第二章化工废气处理

第一节化工废气及其处理原则一、化工废气的分类第一类为含有无机污染物的化工废气，废气含有SO2、H2S、CO等无机物，主要来自氮肥、磷肥、无机酸、无机盐等制造业；第二类为有机废气，废气中含有苯系物、酚、醛、醇等，主要来自有机原料及合成材料、农药、染料、涂料等行业；第三类为既含无机物与含有有机物的废气，大部分石油炼制和石油化工排放的废气属于这一类。当前第1页\共有77页\编于星期五\9点二、化工废气的特点易燃易爆气体较多含有毒或腐蚀性气体浮游颗粒种类多危害大目前对环境和人类产生危害的大气污染物约有100种左右，具有普遍性的污染物有颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物等。

当前第2页\共有77页\编于星期五\9点三、大气污染物的治理技术1、气溶胶态污染物，如粉尘、烟尘、雾滴等颗粒状污染物；可利用其质量较大的特点，通过外力的作用，将其分离出来，通常称为除尘2、气态污染物，如SO2、NOx、CO等分子态污染物。可利用其物理性质和化学性质，通过采用冷凝、吸收、吸附、燃烧、催化等方法进行处理。当前第3页\共有77页\编于星期五\9点化工废气处理原则环境空气质量标准大气污染物综合排放标准当前第4页\共有77页\编于星期五\9点第二节除尘技术一、粉尘的特性粉尘本身固有的各种物理、化学性质叫做粉尘特性。与防尘方法关系最密切的有颗粒尺寸和密度，此外还有比电阻率、粘附性、粒子形状、亲水性、腐蚀性、磨损性、爆炸性、毒性等等。当前第5页\共有77页\编于星期五\9点1．粒子大小粉尘的颗粒大小不同，不但对人体和环境的危害不同，而且对粉尘的吸捕方法以及除尘器的除尘机理和性能都有很大影响，所以，粒径是粉尘的最基本特性之一当前第6页\共有77页\编于星期五\9点2．尘粒的密度

尘粒的密度对于重力除尘及离心除尘等装置的性能有很大影响。尘粒的密度有视密度和真密度之分。

当前第7页\共有77页\编于星期五\9点3．尘粒的电阻率粉尘的电阻率对电除尘器和过滤除尘装置的效率有很大的影响，当粉尘的比电阻不利于电除尘器捕尘时，需要采取措施来调节粉尘的比电阻，使其处于适合电捕集的范围。当前第8页\共有77页\编于星期五\9点改变尘粒电阻率的常用方法有：①调节温度：一般温度越高则电阻越大；②加入水分：如采取喷雾增湿，加湿后尘粒导电率增加而电阻率降低；③添加化学药品：添加化学药品可调节尘粒电阻，如在烟气中加入导电添加剂三氧化硫，可降低粉尘的电阻。当前第9页\共有77页\编于星期五\9点二除尘装置的技术性能指标粉尘的浓度处理量除尘装置的效率（总效率、分级效率）压力损失当前第10页\共有77页\编于星期五\9点1．总除尘效率的计算（1）根据除尘器进口、出口管道内烟气的流量和烟尘浓度计算已知气体进除尘装置时的含尘流量为S1，气体含尘浓度为C1除尘装置出口的含尘流量为S2，气体含尘浓度为C2，则除尘器除尘总效率η为：当前第11页\共有77页\编于星期五\9点如果除尘器进口处的气体流量为Q1（m3/s），出口处的气体流量为Q2（m3/s），则除尘器除尘总效率η也可表示为：

当前第12页\共有77页\编于星期五\9点若除尘器完全密闭，稳态等温操作，则进出除尘器的气体量不变，即Q1＝Q2时，则上式可变为：当前第13页\共有77页\编于星期五\9点（2）根据除尘器进口或出口管道内烟气流量、烟尘浓度和除尘器灰斗收集的尘量计算:式中：Mc——除尘器灰斗收集的尘量，kg/h。当前第14页\共有77页\编于星期五\9点（3）两级除尘时总效率的计算采用二级除尘时，其总效率可按下式计算：式中：η1、η2分别为第一级、第二级除尘器的除尘效率两个型号相同的除尘器串联运行时，由于它们处理粉尘的粒径不同，η1和η2是不相同的。当前第15页\共有77页\编于星期五\9点2．分级除尘效率的计算总除尘效率是除尘器在一定运行工况下对某种特性粉尘的总捕集效果。但是，对粒径分布不同的粉尘和同一特性粉尘中不同粒径的粒子，除尘器的具有不同的除尘效率。要正确评价除尘器的除尘效果，必须按粒径标定除尘器效率，这种效率称为分级效率，用ηi表示，i表示粒径的大小。一般粒径越大，则去除越容易，分级率越高；而粒径越小，捕集越困难，分级除尘效率也越低。当前第16页\共有77页\编于星期五\9点根据除尘器的进口烟尘和除尘器收尘中某一粒级的频率密度来计算式中：△η——分级效率，%；fc，fi——除尘器灰斗收入尘和进口尘某一级的频率密度，%。当前第17页\共有77页\编于星期五\9点3．除尘效率与处理烟气量的关系每一种形式的除尘装置，都有一个标准的处理气体量QH各种形式的除尘器都具有各自的特点，为了发挥不同类型除尘器的优点，实际上常常采用组合的方式，将低效率的除尘装置放在前面高效率的除尘装置放在后面。当前第18页\共有77页\编于星期五\9点4．压力损失除尘器压力损失是指除尘器气体进出口压强差，单位Pa，即指含尘气体通过除尘器的阻力，为除尘器的重要性能之一压力损失的来源有：气体的黏滞性、器壁的粗糙度、气体在除尘器内流动时产生的涡流等。W＝2.73×10-5Q△P式中：W——耗电量，kW·h；Q——气体流量，m3/h；△P——压力损失，Pa。

当前第19页\共有77页\编于星期五\9点

三除尘装置的类型类别除尘设备型式除尘效率（%）设备费用运行费用机械式除尘器重力除尘器惯性除尘器离心除尘器多管旋风除尘器40~6050~7070~9280~95少少少中少少中中湿式（洗涤式）除尘器喷淋（雾）洗涤器文丘里洗涤器自激式洗涤器（旋风）水膜洗涤器75~9590~99.585~9985~99中少中中中高较高较高电除尘器干式静电除尘器湿式静电除尘器80~99.980~99.9高高少少过滤式除尘器颗粒层除尘器袋滤式除尘器85~9980~99.9较高较高较高较高当前第20页\共有77页\编于星期五\9点1）机械式除尘器：它是在质量力(重力、惯性力、离心力)的作用下，使粉尘与气流分离沉降的装置，通常分为三类：重力除尘器（重力沉降室）、惯性力除尘器（惯性分离器）、离心力除尘器（旋风除尘器）。当前第21页\共有77页\编于星期五\9点①重力沉降室重力沉降室是利用重力沉降作用使粉尘从气流中分离的装置。优点结构简单，投资少，使用方便，维护管理容易。适用于颗粒粗、净化密度大、磨损强的粉尘。一般作为多级净化系统的预处理。当前第22页\共有77页\编于星期五\9点当前第23页\共有77页\编于星期五\9点②惯性除尘器是利用惯性力作用使粉尘从气流中分离的装置，其工作原理是以惯性分离为主，同时还有重力和离心力的作用。惯性除尘器一般分为回转式和碰撞式两类，阻挡物用档板、槽形条等当前第24页\共有77页\编于星期五\9点当前第25页\共有77页\编于星期五\9点③旋风除尘器是利用旋转气流的离心力使粉尘从含尘气流中分离的装置。旋风除尘器设备简单、占地小、效率高、适合处理较高浓度烟气，但是压力损失大、不适于腐蚀性气体。当前第26页\共有77页\编于星期五\9点当前第27页\共有77页\编于星期五\9点当前第28页\共有77页\编于星期五\9点（2）湿式（洗涤式）除尘器：在除尘设备内水通过喷嘴喷成雾状，当含尘烟气通过雾状空间时，因尘粒与液滴之间的碰撞、拦截和凝聚作用，尘粒随液滴降落下来。包括各种喷雾洗涤器、旋风水膜除尘器和文丘里洗涤器等。当前第29页\共有77页\编于星期五\9点当前第30页\共有77页\编于星期五\9点当前第31页\共有77页\编于星期五\9点当前第32页\共有77页\编于星期五\9点（3）电除尘器：静电分离是利用静电力，使粉尘从气体中分离而得到净化的方法，可用于分离0.1～1.0μm之间的低速粒子。通过三个阶段实现尘气分离：①粒子荷电②粒子沉降③粒子清除当前第33页\共有77页\编于星期五\9点当前第34页\共有77页\编于星期五\9点当前第35页\共有77页\编于星期五\9点（4）过滤式除尘器：它是利用含尘气流体通过多孔滤料层或网眼物体进行分离的装置，包括颗粒层过滤器等、袋式过滤器。这种方法效率高，操作方便，适应于含尘浓度低的气体；其缺点是维修费高，不耐高温高湿气流。当前第36页\共有77页\编于星期五\9点当前第37页\共有77页\编于星期五\9点当前第38页\共有77页\编于星期五\9点当前第39页\共有77页\编于星期五\9点以上是按除尘器的主要除尘机理进行分类，但在实际的除尘器中，为了提高除尘效率，往往采用多种除尘机理。此外，还按除尘器是否用水而分为干式除尘器与湿式除尘器两类。此外，还有一类叫做声波除尘器，高频声压波会引起颗粒强烈振动、碰撞并结合在一起，波除尘器可用于沉降室或旋风分离器中以加速液体或固体颗粒的分离。当前第40页\共有77页\编于星期五\9点四、除尘装置的选用作为除尘器的性能指标，通常有下列六项(1)含尘气体的处理量(2)除尘效率(3)压力损失(4)设备投资及运行费用(5)占地面积(6)设备可靠性和使用寿命等。当前第41页\共有77页\编于星期五\9点根据含尘气体的特性，可以从以下几方面考虑除尘装置的选择和组合。(1)若尘粒粒径较小，几微米以下粒径占多数时，应选用湿式、过滤式或电除尘式等；若粒径较大时，以10μm以上粒径占多数时，可用机械除尘器。(2)若气体含尘浓度较高时，可用机械除尘；若含尘浓度低时，可采用文丘里洗涤器；若气体的进口含尘浓度较高，而又要求气体出口的含尘浓度低时，则可采用多级除尘器串联的组合方式除尘(3)对于黏附性强的尘粒，最好采用湿式除尘器当前第42页\共有77页\编于星期五\9点(4)如采用电除尘器，尘粒的电阻率应在104～1011Ω·m范围内。另外，电除尘器只适用于500℃以下的情况。(5)气体的温度增高，黏性将增大，流动时的压力损害增加，除尘效率也会下降。但温度太低，低于露点温度时，易有水分凝出，使尘粒易黏附于滤布上造成堵塞。(6)气体的成分中如含有易燃易爆的气体时，应先将该气体去除后再除尘。当前第43页\共有77页\编于星期五\9点第三节气态污染的一般处理技术化学工业所排放废气中的主要气态污染物有二氧化硫、氮氧化物，氟化物及各种有机气体等。目前处理气态污染物的主要方法有吸收、吸附、催化转化、冷凝和燃烧等。当前第44页\共有77页\编于星期五\9点一、吸收法1．原理及分类吸收：是利用气体混合物中不同组分在吸收剂中的溶解度的不同，或者与吸收剂发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来的过程。吸收法操作简单、技术成熟、适用性强。当前第45页\共有77页\编于星期五\9点分类：气体吸收可分为物理吸收和化学吸收。（1）物理吸收：溶解的气体与溶剂或溶剂中的某种成分之间不产生明显的化学反应的吸收过程，仅仅是被吸收的气体组分溶解于液体的过程。例如用水吸收醇类和酮类物质。（2）化学吸收：溶解的气体与溶剂或与溶剂中的某种成分产生明显的化学反应的吸收过程。反应速度快，物质发生变化。从废气中去除气态污染物多用化学吸收法。例如用碱液吸收烟气中的SO2，用水吸收NOX等。当前第46页\共有77页\编于星期五\9点2．吸收液在吸收法中，选择合适的吸收液至关重要，是处理效果好坏的关键。有化学反应的吸收和单纯的物理吸收相比，前者吸收速率较大。当前第47页\共有77页\编于星期五\9点吸收液的选择应考虑以下因素：①对有害组分的溶解度尽量大，而对其余组分应尽量小；②其蒸气压应尽量低，减少其蒸发损失；③不采用腐蚀性介质；④黏度要低，比热容不大，不起泡；⑤尽可能无毒、难燃，化学稳定性好，冰点要低；⑥来源充足，价格低廉，易再生重复使用；⑦使用中有利于有害组分的回收利用。当前第48页\共有77页\编于星期五\9点用于吸收气态污染物质的吸收液有下列几种：

(a).水，用于吸收易溶的有害气体，当废气中有害物质含量很低时，水的吸收效率很低。

(b).碱性吸收液，用于吸收那些能够和碱起化学反应的有害酸性气体，如SO2、NOX、H2S、等。常用的碱吸收液有：氢氧化钠、氢氧化钙、氨水等。

(c).酸性吸收液，可以增加有害气体在稀酸中的溶解度或发生化学反应。如一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）气体能够在稀硝酸中溶解，而且其溶解度比在水中高得多。

(d).有机吸收液，用于有机废气的吸收，如洗油、聚乙醇醚、冷甲醇、二乙醇胺都可作为吸收液，并能够去除一部分酸性气体，如H2S、CO2等。当前第49页\共有77页\编于星期五\9点二、吸附法

1．原理及分类吸附是一种固体表面现象。它是利用多孔性固体吸附剂处理气态污染物，使其中的一种或几种组分，在固体吸附剂表面，在分子引力或化学键力的作用下，被吸附在固体表面，从而达到分离的目的。吸附法具有分离效率高、能回收有效组分、设备简单，操作方便，易于实现自动控制等优点当前第50页\共有77页\编于星期五\9点根据吸附过程中吸附剂和吸附质之间作用力的不同，可将吸附分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是由固体吸附剂分子与气体分子间的静电力或范德华力引起的，两者之间不发生化学作用，是一种可逆过程。化学吸附是由于固体表面与被吸附分子间的化学键力所引起，两者之间结合牢固，不易脱附。该吸附需要一定的活化能，故又称活化吸附。当前第51页\共有77页\编于星期五\9点吸附剂再生：当吸附速度和脱附速度相等时，就达到了吸附平衡。此时，被吸附物质的量不再增加，可以认为吸附剂失去了吸附能力。为使吸附剂恢复吸附能力，必须使吸附质从吸附剂上解脱下来，这种过程称为吸附剂的再生。当前第52页\共有77页\编于星期五\9点再生的方法一般有：①加热解吸再生（变温吸附）。等压下，一般吸附容量随温度升高而减少，故可在低温下吸附，然后在高温加热下吹扫脱附；②降压或真空解吸（变压吸附）。恒温下，吸附容量随压力降低而减少，则可采用加压吸附，减压或真空下脱附；③溶剂置换再生（变浓度吸附）。对不饱和烯烃类等某些热敏性吸附质，可以采用亲合力较强的解吸溶剂进行置换，使吸附质脱附，然后加热，使吸附剂再生。当前第53页\共有77页\编于星期五\9点2．吸附剂吸附剂的选择要求：工业吸附剂应具备的条件为：①具有巨大内表面积、较大的吸附容量的多孔性物质；②对不同的气体分子具有很强的吸附选择性；③吸附快且再生特性良好；④具有足够的机械强度，对酸、碱、水、高温的适应性；用于物理吸附时要有化学稳定性。⑤价格低廉，来源广泛。吸附剂的种类很多，可分为天然和合成吸附剂。常用的固体吸附剂有骨炭、硅胶、矾土（氧化铝）、沸石、焦炭和活性炭等。当前第54页\共有77页\编于星期五\9点三、催化转化方法1.原理及分类

催化净化是在催化剂作用下，将废气中气态污染物转化为无害物质排放，或者转化成其他更易除去的物质的净化方法。这种方法可直接将有害物质转变为无害的物质，可以避免二次污染，而且简化操作过程。能够用催化法进化的气态污染物有SO2、H2S、HC（碳氢化合物）、CO、苯、甲苯和NOx等。当前第55页\共有77页\编于星期五\9点催化转化法有催化氧化法和催化还原法两种。催化氧化法是使有害气体在催化剂的作用下，与空气中的氧发生化学反应，转化为无害气体的方法。如废气中的SO2在催化剂(V2O5)作用下可氧化为SO3，用水吸收变成硫酸而回收，催化还原法是使有害气体在催化剂的作用下，与还原性气体发生化学反应，转化为无害气体的方法。如废气中的NOx在催化剂(铜铬)作用下与NH3反应生成无害气体N2和H2O。当前第56页\共有77页\编于星期五\9点四、催化燃烧1．原理及分类燃烧法是通过热氧化燃烧或高温分解的原理，将废气中的可燃有害成分转化为无害物质的方法，又称为焚化法。例如含烃废气在燃烧中被氧化为无害的CO2和H2O。燃烧法分为直接燃烧和催化燃烧两类。当前第57页\共有77页\编于星期五\9点催化燃烧法与直接燃烧法相比较有许多优点：①起燃温度低。能在较低温度下迅速完全氧化分解成CO2和H2O，能耗小，②适用范围广。催化燃烧可以适用于浓度范围广、成分复杂的几乎所有含烃类有机废气及恶臭气体的治理，例如有机硫化物、氮化物、有机溶剂、酮类、醛类和脂肪酸类等；③基本上不产生二次污染。因为有机物氧化后分解成CO2和H2O，且净化率高当前第58页\共有77页\编于星期五\9点五、冷凝法1．原理冷凝法是利用不同物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一性质，采用降低系统温度或提高系统压力，使处于蒸汽状态的污染物冷凝并从废气中分离出来的过程。适用于净化浓度大的有机溶剂蒸气，还可以作为吸附、燃烧等净化高浓度废气时的预处理，以便减轻这些方法的负荷。当前第59页\共有77页\编于星期五\9点冷凝法的特点：是以净化高浓度的废气，特别是有害组分单纯的气体；可以作为燃烧与吸附净化的预处理；可用来净化含有大量废水的高温蒸汽；所需设备和操作条件比较单纯，回收物质纯度高。缺点：需要将废气冷却到很低的温度，成本较高。当前第60页\共有77页\编于星期五\9点第四节二氧化硫废气治理技术目前已经开发出200多种关于控制SO2污染的方法，按脱硫工艺与燃烧结合点可分为：燃烧前脱硫；燃烧中脱硫；燃烧后脱硫，既烟气脱硫。目前，烟气脱硫仍被认为是控制SO2污染最行之有效的途径，应用最广泛，各种脱硫方法的评价指标主要有脱硫效率、初投资、运行费用、副产品处理、二次污染程度、能否同时脱硝等等。当前第61页\共有77页\编于星期五\9点烟气脱硫FGD(FlueGasDesulfurization)是目前技术最成熟，能大规模商业化应用的脱硫方式。主要是利用各种碱性的吸收剂和吸附剂捕集烟气中的SO2将之转化为较稳定且易机械分离的硫化合物或单质硫，从而达到脱硫的目的。烟气脱硫工艺按脱硫剂和脱硫产物是固态还是液态分为干法和湿法当前第62页\共有77页\编于星期五\9点①湿法是用溶液（如水或碱性溶液）吸收烟气中的SO2，气液反应传质效果好，脱硫高,技术成熟，但脱硫产物难处理，投资较大且烟温降低不利于排放，烟气需再次耗能加热当前第63页\共有77页\编于星期五\9点②干法是用粉状或粒状脱硫剂脱除废气中SO2，按脱硫产物是否回收利用，烟气脱硫还可分为抛弃法和回收法：(1)抛弃法是将S02转化为固体产物抛弃掉，但存在残渣污染与处理问题；(2)回收法则由反应产物制取硫酸、硫磺、液体二氧化硫、化肥或石膏等有用物质。

当前第64页\共有77页\编于星期五\9点二、湿法脱除SO2技术1、氨法采用氨水或液态氨作为吸收剂，吸收SO2后生成亚硫酸铵和亚硫酸氢铵，氨可留在产品内，成为化肥。其反应如下：NH3＋H2O＋SO2NH4HSO32NH3＋H2O＋SO2(NH4)2SO3(NH4)2SO3＋H2O＋SO2→2NH4HSO3当前第65页\共有77页\编于星期五\9点(NH4)2SO3对SO2有更好的吸收能力，当NH4HSO3的比例增大，吸收能力降低，需补充氨将亚硫酸氢氨转化成亚硫酸氨，即进行吸收液再生。反应式为：NH3＋NH4HSO3→(NH4)2SO3这种方法的优点是费用低；缺点是氨易挥发，使吸收剂的消耗量增加。根据对脱硫后浆液的不同处理方法，可将氨法脱硫工艺分为不同分为氨-硫酸铵法、氨-亚硫酸铵法。当前第66页\共有77页\编于星期五\9点（1）酸分解法（又称为氨-酸法）吸收液由过量的硫酸分解，再用氨中和以获得硫酸铵，同时制得SO2气体。其反应如下：(NH4)2SO3＋H2SO4→(NH4)2SO4＋SO2＋H2O2NH4HSO3＋H2SO4→(NH4)2SO4＋2SO2＋2H2OH2SO4＋2NH3→(NH4)2SO4当前第67页\共有77页\编于星期五\9点（2）空气氧化法与氨-酸法的区别是：将引出一部分吸收液至混合器内，不是与浓硫酸混合，而是加入氨，使亚硫酸氢铵全部转变为亚硫酸铵，然后再送入氧化塔，向塔内鼓入10kg/cm2压力的空气，将亚硫酸铵氧化为硫酸铵

当前第68页\共有77页\编于星期五\9点（3）氨-亚硫酸铵法该法也是将吸收液用氨中和，将亚硫酸氢铵转变为亚硫酸铵；与氨-酸法的区别在于该法不再将亚硫酸铵用空气氧化成硫酸铵，而是直接去制取亚硫酸铵结晶，分离出亚硫酸铵产品，而不是硫酸氨。当前第69页\共有77页\编于星期五\9点2、钠碱法该法是以碳酸钠或碳酸氢钠溶液作为吸收剂吸收烟气中的SO2。优点是：可用固体吸收剂，而且阳离子是非挥发性的；不存在吸收剂在洗涤过程中的挥发产生氨雾问题；钠盐溶解度比较大，因此吸收系统不存在结垢、堵塞等问题，吸收能力比较强。缺点是碱的成本相对较高。当前第70页\共有77页\编于星期五\9点其反应过程如下：2NaOH＋SO2→Na2SO3＋H2ONa2SO3＋SO2＋H2O→2NaHSO32NaHSO3＋2NaOH→2Na2SO3＋2H2O该法工艺：含SO2的废气经除尘、冷却后进入吸收塔，在吸收塔内SO2被NaOH溶液所吸收。废气先经过除尘可以防止吸收塔堵塞；冷却的目的时可以提高吸收效率。当前第71页\共有77页\编于星期五\9点流程：