第八章-有害气体净化

第八章有害气体净化主要内容第一节有害气体吸收第二节有害气体吸附第三节净化气态污染物的其他方法有害气体：SO2、NOx、甲醛、苯系物、工业废气等有害气体的净化技术是使气态污染物从气流中分离出来或者转化成无害物质的方法与措施。可分为三种不同作用原理：吸收法、吸附法和催化转化法。吸收：Absorption吸附：Adsorption吸收法是指利用液体与混合气体接触，利用气体在液体中的溶解能力的不同，其中一种或多种有害组分溶解于液体中，或者发生选择性化学反应，从而将污染物从气流中分离出来的操作过程。—优势：可同时除尘，处理气量大—缺点：产生污水，处理不当易造成二次污染—吸收质：被吸收的气体—惰气：不参与吸收的气体第一节有害气体吸收一、物理吸收与化学吸收物理吸收：物理溶解过程，可逆过程，降低温度、增大压力有利于吸收；如水吸收氯化氢、氨气、二氧化碳等；化学吸收：吸收质与吸收剂发生化学反应；一般不可逆，吸收速率较快，吸收程度更完全。如碱液吸收HCl、SO2等（一）吸收过程的气液相平衡这里主要指的是物理吸收的气液相平衡开始：k1k2,随着溶解吸收的进行，吸收速率减小，解吸速率增大饱和（平衡）：k1=k2平衡状态下被吸收气体在溶液上方的分压称为平衡分压力。二、吸收净化的基本原理气相液相吸收k1解吸k21.浓度表示方法（1）物质的量分数液相：气相：（2）比物质的量分数液相：气相：二、吸收净化的基本原理以两组分为例2.亨利定律当温度一定，系统总压不太高（5*105Pa）时，稀溶液中气体的溶解度与气相中气体分压成正比。如果液相中以吸收质摩尔体积浓度表示则有：二、吸收净化的基本原理或P*=H’C如果气相组分也用物质的量分数y*表示,则有根据8-1和8-2可得，在稀溶液中X较小，可近似为二、吸收净化的基本原理判断吸收的难易程度：斜率判断吸收进行的程度：ΔY二、吸收净化的基本原理SO2SO2SO2（二）吸收过程机理1.双膜理论二、吸收净化的基本原理2.吸收速率方程气相：二、吸收净化的基本原理液相：稳定吸收时，经推导二、吸收净化的基本原理3.提高吸收效果的措施增大吸收速率、增大吸收容量、减小传质阻力。二、吸收净化的基本原理雾化、喷淋、鼓泡4.化学吸收分为五个步骤：化学吸收速率既决定于化学反应速率，又取决于扩散速率。当化学反应速率远小于传质速率时，为动力学控制；反之，为扩散控制。二、吸收净化的基本原理（三）吸收过程的物料平衡及操作线方程式在确定吸收剂用量前，要先分析吸收过程的物料平衡，建立操作线方程式。根据CMB原理：操作过程连续稳定，V,L定值。二、吸收净化的基本原理改写为：对于全塔物料平衡液气比：二、吸收净化的基本原理（一）吸收设备的基本要求三、吸收净化的常用设备效率、成本、安全！环保（二）吸收设备分类根据气-液两相界面的形成方式，可分为表面吸收器、鼓泡式吸收器和喷洒吸收器三类。三、吸收净化的常用设备表面吸收填料吸收塔三、吸收净化的常用设备喷淋塔（三）常用的吸收设备1.填料吸收塔逆向流、同向流和错流式三种。填料有实体填料和网体填料两种优点：结构简单，适应性强，填料高度可根据需要调节，气流阻力小，气液接触效果好。缺点：烟气含尘量高时，易堵塞，清理检修时填料损耗大。三、吸收净化的常用设备2.湍球塔填料塔的一种特殊形式。吸收液均匀喷洒在小球表面，气体穿过球层表面液体，小球在塔内旋转、碰撞，气液固三相接触，小球表面液膜不断更新，增大了吸收动力，提高了吸收效率。优点：气体流速高，处理能力大，设备体积小，不易堵塞缺点：有返混现象，小球磨损大。三、吸收净化的常用设备3.板式塔又称为筛板塔，气体多次与筛板上液层多次接触，效率较高。优点：结构简单，吸收率高缺点：筛孔易堵塞三、吸收净化的常用设备4.喷洒式吸收器（1）空心喷洒吸收器结构简单，压降小，可兼作冷却除尘，但吸收效率低。（2）机械喷洒吸收器设备尺寸小、效率高、压降低。但结构复杂，耗能大，不适合腐蚀性强的气体和液体三、吸收净化的常用设备5.文丘里吸收器优点：体积小、处理能力大，可兼作冷却除尘设备，缺点：能耗高，噪音大三、吸收净化的常用设备（四）吸收气体污染物的工艺配制1.吸收剂的选择三、吸收净化的常用设备2.吸收工艺流程中的配置（1）富液的处理（2）除尘（3）烟气的预冷却3.结垢与堵塞4.除雾四、吸收净化有害气体实例（自学）三、吸收净化的常用设备第二节有害气体吸附吸附法属于干法工艺，与湿法工艺相比，工艺流程简单，无腐蚀性，净化效率高，一般无二次污染，气体可回收利用。一、吸附净化法及其分类吸附净化是利用多孔性固体物质表面上未平衡或饱和的分子力，把气体混合物中的一种或几种有害组分吸附在固体表面，从而从气流中分离除去的净化操作过程。可广泛应用于有计划供、是有化工等部门，脱出水分、有机蒸汽、恶臭等，利用变压吸附法处理合成氨放气，可回收纯度很高的氢气。但吸附剂的容量一般较小，因此，设备体积大，且需要频繁再生。一、吸附净化法及其分类根据吸附原理不同可分为物理吸附和化学吸附两类。这两种吸附没有严格的界限，往往同时发生。吸附速率：单位质量的吸附剂（或单位体积的吸附层），在单位时间内所吸附的物质质量。吸附速率取决于吸附过程，决定了吸附过程的接触时间。吸附剂的吸附性能除了用吸附容量表示外，还需要用吸附速率来衡量。气体吸附过程一般分为以下几个步骤：—气膜扩散：又称外扩散。从气相到达吸附剂表面；—微孔扩散：内扩散，在吸附剂微孔中的扩散；—吸附剂表面吸附：被吸附到吸附剂表面，并达到平衡。二、吸附速率符合工业需求的吸附剂需要具备以下条件：具有高度的疏松结构，暴露表面积大，吸附容量大；—比表面积：m2/g，测定方法：BET法（氮气、CO2、汞等）—空隙大小：大孔、中孔、微孔三、吸附剂及其性质木炭活性炭对于不同的气体分子应具有很强的选择性吸附；一般来说，吸附剂对于各种气体的吸附能力是随气体沸点的升高而加大。被吸附气体若与其他组分沸点相差较大，则利于选择性吸附。具有足够的力学强度、耐磨损、具有良好的热稳定性和化学稳定性原料来源广泛，制取工艺简单，价格低廉，适合于排放量大的废气净化的需要，便于回收吸附物质。三、吸附剂及其性质1.活性炭（ActivatedCarbon，AC）定义：活性炭是由含碳有机物经过热解、活化等工艺后制得的具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学基团，特异性吸附能力较强的炭材料的总称。制备方法：—热解：一般在隔绝空气的条件下将木材、果壳等生物质、骨头、泥煤等原材料进行热解。（干馏）—活化：利用含有少量氧气的空气、水蒸气、CO2等气体在高温下进行活化。四、吸附剂种类活性炭的种类根据不同的形状和粒度，活性炭分为粉末活性炭(PAC，0.175mm)、颗粒状活性炭(GAC，0.175mm)。用于吸附恶臭物质、有机蒸汽和某些有毒有害气体。四、吸附剂种类PACGACGAC2.硅胶（Silicagel）硅胶是粒装非晶态氧化硅，亲水性强，吸水量大。制备方法：用硅酸钠与硫酸、盐酸或酸性酸溶液反应生成硅酸凝胶，然后115℃~130℃条件下烘干、破碎、筛分。四、吸附剂种类3.活性氧化铝活性氧化铝是部分水化的、多孔的、无定型的氧化铝。以氢氧化铝为原料焙烧而成。类型：主要α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3三种晶型。α-Al2O3属三方晶系，在铝的氧化物中是最稳定的相，具有熔点高、硬度大、耐磨性好、机械强度高、电绝缘性好、耐腐蚀等性能，是制造纯铝系列陶瓷、磨料、磨具及耐火材料的理想原料。密度大。β-Al2O3并非氧化铝的异构体，而是一种铝酸盐。通式为M2O·xAl2O3，M为一价阳离子，也可被二价或三价阳离子置换。β-Al2O3属六方晶系，具有密度大、气孔率低、机械强度高、耐热冲击性能好、离子导电率高、粒度分布均匀且细、晶界阻力小等特点。γ-Al2O3是由一水软铝石在低温(500～750℃)煅烧得到，γ-Al2O3属立方晶系，为多孔性、高分散度的固体物料，具有很大的比表面积，活性大，吸附性能好。四、吸附剂种类4.沸石分子筛分子筛是人工合成的沸石，具有许多直径均匀的微孔和排列整齐的孔穴，具有多孔骨架结构的铝硅酸盐结晶体。优点：—高吸附选择性—对极性分子（如水）有较强的吸附能力—吸附力强，对低浓度气体净化效果好四、吸附剂种类1.操作条件温度：低温有利于吸附压力：高压有利于吸附，但会增大能耗气体流速：气体流速影响接触时间2.吸附剂性质孔隙率、孔径、孔径分布、颗粒度等影响比表面积和吸附速率。五、影响气体吸附的因素3.吸附质的性质与浓度相对分子质量、沸点和饱和性等影响吸附量。吸附质相对分子量越大，沸点越高，不饱和性越大，越易被吸附。4.吸附剂的活性定义：以被吸附的物质的质量或提及分数表示，是吸附剂吸附能力的标志。包括静活性和动活性。五、影响气体吸附的因素五、影响气体吸附的因素动活性静活性吸附剂吸附容量有限，达到饱和后为了达到节省成本的目的，一般都可以再生。再生的方法主要有：1.加热解吸再生2.降压或真空解析3.溶剂置换再生法但吸附剂不能无限制重复再生利用，再生过程中必然伴随着吸附性能的下降。六、吸附剂的再生（Regeneration）一、燃烧法净化气态污染物利用工业废气中污染物可以燃烧氧化的特点进行净化。如炼油厂的尾气净化、恶臭物质净化等。（一）燃烧原理热传播理论自由基反应理论第三节净化气态污染物的其他方法一、燃烧法净化气态污染物（二）燃烧过程及装置燃烧分为三种类型：直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧（1）直接燃烧：适用于可燃气体浓度较高的情况，如石油化学工业中的“火炬”，安全但不能回收热能。（2）热力燃烧：适用于可燃气体浓度较低的情况，需要辅助燃料，一般用于工业炉、热力燃烧炉，成本高，但热量可以回收。（3）催化燃烧：在催化剂作用下可在较低温度下燃烧，耗能较少。催化转化对于不同浓度污染物都有较高的转化率，反应产物无需分离，避免了二次污染。但要防止催化剂中毒。（一）气固相催化反应过程二、有害气体的催化转化根据控制步骤的不同，将催化反应过程分以下三种：（1）化学动力学控制：改变温度（2）内扩散控制（3）外扩散控制（二）催化反应器固定床：FixedBed流化床：FluidizedBed二、有害气体的催化转化改善传质条件冷凝法净化气态污染物是利用气态污染物在不同温度和压力下具有不同的饱和蒸气压的性质，通过降低系统温度或提高系统压力的方法，使某些污染物凝结，从而达到净化或回收的目的。分为直接冷却（接触冷凝）和间接冷却（表面冷凝）三、冷凝法净化气态污染物