气态污染物控制技术

1、第三节第三节 气态型污染物的控制气态型污染物的控制l冷凝分离冷凝分离l燃烧燃烧l吸收净化吸收净化l吸附净化吸附净化l催化转化催化转化l生物净化生物净化一一.冷凝分离冷凝分离l冷凝是利用污染物与载气二者沸点不同进行分冷凝是利用污染物与载气二者沸点不同进行分离的方法，该方法主要用于高浓度有机蒸汽和离的方法，该方法主要用于高浓度有机蒸汽和高沸点无机气体的净化回收或预处理。高沸点无机气体的净化回收或预处理。1.冷凝分离的原理冷凝分离的原理l利用气态污染物在不同温度及压力下具有不同利用气态污染物在不同温度及压力下具有不同的饱和蒸汽压，在降低温度或加大压力条件下，的饱和蒸汽压，在降低温度或加大压力条件下，

2、某些污染物凝结出来，已达到净化或回收的目某些污染物凝结出来，已达到净化或回收的目的，甚至可以借助于控制不同的冷凝温度将不的，甚至可以借助于控制不同的冷凝温度将不同的污染物分离出来。同的污染物分离出来。2.冷却方式和冷凝设备冷却方式和冷凝设备l直接冷却直接冷却 冷却介质与废气直接接触进行热交换，不发生化学反应，冷却介质与废气直接接触进行热交换，不发生化学反应，也不互溶，难回收利用。也不互溶，难回收利用。 喷淋塔喷淋塔l间接冷却间接冷却 冷却介质与废气不直接接触，热交换设备复杂，冷却冷却介质与废气不直接接触，热交换设备复杂，冷却介质用量大。要求废气不含微粒物或胶黏物。介质用量大。要求废气不含微粒物

3、或胶黏物。 冷却介质有空气、水或氟利昂等。冷却介质有空气、水或氟利昂等。二二. 燃烧燃烧 Combustion 焚烧净化法是利用热氧化作用将废气中的可燃焚烧净化法是利用热氧化作用将废气中的可燃有害成分转化为无害物或易于进一步处理的物有害成分转化为无害物或易于进一步处理的物质的方法。质的方法。1.燃烧过程分类燃烧过程分类l直接燃烧（直接火焰燃烧）直接燃烧（直接火焰燃烧） 无需补充辅助燃料无需补充辅助燃料l热力燃烧热力燃烧 可燃物含量少，需补充辅助燃料可燃物含量少，需补充辅助燃料 2. 燃烧设备燃烧设备l 直接燃烧热备直接燃烧热备l热力燃烧设备热力燃烧设备l燃烧器燃烧器配焰燃烧器离焰燃烧器3.热回

4、收方式热回收方式l用于燃烧系统本身用于燃烧系统本身l用于其它需要加热的系统用于其它需要加热的系统三三 吸收净化吸收净化Absorption l利用气体混合物中各组分在一定液体中溶解度利用气体混合物中各组分在一定液体中溶解度的不同而分离气体混合物的操作称为吸收净化。的不同而分离气体混合物的操作称为吸收净化。lAbsorption is a physical or chemical phenomenon or a process in which atoms原子原子, molecules分子分子 or ions离子离子 enter some bulk phase gas, liquid or so

5、lid material. l物理吸收物理吸收Physical absorption ：溶解：溶解l化学吸收化学吸收Chemical absorption ：化学反应：化学反应三三 吸收吸收净化净化l吸收机理吸收机理 1.双膜模型（应用最广）双膜模型（应用最广）假定假定:l界面两侧存在气膜和液膜界面两侧存在气膜和液膜,膜内膜内为层流为层流, 传质阻力只在膜内传质阻力只在膜内l气膜和液膜外湍流流动气膜和液膜外湍流流动,无浓度无浓度梯度梯度, 即无扩散阻力即无扩散阻力l气液界面上气液界面上,气液达溶解平衡气液达溶解平衡 即即:CAi=HPAil膜内无物质积累膜内无物质积累,即达稳态即达稳态.气液平

6、衡气液平衡l平衡吸收过程的传质速率等于解吸过程平衡吸收过程的传质速率等于解吸过程l溶解度溶解度每100kg水中溶解气体的kg数亨利定律亨利定律l亨利定律亨利定律一定温度下，稀溶液中溶质的溶解度与气相中溶质的平衡分压成正比*/cH pxpEym x吸收剂吸收剂absorbent和吸收设备和吸收设备l吸收剂的要求：吸收剂的要求： 对吸收质的溶解度大，选择性好对吸收质的溶解度大，选择性好 蒸汽压低蒸汽压低 沸点高，熔点低沸点高，熔点低 无毒性，无腐蚀性，化学稳定性好无毒性，无腐蚀性，化学稳定性好 易于解吸、再生易于解吸、再生 价格低廉、易得价格低廉、易得l物理吸收：溶解度大物理吸收：溶解度大l化学吸

7、收：相似相溶规律化学吸收：相似相溶规律l吸收剂的再生吸收剂的再生物理吸收剂：负压解吸、通惰性气体或贫气解物理吸收剂：负压解吸、通惰性气体或贫气解吸、水蒸气解吸或加热解吸吸、水蒸气解吸或加热解吸化学吸收剂：不可逆反应，吸附、离子交换、化学吸收剂：不可逆反应，吸附、离子交换、沉淀、电解沉淀、电解吸收设备吸收设备吸收设备吸收设备l喷淋塔喷淋塔吸收设备吸收设备l填料塔填料塔四四 . 吸附净化吸附净化l吸附吸附用多孔固体吸附剂将气体（或液体）混合物中的组分浓集于固体表面吸附质被吸附物质吸附剂附着吸附质的物质l优点：效率高、可回收、设备简单优点：效率高、可回收、设备简单l缺点：吸附容量小、设备体积大缺点：

8、吸附容量小、设备体积大物理吸附和化学吸附物理吸附和化学吸附物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附1.吸附力范德华力；吸附力范德华力；2.不发生化学反应；不发生化学反应；3.过程快，瞬间达到平衡；过程快，瞬间达到平衡；4.放热反应；放热反应；5.吸附可逆；吸附可逆；1.吸附力化学键力；吸附力化学键力；2.发生化学反应；发生化学反应；3.过程慢；过程慢；4.升高温度有助于提高速率；升高温度有助于提高速率；5.吸附不可逆；吸附不可逆；吸附等温线吸附等温线 Isotherms Isotherms 等温线等温线lFreundlich （弗伦德利希）（弗伦德利希）lLangmuirlBET (Brunauer-

9、Emmett-Teller ）多分子层的）多分子层的吸附吸附吸附剂吸附剂adsorbentl吸附剂需具备的特性吸附剂需具备的特性内表面积大具有选择性吸附作用高机械强度、化学和热稳定性吸附容量大来源广泛，造价低廉良好的再生性能常用吸附剂特性常用吸附剂特性吸附剂类型吸附剂类型活性炭活性炭活性氧化活性氧化铝铝硅胶硅胶沸石分子筛沸石分子筛4A5A13x堆 积 密 度堆 积 密 度 /kg/kgm m-3-32006007501000800800800800热容热容/kJ(kgK)-1-10.8361.2540.8361.0450.920.7940.794操作温度上操作温度上限限/K4237736738

10、73873873平均孔径平均孔径/15251848224513再 生 温 度再 生 温 度 /K373413473523393423473573473573473573比表面积比表面积 / /g-16001600210360600气体吸附的影响因素气体吸附的影响因素l吸附剂再生（解吸吸附剂再生（解吸desorption） 溶剂萃取l活性炭吸附活性炭吸附SO2，可用水脱附，可用水脱附 置换再生l脱附剂需要再脱附脱附剂需要再脱附 降压或真空解吸l 吸附作用吸附作用 ，再生温度，再生温度 加热再生吸附工艺吸附工艺l固定床固定床 含污染物的气含污染物的气体体 吸附工艺吸附工艺l移动床移动床吸附工艺吸附

11、工艺l流化床流化床五五. 催化转化催化转化Catalysisl含尘气体通过催化床层发生催化反应，使污染含尘气体通过催化床层发生催化反应，使污染物转化为无害或易于处理的物质物转化为无害或易于处理的物质l应用应用工业尾气和烟气去除SO2和NOx有机挥发性气体VOCs和臭气的催化燃烧净化汽车尾气的催化净化气体催化净化气体催化净化l催化作用催化作用改变反应历程，降低活化能提高反应速率 （阿累尼乌斯方程）l 显著特征显著特征对于正逆反应的影响相同，不改变化学平衡选择性exp()EKARTCatalyst催化剂催化剂lCatalysis is the increase in the rate of a c

12、hemical reaction due to the participation of an additional substance called a catalyst. With a catalyst, reactions occur faster and with less energy. Because catalysts are not consumed, they are recycled. 催化剂催化剂l加速化学反应，而本身的化学组成在反应前后加速化学反应，而本身的化学组成在反应前后保持不变的物质保持不变的物质l组成组成活性组分 助催化剂 载体催化剂的性能催化剂的性能l稳定性稳

13、定性热稳定性、机械稳定性和化学稳定性表示方法：寿命老化l活性组分的流失、烧结、积炭结焦、机械粉碎等活性组分的流失、烧结、积炭结焦、机械粉碎等中毒l对大多数催化剂，毒物：对大多数催化剂，毒物：HCN、CO、H2S、S、As、Pb固定床反应器固定床反应器l最主要的气固相催化反应器最主要的气固相催化反应器优点: l流体接近于平推流，返混小，反应速度较快流体接近于平推流，返混小，反应速度较快l固定床中催化剂不易磨损，可长期使用固定床中催化剂不易磨损，可长期使用l停留时间可严格控制，温度分布可适当调节，高选择性和转化率停留时间可严格控制，温度分布可适当调节，高选择性和转化率缺点:l传热差传热差(热效应大的反应，传热和温控是难点热效应大的反应，传热和温控是难点)l催化剂更换需停产进行催化剂更换需停产进行固定床反应器固定床反应器l单层绝热反应器单层绝热反应器结构简单，造价低廉，气流阻力小内部温度分布不均用于化学反应热效应小的场合固定床反应器固定床反应器l多段绝热反应器多段绝热反应器相邻两段之间引入热交换(a)直接换热直接换热(b)间接换热