吸收法净化气态污染物

关于吸收法净化气态污染物第一页，共八十页，2022年，8月28日

吸收是根据气体混合物中各组分在液体溶剂中物理溶解度差异或者化学反应活性的不同，将污染物从气相中分离出来的一种方法。什么叫吸收？第二页，共八十页，2022年，8月28日物理吸收：物理溶解度差异吸收的划分：用水吸收氨气用水吸收氯化氢化学吸收：化学反应活性不同用Na2CO3吸收SO2用稀H2SO4吸收NH38.1吸收平衡第三页，共八十页，2022年，8月28日吸收剂吸收质吸收解吸氨气－－－－水系统第四页，共八十页，2022年，8月28日常见气体在水中的平衡溶解度第五页，共八十页，2022年，8月28日物理吸收平衡－－亨利定律当总压不高（一般在5×105Pa）时，在一定温度下，稀溶液中溶质的溶解度与气相中溶质的平衡分压成正比。第六页，共八十页，2022年，8月28日亨利定律的适用条件气体近似为理想气体，液体可看成理想液体（稀溶液）；系统的压力不太高（一般在5×105Pa），温度为常压或低压；吸收质在气相中的分子状态与在液相中的相同；气体组分与液体不起化学反应。第七页，共八十页，2022年，8月28日

化学吸收平衡CA=[A]物理平衡+[A]化学消耗▼被吸收组分与溶剂相互作用；▼被吸收组分在溶液中离解；▼被吸收组分与溶剂中的活性组分作用。第八页，共八十页，2022年，8月28日A（液）

+B（溶剂）A（气）M（液）K被吸收组分与溶剂相互作用第九页，共八十页，2022年，8月28日A（液）A（气）M+

+N-K被吸收组分在溶液中离解第十页，共八十页，2022年，8月28日A（液）

+B（液）A（气）M（液）K被吸收组分与溶剂中的活性组分作用cB0－活性组分的初始浓度；x－反应达到平衡后的转化率。小于1第十一页，共八十页，2022年，8月28日8.2吸收机理分子扩散：物质在静止的或垂直于浓度梯度方向作层流流动的流体中传递，是由分子运动引起的，称为分子扩散。湍流扩散：物质在湍流流体中传递，除了由于分子运动外，更主要的是由于流体中的质点的运动而引起的，称为湍流扩散。气体的质量传质过程

分子扩散扩散过程湍流扩散第十二页，共八十页，2022年，8月28日气态污染物A通过隋性气体B运动，用扩散系数DAB表示：T－绝对温度，K；DAB－扩散系数，cm2/s；M－气体的靡尔质量；V－气体在沸点下呈液态时的摩尔体积，cm3/mol；ρA－气体的密度，g/cm3。气体在气相中扩散修正的吉里兰方程第十三页，共八十页，2022年，8月28日扩散系数随介质的种类、温度、压强及浓度的不同而变化。第十四页，共八十页，2022年，8月28日气体扩散速率实验示意图液态污染物A通过气体B的扩散液态污染物A实验中，用水浴维持管子温度与空气相同液体表面的下降距离第十五页，共八十页，2022年，8月28日ρA1－气体A的密度，g/cm3。L1－液体的初始速度，cm；L2－液体的最终速度，cm；pB1、pB2－分别为L1和L2时的空气分压；t－变化时间，s；实验测定的气体扩散速率计算式第十六页，共八十页，2022年，8月28日气态污染物A通过液体B的扩散系数DAB：μB－液体粘度；β－溶剂的缔结因数。溶剂水甲醇乙醇苯乙醚Β

2.6

1.9

1.5

1.0

1.0气体在液体中的扩散非缔合溶剂缔合溶剂第十七页，共八十页，2022年，8月28日第十八页，共八十页，2022年，8月28日吸收理论－－－双膜理论第十九页，共八十页，2022年，8月28日双膜理论一、相互接触的气－液两相之间存在一稳定的相界面，在相界面两侧分别存在两层滞留膜，即气膜和液膜，气膜以外为气相主体，液膜以外为液相主体。第二十页，共八十页，2022年，8月28日双膜理论二、气体的吸收过程：1、被吸收组分从气相主体通过气膜边界向气膜移动；2、被吸收组分从气膜向相界面移动；3、被吸收组分在相界面处溶入液相；4、溶入液相的被吸收组分从相界面向液膜移动；5、溶入液相的被吸收组分从液膜向液相主体移动。第二十一页，共八十页，2022年，8月28日双膜理论三、传质阻力1、在相界面处，气液处于平衡状态，无传质阻力存在；2、在气膜和液膜中，被吸收组分靠扩散作用进行传质，存在气膜阻力和液膜阻力；3、在气相主体和液相主体中，各组分充分混合，浓度均一，无浓度梯度，无扩散阻力；4、整个过程的传质阻力等于气膜阻力与液膜阻力之和；5、传质速率取决于气膜和液膜的分子扩散速率。第二十二页，共八十页，2022年，8月28日双膜理论四、传质推动力：1、在气膜内推动力为：2、在液膜内推动力为：第二十三页，共八十页，2022年，8月28日物理吸收速率气膜NA－吸收质传质速率，kmol/(m2.s)；

DAG－吸收质A在气相中的分子扩散系数，kmol/(m.s.Pa)；ZG－气膜厚度，m。

pAG、pAi－分别是吸收质在气相主体和相界面上的分压，Pa；kAG－以（pAG－pAi）为推动力的气相分传质系数，kmol/(m2.s.Pa)。第二十四页，共八十页，2022年，8月28日物理吸收速率液膜NA－吸收质传质速率，kmol/(m2.s)；

DAL－吸收质A在液相中的分子扩散系数，m2/s；ZL－液膜厚度，m。

CAL、CAi－分别是吸收质在液相主体和相界面处的浓度，kmol/m3；kAL－以（CAi－CAL）为推动力的液相分传质系数，m/s。第二十五页，共八十页，2022年，8月28日cA＊－与气相中A组分分压成平衡关系的液相中吸收质的摩尔浓度，kmol/m3；PA*－与液相主体中吸收质浓度成平衡关系的气相虚拟分压，Pa；KAL－以（CA*

－CAL）为推动力的气相总传质系数，kmol/(m2.s.Pa)；KAG－以（pAG－pA*）为推动力的气相总传质系数，kmol/(m2.s)。总传质速率方程第二十六页，共八十页，2022年，8月28日界面浓度作图法解析法A组分在气相中的摩尔分数用y表示；A组分在液相中的摩尔分数用x表示.第二十七页，共八十页，2022年，8月28日界面浓度的确定第二十八页，共八十页，2022年，8月28日吸收系数气相总传质系数与气、液相传质分系数之间的关系液相总传质系数与气、液相传质分系数之间的关系第二十九页，共八十页，2022年，8月28日控制步骤控制

动力学控制

扩散控制

液膜控制

气膜控制

第三十页，共八十页，2022年，8月28日化学吸收化学反应对吸收的影响

▼溶质进入溶剂后因化学反应而消耗，单位体积溶剂能容纳的溶质量增多，表现在平衡关系上为溶液的平衡分压降低，从而使吸收推动力增加。

▼如果反应进行的很快，使气体刚进入气液相界面就被消耗殆尽，则溶质在液膜中的扩散阻力大大降低，甚至为零，导致总吸收系数增大，吸收速率提高。

▼填料表面有一部分液体停滞不动或流动很慢，在物理吸收中这部分液体往往被溶质饱和不能再进行吸收，但在化学吸收中，则要吸收多得多的溶质才能达到饱和。第三十一页，共八十页，2022年，8月28日两分子反应中相界面附近液相内A与B的浓度分布第三十二页，共八十页，2022年，8月28日伴有化学反应的吸收速率1、气膜传质仍可按与物理吸收的模式计算；2、在气液相界面上，组分A仍处于平衡状态，可用亨利定律来描述；3、在液膜中，组分A的吸收不同于物理吸收，它一面进行物理扩散，一面进行化学反应，若在液膜中未反应完，还要进一步转移到液相主体中继续进行。伴有化学反应，组分A浓度降低加快，吸收速率大大提高。第三十三页，共八十页，2022年，8月28日伴有化学反应的吸收速率的表达方式：物理吸收速率：化学吸收速率：第三十四页，共八十页，2022年，8月28日极快速不可逆反应－－－－①

A>B气相主体气膜液相主体液膜相界面反应面P/C第三十五页，共八十页，2022年，8月28日极快速不可逆反应－－－－②A=B气相主体气膜液相主体液膜相界面反应面P/C第三十六页，共八十页，2022年，8月28日极快速不可逆反应－－－－③A<B气相主体气膜液相主体液膜相界面反应面P/C第三十七页，共八十页，2022年，8月28日反应类型判定临界浓度：－－－适用①－－－适用②－－－适用③第三十八页，共八十页，2022年，8月28日8.3吸收设备与设计在气体净化中，吸收装置一般有三种：填料塔板式塔湍球塔酸雾吸收塔填料塔第三十九页，共八十页，2022年，8月28日填料塔塔内填料的作用：

提供足够大的传质面积，使气液两相充分接触，同时又不能造成过大的阻力。填料是填料塔的核心，直接关系到操作性能的好坏。优点：结构简单，气液接触好，压力损失小。缺点：当废气中含有悬浮物时，易堵塞，检修费用较高。第四十页，共八十页，2022年，8月28日填料的基本要求：1、较大的比表面积，良好的湿润性能；2、较大的空隙率，较小的阻力，较宽的操作范围；3、足够的机械强度，重量轻，耐腐蚀；4、成本低廉，来源广泛。个体填料：拉西环、鲍尔环、阶梯环、矩形环、鞍环等。组合填料：波纹环、整砌环等。第四十一页，共八十页，2022年，8月28日散堆填料聚丙烯阶梯环拉西环塑料鲍尔环金属鲍尔环个体填料第四十二页，共八十页，2022年，8月28日规整填料陶瓷波纹填料斜管蜂窝填料整砌填料斜管填料组合填料第四十三页，共八十页，2022年，8月28日立体弹性填料分子筛特别填料第四十四页，共八十页，2022年，8月28日塔壁效应、“干填料现象”1、液体喷淋密度在10m3/cm2以上，要求尽量喷淋均匀；2、塔径/填料尺寸之比大于8；3、分段时，每段高度在3～5米以下，或根据手册推荐来选择（填料不同）；4、填料塔空塔气速范围：0.3～1.5m/s；5、压力损失范围：0.15～0.60kPa/m；6、液气比范围：0.5～2.0kg/kg。第四十五页，共八十页，2022年，8月28日湍球塔湿流体填料废气吸收液净气污水填料小球的基本要求：质轻，耐磨损，耐高温。（聚乙烯、聚丙烯或发泡聚苯乙烯等塑料制成）优点：气流速度高，处理能力大，不易堵塞；缺点：小球寿命短，需经常更换，操作费用较大。第四十六页，共八十页，2022年，8月28日板式塔废气筛板：开孔率：6%～25%空塔气速：1.0～2.5m/s气体通过筛板气速：4.5～12.8m/s液体流量：1.5～3.8m3/(m2.h)压力损失：每块板0.8～2.0kPa优点：处理能力大，压降小，造价低；缺点：操作条件要求高，负荷范围窄，小孔易堵塞。吸收液净气污水第四十七页，共八十页，2022年，8月28日塔型选择原则：物料系统易起泡沫，宜用填料塔；有悬浮物残渣的物料或易结垢的物料，易用板式塔中大孔径筛板塔，泡罩塔；高粘性物料，易用填料塔；腐蚀性物料，易用板式塔中的结构简单的无溢流筛板塔；对于处理过程是放热的，宜用板式塔。1、根据物性：第四十八页，共八十页，2022年，8月28日塔型选择原则：气膜控制，宜用填料塔，液膜控制，宜用板式塔；液气比较小时，易用板式塔；伴有化学反应且反应速度不快时，易用板式塔；塔径小于800mm时，宜用填料塔，塔径较大时，宜用填料塔；2、根据操作条件：第四十九页，共八十页，2022年，8月28日吸收剂选择原则：1、对污染物具有良好的选择性吸收能力；2、在吸收污染物后形成的富液应成为副产品或无污染液体，或更易处理和再利用的物质；3、吸收剂的蒸汽压要低，不起泡，热化学稳定性好，粘度低，腐蚀性小；4、价廉易得。第五十页，共八十页，2022年，8月28日吸收工艺配置1、烟气除尘；（预洗涤装置－洗涤塔、文丘里洗涤器）2、烟气预冷却；（换热器降温、烟道直接增湿降温、预洗涤器除尘增湿降温）3、解决结垢和堵塞问题；（严格除尘、控制水分的蒸发量、控制PH值、控制液相中易于结晶的组分不要过饱和等；流动床洗涤器；材料选择）4、除雾；（10～60nm；水分及气态污染物盐液滴）5、气体再加热。（温度过低－“白烟”，烟气抬升不够；循环或尾部燃烧炉）第五十一页，共八十页，2022年，8月28日吸收塔的设计1、设计依据单位时间内处理气体流量；被吸收组分吸收率或净化后气体浓度；选择合适的吸收剂；工艺操作条件。2、设计步骤：吸收塔选择；确定系统温度、压力；选择吸收剂；确定吸收剂用量；确定吸收设备主要尺寸；压力损失计算。最小液气比物料平衡相平衡传质速率方程动力学方程第五十二页，共八十页，2022年，8月28日填料塔的设计选择吸收剂；选择填料；确定控制步骤及传质系数；确定吸收剂用量；确定设备主要尺寸；压力损失计算。液体气体第五十三页，共八十页，2022年，8月28日8.4吸收法的应用1、吸收法在烟气脱硫中的应用；2、吸收法净化含氮废气；3、吸收法净化含氟废气。第五十四页，共八十页，2022年，8月28日喷淋塔填料塔湿法烟气脱硫第五十五页，共八十页，2022年，8月28日

根据世界卫生组织对60个国家10~15年的监测发现，全球污染最严重的10个城市中我国就占了8个，我国城市大气中二氧化硫和总悬浮微粒的浓度是世界上最高的。大气环境符合国家一级标准的不到1%，62%的城市大气中二氧化硫年日平均浓度超过了3级标准（100mg/m3）。全国酸雨面积已占国土资源的30%，每年因酸雨和二氧化硫污染造成的损失高达1100亿元。中国酸雨趋势不容乐观第五十六页，共八十页，2022年，8月28日

1997年下半年，世界银行环境经济专家的一份报告指出：中国环境污染的规模居世界首位，大城市的环境污染状况在目前是世界上最严重的，全球大气污染最严重的20个城市中有10个在中国。大气中的二氧化硫和氮氧化物与降水溶合成酸雨，现在中国是仅次于欧洲和北美的第三大酸雨区。大气污染严重破坏生态环境和严重危害人体呼吸系统，危害心血管健康，加大癌症发病率，甚至影响人类基因造成遗传疾病。第五十七页，共八十页，2022年，8月28日1990年12月，国务院环委会第19次会议通过了《关于控制酸雨发展的意见》1992年国务院批准在贵州、长沙等九大城市开展征收工业烧煤二氧化硫排污费和酸雨结合防治试点工作1995年8月，全国人大常委会通过了新修订的《中华人民共和国大气污染防治法》，规定在全国划定酸雨控制区和二氧化硫控制区，并在“两控区”内强化对二氧化硫和酸雨的污染控制1998年1月，国务院正式批准《酸雨控制区和二氧化硫控制区划分方案》。为了实现两控区的控制目标，国务院文件还具体规定：新建、改造烧煤含硫量大于1%的电厂，必须建设脱硫的设施。现有烧煤含硫量大于1%的电厂，要在2010年前分期分批建成脱硫设施或采取其他相应结果的减排SO2的措施。我国政府对二氧化硫和酸雨污染的控制及管理措施第五十八页，共八十页，2022年，8月28日烟气脱硫的方法根据物理及化学的基本原理，大体上可分为吸收法、吸附法、催化法三种。吸收法是净化烟气中SO2的最重要的且应用最广泛的方法。吸收法烟气脱硫也称为湿法或湿式烟气脱硫。湿法烟气脱硫的优点是脱硫效率高，设备小，投资省，易操作，易控制，操作稳定，以及占地面积小。目前常见的湿法烟气脱硫有：石灰石/石灰——石膏法抛弃法、钠洗法、双碱法及氧化镁法等。第五十九页，共八十页，2022年，8月28日湿法烟气脱硫中，SO2和吸收剂的主要化学反应第六十页，共八十页，2022年，8月28日SO2溶于水形成亚硫酸H2O+SO2

H2SO3

H++HSO3-

2H++SO32-温度升高时，反应平衡向左移动同水的反应第六十一页，共八十页，2022年，8月28日SO2易与碱性物质发生化学反应，形成亚硫酸盐。碱过剩时生成正盐；SO2过剩时形成酸式盐。2MeOH+SO2

Me2SO3+H2OMe2SO3+SO2+H2O

2MeHSO3Me2SO3+MeOH

Me2SO4+H2O亚硫酸盐不稳定，可被烟气中残留的氧气氧化成硫酸盐：Me2SO3+1/2O2

MeSO4同碱反应第六十二页，共八十页，2022年，8月28日SO2易同弱酸盐反应生成亚硫酸，继之被烟气中的氧气氧化成稳定的硫酸盐。如同石灰石反应：CaCO3+SO2+1/2H2OCaSO3·1/2H2O+CO2↑2CaSO3·1/2H2O+O2+3H2O2CaSO4·2H2O同弱酸盐反应第六十三页，共八十页，2022年，8月28日SO2同氧化剂反应生成SO3：SO2+1/2O2

SO3（催化剂）在催化剂的作用下，可加速SO2氧化成SO3的反应。在水中，SO2经催化剂作用被迅速氧化成SO3，并生成H2SO4：SO2+1/2O2+H2O

H2SO4

(加热)同氧化剂反应第六十四页，共八十页，2022年，8月28日金属氧化物，如MgO、ZnO、MnO、CuO等，对SO2均有吸收能力，再用加热的方法使吸收剂再生，并得到高浓度的SO2。这里以MgO为例加以说明：MgO+H2O

Mg(OH)2

Mg(OH)2+SO2+5H2O

MgSO3·6H2OMgSO3·6H2O

MgSO3+6H2O↑(加热)MgSO3

MgO+SO2↑(加热)吸收剂再生后可循环使用，并可回收SO2，达到高浓度的气态SO2。经液化后得到液态SO2。同金属氧化物的反应第六十五页，共八十页，2022年，8月28日目前二氧化硫减排的主要措施：1、原煤脱硫技术。可以除去燃煤中大约40％～60％的无机硫。

2、优先使用低硫燃料。如含硫较低的低硫煤和天然气等。

3、改进燃煤技术。减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如，液态化燃煤技术，它主要是利用加进石灰石和白云石，与二氧化硫发生反应，生成硫酸钙随灰渣排出。

4、烟气脱硫。目前主要用石灰法，可以除去烟气中85％～90％的二氧化硫气体，脱硫效果好但有时成本较高。例如，在火力发电厂安装烟气脱硫装置的费用，要达电厂总投资的25％之多。第六十六页，共八十页，2022年，8月28日吸收能力高。要求对SO2具有较高的吸收能力，以提高吸收速率，减少吸收剂的用量，减少设备体积和降低能耗。选择性能好。要求对SO2具有良好的选择性能，对其他组分不吸收或吸收能力很低，确保对SO2具有较高的吸收能力。挥发性低，无毒，不易燃烧，化学稳定性好，凝固点低，不发泡，易再生，粘度小，比热小。不腐蚀或腐蚀小，以减少设备投资及维护费用。来源丰富，容易得到，价格便宜。便于处理及操作，不易产生二次污染。

湿法烟气脱硫用脱硫剂的要求CaOCa（OH）2CaSO3第六十七页，共八十页，2022年，8月28日（1）湿法烟气脱硫在燃煤发电厂及中小型燃煤锅炉上获得广泛的应用，成为当今世界上燃煤发电厂采用的脱硫主导工艺技术。这是由于湿法烟气脱硫效率高、设备小、易控制、占地面积小以及适用于高中低硫煤等。目前，在国内外燃煤发电厂中，湿法烟气硫占总烟气脱硫的85%左右，并有逐年增加的趋势。在我国中小型燃煤锅炉中，湿法烟气脱硫占98%以上，接近100%。湿法烟气脱硫技术的应用

第六十八页，共八十页，2022年，8月28日（2）在国内外燃煤发电厂湿法烟气脱硫中，石灰石/石灰——石膏法、石灰石/石灰——石膏抛弃法烟气脱硫，占烟气脱硫总量的83%左右，其中石灰石/石灰——石膏法占45%以上，并有逐年增加的趋势，而石灰石/石灰——石膏抛弃法呈逐年下降的趋势。前者的副产品建筑材料石膏，对环境不造成二次污染。在我国中小型燃煤锅炉上，抛弃法烟气脱硫占主导地位，SO2一般不回收，多以硫酸盐或亚硫酸盐抛弃。湿法烟气脱硫技术的应用

第六十九页，共八十页，2022年，8月28日（3）湿法石灰石/石灰——石膏烟气脱硫中，由于石灰石来源丰富，价格比石灰低得多，多年来形成了湿法石灰石——石膏烟气脱硫技术，并在国内外燃煤发电厂中获得广泛的应用，其应用量有逐年增加的趋势。（4）