環(huán)境工程學(xué)：第七章氣體污染物控制

1、第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制 第一節(jié) 吸收凈化 第二節(jié) 吸附凈化 第三節(jié) 催化凈化 第四節(jié) 燃燒凈化 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制 吸收吸收是利用氣體混合物中不同組分在吸收劑中是利用氣體混合物中不同組分在吸收劑中 溶解度的不同，或與吸收劑發(fā)生選擇性化學(xué)反應(yīng)，溶解度的不同，或與吸收劑發(fā)生選擇性化學(xué)反應(yīng)， 從而將有害組分從氣流中分離出來的過程。從而將有害組分從氣流中分離出來的過程。 特點特點：捕集效率高、設(shè)備簡單、一次性投資低，：捕集效率高、設(shè)備簡單、一次性投資低， 廣泛用于氣態(tài)污染物處理。廣泛用于氣態(tài)污染物處理。 專一性專一性 吸收效率高吸收效率高 吸收速度快吸收速度

2、快 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制 吸收類型吸收類型 物理吸收時，常用亨利定律來描述氣液相間的平衡。物理吸收時，常用亨利定律來描述氣液相間的平衡。 常壓或低壓常壓或低壓 稀溶液稀溶液 物理吸收物理吸收 iii xEp iii pHc 化學(xué)吸收時的氣液平衡關(guān)系：化學(xué)吸收時的氣液平衡關(guān)系： 化學(xué)消耗物理平衡 AAcA 溶解于溶劑溶解于溶劑 的溶質(zhì)量的溶質(zhì)量 與氣相濃度物理平與氣相濃度物理平 衡相對應(yīng)的溶質(zhì)量衡相對應(yīng)的溶質(zhì)量 由于化學(xué)反應(yīng)由于化學(xué)反應(yīng) 消耗的溶質(zhì)量消耗的溶質(zhì)量 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制 A氣 氣 A液 液 B溶劑 溶劑 M液 液 K MAcA AA pH

3、A BA M K )1 (BKpHc AAA A氣 氣 M+ N-A液 液 K MAcA A NM K AKM AAAAA pKHpHc A氣 氣 A液 液 B液 液 M液 液 K MMAcA AA pHA )1( xA x BA M K AA AA BA PKH PKH cc 1 0 雙膜理論雙膜理論 )()( AiAGAGAiAG G AG A ppkpp z D N )()( ALAiALALAi L AL A cckcc z D N )()( ALAALAAGAGA cckppkN 氣膜氣膜 界面界面 液膜液膜 AiAiA pHc 界面氣液平衡界面氣液平衡 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制

4、氣態(tài)污染物控制 類類 型型原原 理理 液膜表面吸收器液膜表面吸收器 氣、液兩相在固定表面氣、液兩相在固定表面 上進行吸收上進行吸收 氣泡表面吸收器氣泡表面吸收器 氣相以氣泡形式分散于氣相以氣泡形式分散于 大量液相中進行吸收大量液相中進行吸收 液滴表面吸收器液滴表面吸收器 利用摩擦力和慣性力使利用摩擦力和慣性力使 液體呈液滴分散于氣相液體呈液滴分散于氣相 中進行吸收的設(shè)備中進行吸收的設(shè)備 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制 篩板塔篩板塔氣泡氣泡填料塔填料塔液膜液膜 噴霧塔噴霧塔液滴液滴 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制 吸附吸附是利用多孔固體表面存在的未平衡的分子引力是利用多孔

5、固體表面存在的未平衡的分子引力 或化學(xué)鍵力，將氣體混合物中某一組分或某些組分或化學(xué)鍵力，將氣體混合物中某一組分或某些組分 吸留在固體表面上，從而分離氣體混合物的過程。吸留在固體表面上，從而分離氣體混合物的過程。 特點特點：捕集效率高、能回收有用組分、設(shè)備簡單、：捕集效率高、能回收有用組分、設(shè)備簡單、 操作方便、易于自動控制，但吸收容量一般不高。尤操作方便、易于自動控制，但吸收容量一般不高。尤 其適于分離低濃度有害氣體或處理排放標(biāo)準(zhǔn)要求嚴格其適于分離低濃度有害氣體或處理排放標(biāo)準(zhǔn)要求嚴格 的廢氣。的廢氣。 吸附劑吸附劑吸附質(zhì)吸附質(zhì) 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制 作用力作用力反應(yīng)溫度反

6、應(yīng)溫度 吸附熱吸附熱選擇性選擇性可逆性可逆性吸附層吸附層 物理吸附物理吸附范德華力范德華力低溫低溫小小無無可逆可逆單單/多分子層多分子層 化學(xué)吸附化學(xué)吸附化學(xué)鍵力化學(xué)鍵力較高溫較高溫大大有有不可逆不可逆單分子層單分子層 1、物理吸附與化學(xué)吸附、物理吸附與化學(xué)吸附 2、吸附劑、吸附劑 （1）比表面積大、吸附容量大、選擇性好；）比表面積大、吸附容量大、選擇性好； （2）具有一定的粒度、較高的機械強度、化學(xué)）具有一定的粒度、較高的機械強度、化學(xué)/熱穩(wěn)定性；熱穩(wěn)定性； （3）來源廣泛、價格低廉。）來源廣泛、價格低廉。 3、吸附劑再生、吸附劑再生 （1）加熱解吸；（）加熱解吸；（2）降壓或真空解吸；（）

7、降壓或真空解吸；（3）置換再生）置換再生 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制 半連續(xù)吸附流程半連續(xù)吸附流程 A1吸附循環(huán)吸附循環(huán) A2解吸循環(huán)解吸循環(huán) 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制 回轉(zhuǎn)吸附床回轉(zhuǎn)吸附床 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制 流化床吸附裝置流化床吸附裝置 1、塔板、塔板 2、溢流堰、溢流堰 3、加熱器、加熱器 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制 催化催化是使氣態(tài)污染物通過催化劑床層，經(jīng)歷催化是使氣態(tài)污染物通過催化劑床層，經(jīng)歷催化 反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)或易于處理和回收利用的物反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)或易于處理和回收利用的物 質(zhì)的方法。質(zhì)的方法。 特點特

8、點：（：（1）無需使污染物與主氣流分離，避免了）無需使污染物與主氣流分離，避免了 它法可能產(chǎn)生的二次污染，又使操作過程簡化；它法可能產(chǎn)生的二次污染，又使操作過程簡化； （2）對不同濃度的污染物均有較高的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)）對不同濃度的污染物均有較高的轉(zhuǎn)化率，應(yīng) 用廣泛；用廣泛； （3）催化劑價格較高，廢氣預(yù)熱耗能。）催化劑價格較高，廢氣預(yù)熱耗能。 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制 催化作用催化作用 化學(xué)反應(yīng)速率因加入某種物質(zhì)而化學(xué)反應(yīng)速率因加入某種物質(zhì)而 改變，而加入物質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)在反應(yīng)終了時卻改變，而加入物質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)在反應(yīng)終了時卻 不變的作用。不變的作用。 催化劑催化劑 正催化正催化

9、 加快化學(xué)反應(yīng)速率的催化作用。加快化學(xué)反應(yīng)速率的催化作用。 降低活化能降低活化能 催化劑催化劑 由主活性物質(zhì)、載體和助催劑組成。由主活性物質(zhì)、載體和助催劑組成。 1、提供大的比表面積，節(jié)約主活性物質(zhì)，提高催化劑活性、提供大的比表面積，節(jié)約主活性物質(zhì)，提高催化劑活性 2、增大催化劑的機械強度、導(dǎo)熱性及熱穩(wěn)定性，延長其壽命、增大催化劑的機械強度、導(dǎo)熱性及熱穩(wěn)定性，延長其壽命 1、外擴散過程、外擴散過程反應(yīng)物從氣流主體擴散到催化劑外表面；反應(yīng)物從氣流主體擴散到催化劑外表面； 2、內(nèi)擴散過程、內(nèi)擴散過程反應(yīng)物進一步向催化劑的微孔內(nèi)擴散；反應(yīng)物進一步向催化劑的微孔內(nèi)擴散； 3、吸附過程、吸附過程反應(yīng)物在

10、催化劑表面上被吸附；反應(yīng)物在催化劑表面上被吸附； 4、表面反應(yīng)過程、表面反應(yīng)過程反應(yīng)物在催化劑表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；反應(yīng)物在催化劑表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)； 5、脫附過程、脫附過程反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑表面上脫附下來；反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑表面上脫附下來； 6、內(nèi)擴散過程、內(nèi)擴散過程反應(yīng)產(chǎn)物從微孔內(nèi)擴散到催化劑外表面；反應(yīng)產(chǎn)物從微孔內(nèi)擴散到催化劑外表面； 7、外擴散過程、外擴散過程反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑外表面擴散到主氣流；反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑外表面擴散到主氣流； 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制 1、采用、采用V2O5作為活性組分，以作為活性組分，以K2SO4作助催化劑，將高濃度作助催化劑，將高濃度 SO2 煙氣中的

11、煙氣中的SO2氧化為氧化為SO3，再吸收生成硫酸；，再吸收生成硫酸； 2、用、用H2S作還原劑，在浸漬硅酸鹽的活性炭存在下，可將作還原劑，在浸漬硅酸鹽的活性炭存在下，可將 SO2 催化氧化成元素硫；催化氧化成元素硫； 3、采用還原劑將硝酸尾氣中的、采用還原劑將硝酸尾氣中的NOx還原成無害的還原成無害的N2； 4、在貴金屬催化劑或金屬氧化物地作用下，利用汽車排氣中、在貴金屬催化劑或金屬氧化物地作用下，利用汽車排氣中 的的CO將將NOx還原成還原成N2，而，而CO被氧化為被氧化為CO2； 5、一些惡臭物質(zhì)和含碳氫化合物的廢氣常采用催化燃燒法將、一些惡臭物質(zhì)和含碳氫化合物的廢氣常采用催化燃燒法將 其

12、銷毀其銷毀 ； 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制 燃燒燃燒是通過熱氧化作用將廢氣中的可燃有害成分轉(zhuǎn)是通過熱氧化作用將廢氣中的可燃有害成分轉(zhuǎn) 化為無害或易于進一步處理和回收的物質(zhì)的方法?；癁闊o害或易于進一步處理和回收的物質(zhì)的方法。 特點特點：（：（1）工藝簡單、操作方便、可回收含烴廢）工藝簡單、操作方便、可回收含烴廢 氣的熱能；氣的熱能； （2）廣泛用于高濃度有機廢氣的處理；）廣泛用于高濃度有機廢氣的處理； （3）廢氣中可燃組分含量低時，需預(yù)熱耗能，注）廢氣中可燃組分含量低時，需預(yù)熱耗能，注 意熱能回收。意熱能回收。 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制 1、空燃比、空燃比 空氣

13、與燃料的質(zhì)量比空氣與燃料的質(zhì)量比 2、爆炸極限濃度范圍、爆炸極限濃度范圍 CmHn + (m+n/4)O2mCO2 + (n/2)H2O + Q nm n m 12 ) 4 (76. 497.28 A F 321 1 C c C b C a C m 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制 氧化氧化 ？ 燃燒燃燒 ？ 爆炸爆炸 各類燃燒的特點各類燃燒的特點 燃燒種類燃燒種類直接燃燒直接燃燒熱力燃燒熱力燃燒催化燃燒催化燃燒 燃燒溫度燃燒溫度 預(yù)熱至預(yù)熱至1100進行氧化反應(yīng)進行氧化反應(yīng) 預(yù)熱至預(yù)熱至600800進行氧化進行氧化 反應(yīng)反應(yīng) 預(yù)熱至預(yù)熱至200400進行催進行催 化氧化反應(yīng)化氧化反

14、應(yīng) 燃燒狀態(tài)燃燒狀態(tài) 在高溫下滯留短時間生成明在高溫下滯留短時間生成明 亮火焰亮火焰 在高溫下停留一定時間，不在高溫下停留一定時間，不 生成火焰生成火焰 與催化劑接觸，不生成火焰與催化劑接觸，不生成火焰 特特 點點 不需預(yù)熱，能回收廢氣中的不需預(yù)熱，能回收廢氣中的 熱能。只用于濃度高于爆炸熱能。只用于濃度高于爆炸 下限的氣體下限的氣體 預(yù)熱耗能較多，燃燒不完全預(yù)熱耗能較多，燃燒不完全 時產(chǎn)生惡臭，可用于各種氣時產(chǎn)生惡臭，可用于各種氣 體燃燒體燃燒 預(yù)熱耗能較少，催化劑較貴，預(yù)熱耗能較少，催化劑較貴， 不能用于催化劑中毒的氣體不能用于催化劑中毒的氣體 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制 直接燃燒直接燃燒 火炬燃燒器火炬燃燒器 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制 熱力燃燒熱力燃燒 配焰燃燒爐配焰燃燒爐 離焰燃燒爐離焰燃燒爐 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制 催化燃燒催化燃燒 有熱回收的催化燃燒過程有熱回收的催化燃燒過程 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制 1、吸收凈