气态污染物的净化技术

第4章气态污染物的净化技术本章主要介绍气态污染物的净化方法。目前，常用的控制各种气态污染物排放的主要途径是吸收法、吸附法、催化法、燃烧法、冷凝法等。大气中的气体状态污染物又简称为气态污染物，它是以分子状态存在的，常见分子状态的气体污染物为SO2、NOx。通过学习本章，使学习者能了解各种气态污染物的净化方法及净化基本原理、净化工艺、净化设备，掌握低浓度SO2的净化技术，了解NOx的净化方法，可以利用学到的基本理论知识，对各种气态污染物提出可行的控制和处理方法。

学习指南：4.3.1吸收法净化NOx4.3NOx的净化技术按吸收剂的种类和净化原理可将液体吸收法分为水吸收法、酸吸收法、碱吸收法、氧化—吸收法、吸收—还原法及液相配合法等。4.3.1.1碱溶液吸收法1.化学原理用碱溶液(NaOH、Na2CO3、NH3·H2O等)与NOx反应，生成硝酸盐和亚硝酸盐，反应如下。2NaOH+2NO2==NaNO3十NaNO2+H2O2NaOH+NO+NO2==2NaNO2+H2ONa2CO3+2NO2==NaNO3+NaNO2+CO2Na2CO3+NO+NO2==2NaNO2+CO2当用氨水吸收NOx时，挥发性的NH3在气相与NOx和水蒸气反应生成NH4NO3和NH4NO2。2NH3+NO+NO2+H2O==2NH4NO22NH3+2NO2+H2O==NH4NO3+NH4NO22.影响吸收的因素A.废气中的氧化度NO2与NOx的体积之比称为氧化度，当氧化度为50％～60％时，吸收速率最大，吸收效率最高。B.吸收设备和操作条件

除了尾气中的氧化度对吸收效率有较大影响外，吸收设备、气速、液气比和喷淋密度等操作条件对碱液吸收效果也有一定的影响。4.3.1.2硝酸氧化--碱溶液吸收法1.化学原理用较高浓度的硝酸与NO反应可将NO氧化成NO2反应式如下：2HNO3+NO==3NO2十H2O碱与NO2反应生成硝酸盐与亚硝酸盐：2NaOH十2NO2==NaNO2十NaN3+OH2O2NaOH+NO2+NO==2NaNO2+H2O2.工艺流程硝酸氧化—碱吸收法的流程如图所示3.影响氧化效率的因素A.硝酸浓度的影响B.硝酸中N2O4含量的影响的影响C．NO的初始氧化度的影响D．NOx的初始含量E．氧化温度的影响F．气体空塔速度的影响4.3NOx的净化技术4.3.2吸附法净化NOx4.3.2.1分子筛吸附法1.分子筛吸附法2.丝光沸石吸附法工艺流程和工艺条件丝光沸石吸附NOx工艺流程见图，一般采用两个或三个吸附器，吸附和再生交替进行。1-风机；2-酸泵；3-冷却；4-丝网过滤器；5-吸附器；6-加热器；7-冷凝冷却器；8-酸计量泵；9-转子流量计用作吸附剂的分子筛有氢型丝光沸石、氢型皂沸石、脱铝丝光沸石、13X型分子筛等。丝光沸石分子筛为笼型孔洞骨架的晶体，脱水后空间十分丰富，具有很高的比表面积(一般在500—1000m2／g)，可容纳相当数量的吸附质分子，同时内表面高度极化，微孔分布单一、均匀，并有普通分子般大小，适于吸附分离不同物质的分子。分子筛吸附法工艺流程图4.3NOx的净化技术4.3.2吸附法净化NOx4.3.2.2.活性炭吸附法1.化学原理2.工艺流程图为活性炭吸附净化NOx的工艺流程，NOx尾气进入固定床吸附装置被吸附，净化后的气体排放至大气。活性炭失效后，经过再生处理可以重新使用。活性炭对低浓度的NOx有很强的吸附能力，活性炭不仅能吸附NO2，促进NO氧化成NO2，而且还可以将NOx还原为N2。活性炭吸附净化流程

1-酸洗槽；2-固定吸附床；3-再生器；4-风机4.3NOx的净化技术4.3.3选择性催化还原法该法用NH3、H2S、CO等为还原剂，通常以NH3为还原剂。其原理为：主反应4NH3十6NO→5N2十6H2O8NH3+6NO2→7N2十12H2O催化还原法是在催化剂作用下，利用还原剂将氮氧化物还原为氮气。依据还原剂是否与O2。发生反应，将催化还原法分为选择性催化还原法和非选择性催化还原法。

1.化学原理：副反应4NH3+3O2→2H2+6H2O（a）

2NH3→N2十3H2（b）4NH3+5O2→4NO+6H2O（c）2.工艺流程3.影响因素a.催化剂

b.反应温度c.空速d.还原剂用量4.3NOx的净化技术4.3.3选择性催化还原法该法用NH3、H2S、CO等为还原剂，通常以NH3为还原剂。其原理为：主反应4NH3十6NO→5N2十6H2O8NH3+6NO2→7N2十12H2O催化还原法是在催化剂作用下，利用还原剂将氮氧化物还原为氮气。依据还原剂是否与O2。发生反应，将催化还原法分为选择性催化还原法和非选择性催化还原法。

1.化学原理：副反应

4NH3+3O2→2H2+6H2O（a）

2NH3→N2十3H2（b）4NH3+5O2→4NO+6H2O（c）2.工艺流程3.影响因素a.催化剂

b.反应温度c.空速d.还原剂用量4.3NOx的净化技术(3)主要工艺控制条件处理能力40000m3／h(标准状态)NOx的进口浓度1800mg/m3(标准状态)，NOx的出口浓度200mg/m3(标准状态)气体进口温度249℃，气体出口温度273℃上段催化剂装填量4m3，下段催化剂装填量4m3转化率90%(4)主要技术经济指标主要技术经济指标如下。设备及催化剂费用28．9万元运行费用8．97万元／年热回收价值13．8万元／年处理成本0．333元／100m。4.3NOx的净化技术

(1)废气组成及排放量废气排放量为3.8×104m3／h(标准状态)，NO2的浓度为1800×10-6～2500×10-6，主要污染物是NO和NO2。工程应用实例简介：氨选择性催化还原法净化硝酸尾气中的NOx。(2)净化原理及工艺流程氨选择性催化还原法处理硝酸废气，是在铜一铬催化剂的作用下，使NH3与尾气中NOx进行选择性还原反应，将NOx还原为N2。从吸收塔中出来的废气，经过两个预热器加热至249oC，进入废气与氨气混合器，再进入反应器进行反应，处理后的废气经交换器回收能量后，由80m高的烟囱排入大气。4.3NOx的净化技术1.填空题：（1）处理NOx的方法有（）、（）、（）等多种。（2）工业上应用较多的是（）法、（）法。（3）活性炭吸附法控制在200℃以下的原因是（）；得到的再生产物是（）；（4）丝光沸石吸附法中吸附剂的再生经过（）、（）、（）、（）四个步骤完成。（5）选择性催化法的还原剂一般是（）；常用的催化剂有（）、（）、（）、（）、（）等2.简答（1）简述以丝光沸石为吸附剂吸附NOx废气的工作原理。（2）什么是催化还原法。（3）什么是选择性催化还原法。（4）简述选择性催化还原法处理NOx尾气的工艺流程。习题4.34.3NOx的净化技术4.4汽车尾气净化技术控制汽车排放的主要措施有三种．一是机内净化，二是机外净化，第三种为改变燃料组分4.4.2.1机内净化法4.4.1净化途径1.控制汽油机混合气空燃比空气和燃料按一定的比例组成的混合物称为可燃混合气．混合气中空气的质量与燃料质量比称为空燃比。混合气的空燃比对发动机的动力性、经济性、和排放性能均有很大的影响。2.控制废气再循环废气再循环系统(ExhaustGasRecirculation)简称EGR，是将一部分排气引入进气系统，和混合气一起再进入汽缸燃烧，废气再循环是控制NOx排放的主要措施。4.4.2.2机外净化法1.氧化法通过催化反应，使有害物质HC、CO转化为无害物质。这种化学反应是氧化反应，是净化方法的依据，因此称为氧化法。2.氧化还原法HC+NOx→CO2+H2O+N2CO十NOx→CO2+N2HC、CO作为还原剂被氧化，NOx作为氧化剂被还原，这是净化HC、CO、NOx的依据，因此这种方法称为氧化还原法．4.4.2净化原理4.4.4.3改变燃料性能汽车用燃料的改进可燃性气体替代燃料12可燃性液体替代燃料3常见的可燃性气体如石油液化气、天然气、工业煤气等，均可作为汽油替代燃料（1）直馏汽油（2）裂化汽油液体燃料主要有甲醇、乙醇、苯等4.4汽车尾气净化技术4.4.2.4净化材料及产品对尾气净化器所用催化剂的基本要求是：能同时净化CO、HC和NOx三种有害物质必须同时具有高温(800C以上)和低温(0℃以下)活性，以保证其在高温下不被烧结，在低温时又能发挥催化作用．1.活性物质第一代催化剂的活性组分为普通金属(Cu、Cr、Ni)氧化物第二代催化剂以贵金属铂(Pt)、钯(Pd)、铹(Rh)和铱(lr)为主要催化活性组分第三代和第四代催化剂主要是稀土金属的氧化物2.催化剂载体3.三元催化净化器在早期，汽车排气的二元净化催化剂载体主要采用氧化铝小球目前蜂窝陶瓷载体多用堇青石作原料，三元催化净化器是装有三元催化剂能够同时净化汽车排气中的HC．CO和NOx的汽车净化器．4.4汽车尾气净化技术4.4.2.5净化设备对尾气净化器所用催化剂的基本要求是：能同时净化CO、HC和NOx三种有害物质必须同时具有高温(800C以上)和低温(0℃以下)活性，以保证其在高温下不被烧结，在低温时又能发挥催化作用。（1）分层燃烧系统在分层燃烧系统中，使进入气缸的混合气浓度依次分层，在火花塞周围充有易于点燃的浓混合气(空燃比为12—13.5)以保证可靠的点火，在燃烧室的大部分区域充有稀的混合气。这样，燃烧室内总的空燃比平均在18：1以上，以减少CO和NOx的排放量。(2)发动机外安装废气净化装置①二次空气喷射②热反应器③氧化催化反应器4.4汽车尾气净化技术1.填空题：（1）汽车尾气主要排放哪三种有害气体（）、（）、（）。（2）在汽车尾气净化中三元催化剂是指（）、（）、（）。（3）目前汽车代用燃料主要有（）、()、()等。2.简答（1）对汽车尾气净化的三个途径？（2）什么是三元催化净化器？（3）什么是选择性催化还原法？。（4）汽车代用燃料是什么？（5）乙醇作为汽车代用燃料的主要优点？习题4.44.4汽车尾气净化技术4.5挥发性有机物治理技术4.5.1氧化分解技术4.3.1.1热氧化技术热氧化技术又称燃烧法，对于有毒、有害、无须回收的VOCs是一种比较彻底的处理方法，虽不能回收有用的物质，但可以回收热量。燃烧法可分为传统燃烧技术和蓄热燃烧技术，传统燃烧技术包括直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧。4.3.1.2生物净化技术（1）净化原理：其实质是附着在滤料介质中的微生物在适宜的环境条件下，利用废气中的有机成分作为营养物质和能源，维持其生命活动，将污染物经代谢分解成简单小分子物质、CO2和H2O的过程。其主要包括五个过程，即VOCs从气相传递到液相，再从液相扩散到生物膜表面，然后在生物膜内部的扩散，生物膜内的降解反应后将代谢产物排出生物膜。4.5挥发性有机物治理技术4.3.1.2生物净化技术（2）净化工艺：在废气生物净化过程中,根据系统的运转情况和微生物的存在形式,可将生物处理工艺分成悬浮生长系统和附着生长系统。常用的工艺设备:生物洗涤器、生物滴滤塔和生物过滤塔。生物洗涤器净化工艺流程生物滴滤塔工艺流程生物过滤塔工艺流程4.5挥发性有机物治理技术4.5.2回收技术回收技术是通过物理方法，在一定温度、压力下，用选择性吸收剂、吸附剂或选择性渗透膜等方法