于硝酸尾气净化，但吸附容量小，需频繁再生。22442NONO2HSO2NOHSOHO天然沸石——分子筛分子筛的网状结构3、催化还原法在催化剂的作用下，用还原剂将废气中的NOX还原为无害的N2和水的方法。该法脱除效率高，能回收热能，但投资和运行费均较高。适用于治理硝酸尾气和燃烧烟气的治理。（1）非选择性催化还原法：是以一氧化碳、氢、甲烷等还原性气体作为还原剂，以元素铂、钯或以钴、镍、铜、铬、锰等金属的氧化物为催化剂，在400～800℃的条件下，将氮氧化物还原成氮气，同时有部分还原剂与过剩的氧发生燃烧反应生成水和二氧化碳，并放出大量热。此法效率高，但需使还原剂过量并严格控制氧含量，因此耗费大量还原剂。（2）选择性还原法：是以元素铂或以铜、铁、钴、钒等的氧化物为催化剂，以氨或硫化氢为还原剂，有选择性地同氮氧化物反应，而不与废气中的O2发生反应。以氨为还原剂时，反应温度为200～150℃；以硫化氢为还原剂时反应温度为120～150℃。我国多采用金属钼、铜铬系和铁铬系作催化剂，选择温度范围为100～120℃。作业•P68页第4、5、6题