化工环境保护与安全技术概论-第二章-化工废气处理技术

大气污染物可以通过各种途径降到水体、土壤和作物中影响环境，并通过呼吸、皮肤接触、食物、饮用水等进入人体，引起对人体健康和生态环境造成近期或远期的危害。1、按污染物性质分第一类：含无机污染物的化工废气主要来自氮肥、磷肥（含硫酸）、无机盐等第二类：含有机污染物的废气主要来自有机原料及合成材料、农药、染料涂料等行业第三类：既含无机污染物又含有机污染物的废气主要来自氯碱、炼焦等二、按污染物状态分颗粒污染物气态污染物+易燃易爆气体较多：氢、一氧化碳及酮、醛等有机可燃物，当排放量大时，就可能造成火灾、爆炸事故。+含有毒或腐蚀性气体：如二氧化硫、氮氧化合物、氯气、氯化氢及多种有机物，其中以二氧化硫和氮氧化物的排放量最大。这些气体会直接损害人体健康，腐蚀设备、建筑物的表面，还会形成酸雨污染地表和水域。+浮游粒子种类多，危害大：粉尘、烟气和酸雾等。+颗粒污染物如：粉尘、烟尘、雾滴和尘雾的颗粒状污染物。利用其质量大的特点，通过外力的作用将其分离出来，通常称为除尘。+气态污染物如：SO2、NOx、CO、NH3、H2O、有机废气等。利用污染物的物理性质和化学性质，通过冷凝、吸收、吸附、燃烧、催化转化等方法进行处理。进入大气的固体粒子和液体粒子均属于颗粒污染物。化工工业排放出废气中的颗粒污染物主要含有硅、铁、镍、钙、钒等氧化物及其他粒度在200um以下的浮游物质，这些物质都会污染周围的环境。+粉尘的物理性质，对于确定采用的除尘方法有重要影响。+粉尘性质中最重要的是粉尘颗粒尺寸和密度，此外还有比电阻率、附着性、粒子形状、亲水性、腐蚀性、毒性和爆炸性。1、粉尘大小2、尘粒密度（对于重力除尘及离心除尘等装置的性能有很大影响。）3、尘粒的电阻率（对电除尘和过滤除尘装置的去除效率有很大影响）1、改变温度：大多数尘粒的电阻是随温度升高而增大，直到一最大值。2、加入水分：尘粒吸附水分后可使表面导电率增大，引起电阻率降低。3、添加化学药品：向含尘气体中添加化学药品可以调节尘粒电阻。例如：像燃烧重油中加入适量的氨便可以提高电阻率。全面评价除尘装置性能应包括技术指标和经济指标两项内容。技术指标常以气体处理量和净化效率、压力损失等参数表示。经济指标包括设备费、运行费、占地面积等。(此处主要介绍技术性能指标。)1、粉尘的浓度表示（根据含尘量的大小）个数浓度：单位体积气体所含粉尘的个数，单位为个/cm3。质量浓度：单位标准体积气体所含悬浮粉尘的质量数，单位为g/m3N。2、除尘装置的处理量该项指标表示的是除尘装置在单位时间内所能处理烟气量的大小，是表明装置处理能力大小的参数，单位为m3/h、m3/s。3、除尘装置的效率（1）除尘装置的总效率：在同一时间内，由除尘装置整体除下的粉尘量与进入装置的粉尘量的百分比。（2）除尘装置的分级效率：装置对某一粒径d为中心，粒径宽度为△d烟尘除尘效率。4、除尘装置的压力损失压力损失是表示除尘装置消耗能量大小的指标，也称压力降。压力损失的大小用除尘装置进出口处气流的全压差来表示。依照除尘器除尘的主要机制可将其分为机械式除尘器、过滤式除尘器、湿式除尘器、静电除尘器等4类。1、机械式除尘器机械式除尘器是通过质量力的作用达到除尘目的的除尘装置。质量力包括重力、惯性力和离心力。主要的除尘器形式为重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。旋风除尘器2、过滤式除尘器除尘式过滤器是使含尘气体通过多孔滤料，把气体中的尘粒截留下来，使气体得到净化的方法。按滤尘方式有内部过滤与外部过滤之分。3、湿式除尘器（洗涤除尘）该方法是用液体洗涤含尘气体，是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。它既能净化气体中的固体颗粒物，又能同时脱除气体中的气态有害物质。种类：各种形式的喷淋塔、离心喷淋洗涤除尘器和文岳里氏洗涤器等。4、静电除尘器静电除尘是利用高压电场产生的静电力的作用，实现固体粒子或液体粒子与气流分离的方法。常用的除尘器有管式与板式两类，由放电极与集成极组成。1、除尘装置的选用除尘器的整体性能主要是用3个技术指标（处理气体量、压力损失、除尘效率）和3个经济指标（一次投资、运转管理费用、占地面积及使用寿命）来衡量。在选用时，可按如下顺序考虑：（1）要求：需达到除尘效率。（2）设备运行条件。其中包括含尘气体的性质、颗粒的特性，以及供水以及污水处理的条件。（3）经济性（4）占地面积及空间大小（5）设备操作要求（6）其它因素。比如处理有毒、易燃物的安全性等。2、除尘装置的性能比较比较项目有：处理的粒度，压降，除尘效率，设备费用和运状费用。1、吸收法2、吸附法3、催化转化法4、燃烧法5、冷凝法定义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。分类物理吸收和化学吸收在处理气量大、有害组分浓度低为特点的各种废气时，化学吸收效果比单纯的物理吸收的效果好，所以多采用化学吸收法。特点设备简单、捕集效率高、应用范围广、一次性投资低等。但由于吸收是将气体中的有害物质转移到了液体中，因此对吸收液必须进行处理，否则容易引起二次污染。由于吸收温度越低效果越好，因此在处理高温烟气时，必须对排气进行降温预处理。定义：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物或易于去除物质的一种方法。特点：净化效率较高，净化效率受废气中污染物浓度影响较小，而且在治理过程中，无需将污染物与主气流分离，可直接将主气流中的有害物转化为无害物，避免了二次污染。但是价格较贵，操作要求较高，废气中有害物质很难作为有用物质进行回收。定义：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。分类：（1）直接燃烧法：把废气中的可燃有害组分当作燃料直接烧掉，只适合用于净化含可燃组分浓度高或有害组分燃烧时热值较高的废气。（2）热力燃烧：利用辅助燃料燃烧放出的热量将混合气体加热到要求的温度，使可燃的有害物质进行高温分解变为无害物质。适用于可燃的有机物含量较低的废气或燃烧热值低的废气治理。特点：燃烧法工艺比较简单，操作方便，可回收燃烧后的热量；但不能回收有用物质，并容易造成二次污染。定义：采用降低废气温度或提高废气压力的方法，使一些易于凝结的有害气体或蒸汽态的污染物冷凝成液体并从废气中分离出来的方法。特点：设备简单，操作方便，并可回收到纯度较高的产物。只适用于处理高浓度的有机废气，常用作吸附、燃烧等方法净化高浓度废气的前处理，以减轻这些方法的负荷。脱除SO2的方法抛弃法：将脱硫的生成物作为固体废物抛掉（方法简单，费用低）回收法：将SO2转变成有用的物质加以回收（成本高，所得副产品存在着应用及销路问题，但是对保护环境有利）1、湿法脱除SO2技术用液体吸收剂洗涤烟气，吸收所含的SO22、干法脱除SO2技术用吸附剂或催化剂脱除废气中的SO2湿法脱除技术包括氨法、钠碱法、钙碱法等。1.氨法用氨水作吸收剂吸收废气中的SO2，由于氨易挥发，实际上此法是用氨水与SO2反应后生成的亚硫酸铵水溶液作为吸收SO2的吸收剂，主要反应如下：2NH3+SO2+H2O=(NH4)2SO3(NH4)2SO3+NH3=2NH4HSO3通入氨后的再生反应：NH4HSO3+NH3=(NH4)2SO3（对吸收后的混合液用不同方法处理可得到不同的副产物）若用浓硫酸或浓硝酸等对吸收液进行酸解，所得到的副产物为高浓度的SO2、(NH4)2SO4或NH4NO3，该法称为氨-酸法。若用NH3、NH4HCO3等将吸收液中的NH4HSO3全部变为(NH4)2SO3后，经分离可副产结晶的(NH4)2SO3,此法不消耗酸，称为氨-亚铵法。若将吸收液用NH3中和，使吸收液中的NH4HSO3全部转变为(NH4)2SO3,再用空气对(NH4)2SO3进行氧化，则可得副产品（NH4)2SO4,该法称为氨-硫铵法。氨法工艺成熟，流程、设备简单，操作方便，副产的SO2可生产液SO2或制硫酸。硫铵可做化肥，亚铵可用于制浆造纸代替烧碱，是一种较好的方法。该法适用于处理硫酸生产尾气，但由于处理氨易挥发，吸收剂的消耗量大，因此缺乏氨源的地方不宜采用此法。2、钠碱法本法是用氢氧化钠或碳酸钠的水溶液作为开始吸收剂，与SO2反应生成的Na2SO3继续吸收SO2，主要吸收反应为：Na+SO2→NaHSO32NaOH+SO2→Na2SO3+H2ONa2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3生成的吸收液为Na2SO3和NaHSO3的混合液。用不同方法处理吸收液，可得到不同的副产物。将吸收液中的NaHSO3用NaOH中和，得到Na2SO3。由于Na2SO3溶解度较NaHSO3低，它则从溶液中结晶出来，经分离可得副产物Na2SO3。析出结晶后的母液作为吸收剂循环利用。该法称为亚硫酸钠法。若将吸收液中的NaHSO3加热再生，可得到高浓度SO2作为副产物。而得到Na2SO3结晶，经分离溶解后返回吸收系统循环使用。此法称为亚硫酸钠循环法或威尔曼洛德纳法。钠碱吸收剂吸收能力大，不易挥发，对吸收系统不存在污垢、堵塞等问题。亚硫酸钠法工艺成熟、简单、吸收率高，所得副产品纯度高，但耗碱量大，成本高，因此只适于中小气量烟气的治理。而亚硫酸钠循环法可处理大气量烟气，吸收效率可达99%以上，在国外应用最多的方法之一。3、钙碱法此法是用石灰石、生石灰或消石灰的乳浊液为吸收剂吸收烟气中SO2的方法，对吸收液进行氧化可副产石膏，通过控制吸收液的pH，可以副产半水亚硫酸钙。该法所用吸收剂价廉易得，吸收率高，回收的产物石膏可用作建筑材料，而半水硫酸钙是一种钙塑材料，用途广泛，因此成为目前吸收脱硫应用最多的方法。该法存在的最主要问题是吸收系统容易结垢、堵塞；另外，由于石灰乳循环量大，使设备体积增大，操作费用增高。1、活性炭吸附法在有氧及水蒸气存在的条件下，可用活性炭吸附SO2。由于活性炭表面具有的催化作用，使吸附的SO2被烟气中的氧气氧化为SO3，SO3再和水反应吸收生成硫酸；或用加热的方法使其分解，生成浓度高的SO2,此SO2可用来制酸。活性炭附法虽不消耗酸、碱等原料，又无污水排出，但由于活性炭吸附容量有限，因此对吸附剂要不断再生，操作麻烦。另外为保证吸附效率，烟气通过吸附装置的速度不宜过大。当处理气量大时，吸附装置体积必须很大才能满足要求，因而不适于大气量烟气处理，而所得副产物硫酸浓度较低，需进行浓缩才能应用，以上这些限制了该法的普遍应用。2、催化氧化法在催化剂的作用下可将SO2氧化为SO3后进行利用。干式催化氧化法可用来处理硫酸尾气及有色金属冶炼尾气，技术成熟，已成为制酸工艺的一部分。但用此法处理电厂锅炉烟气及炼油尾气，则在技术上、经济上还存在一些问题需要解决。氮氧化物是一类化合物的总称，分子式为NOx。它包括N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4及N2O5等，在自然条件下主要是NO和NO2，它们是常见的大气污染物。大气中的氮氧化物包括天然的和人类活动所产生的两种。人为产生的氮氧化合物比天然产生的要少得多，但是由于其分布较为集中，与人类活动的关系较为密切，所以危害较大。如：NO与血液中的血红蛋白的亲和力较强，可结成亚硝基血红蛋白或亚硝基高铁血红蛋白，使血液输氧能力下降，出现缺氧发绀症状；NO2对呼吸器官有强烈的刺激作用；NO2在自然环境中可形成酸，而在阳光照射下，可与磷氢化合物生成有致癌的光化学烟雾等。对含NOx的废气也可采用多种方法进行净化治理（主要是治理生产工艺尾气），常用一下几个方法：1、吸收法2、吸附法3、催化还原法吸收法：目前常用的吸收剂有碱液、稀硝酸溶液和浓硫酸等。常用的碱液有氢氧化钠、碳酸钠、氨水等，NOx被吸收后生成硝酸盐和亚硝酸盐等有用的副产品。碱液吸收设备简单，操作容易，投资少。吸附法：用吸附法吸附NOx已有工业规模的生产装置，可采用的吸附剂为活性炭与砩石分子筛。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H2O的方法称为催化还原法。依还原剂与废气中的O2发生作用与否，可将催化还原法分为两类：非选择性催化还原和选择性催化还原。复习思考题讲解1