气态污染物的治理吸收法课件.ppt
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- 气态 污染物 治理 吸收 课件
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1、气态污染物的治理气态污染物的治理 吸收法吸收法 吸附法吸附法 冷凝法冷凝法 催化转化法催化转化法 燃烧法燃烧法 生物净化法生物净化法 膜分离法膜分离法 气态污染物的其他治理方法气态污染物的其他治理方法 大气污染综合防治大气污染综合防治 吸收法是通过吸收法是通过扩散方式扩散方式将废气中气态污染物转移将废气中气态污染物转移到液相,形成溶解的水合物或某种新化合物。到液相,形成溶解的水合物或某种新化合物。吸附法是通过吸附法是通过分子力分子力作用使废气中某些组分向多作用使废气中某些组分向多孔固体介质孔固体介质(吸附剂吸附剂)的表面聚集,以达到分离的的表面聚集,以达到分离的目的。目的。燃烧法是通过燃烧将燃
2、烧法是通过燃烧将可燃性可燃性气态污染物转变为无气态污染物转变为无害物质。害物质。催化转化法是在催化转化法是在催化剂催化剂的作用下,将废气中气态的作用下,将废气中气态污染物化为非污染物或其他易于清除的物质。污染物化为非污染物或其他易于清除的物质。冷凝法是利用冷凝法是利用气体沸点气体沸点不同,通过冷凝将气态不同,通过冷凝将气态污染物分离。污染物分离。生物法主要依靠生物法主要依靠微生物的生化降解微生物的生化降解作用分解污作用分解污染物。染物。膜分离法利用膜分离法利用不同气体透过特殊薄膜的不同速不同气体透过特殊薄膜的不同速度度,使某种气体组分得以分离。,使某种气体组分得以分离。电子辐射电子辐射-化学净
3、化法则是利用化学净化法则是利用高能电子射线高能电子射线激活、电离、裂解废气中的各组分,从而发生激活、电离、裂解废气中的各组分,从而发生氧化等一系列化学反应,将污染物转化为非污氧化等一系列化学反应,将污染物转化为非污染物。染物。吸收法吸收法 吸收原理吸收原理 吸收液吸收液 吸收设备吸收设备 吸收法在气态污染物治理中的应用吸收法在气态污染物治理中的应用特点特点1 1、处理气量较大,而其中所含气态污染物的浓度、处理气量较大,而其中所含气态污染物的浓度又较低。又较低。2 2、废气中气态污染物成分较复杂。、废气中气态污染物成分较复杂。3 3、多数情况下,吸收过程仅是将污染物由气相转、多数情况下,吸收过程
4、仅是将污染物由气相转入液相,还需对吸收液作进一步处理,以免产生入液相,还需对吸收液作进一步处理,以免产生二次污染。二次污染。4 4、综合利用,将废物资源化。、综合利用,将废物资源化。一个完整的吸收分离过程一般包括一个完整的吸收分离过程一般包括吸收和解吸吸收和解吸两部分。两部分。吸收与解吸吸收与解吸 解吸:从溶液中释放出溶解吸收的溶质气体的操解吸:从溶液中释放出溶解吸收的溶质气体的操作作 方法:方法:加热,因温度升高,溶解度降低;加热,因温度升高,溶解度降低;减压,因压力降低,溶解度降低;减压,因压力降低,溶解度降低;惰性气体与溶液逆流接触,一般采用过热蒸汽,惰性气体与溶液逆流接触,一般采用过热
5、蒸汽,一方面由于较高温度,另一方面由于惰性气体一方面由于较高温度,另一方面由于惰性气体可以降低溶质气体的分压,从而带出溶质气体。可以降低溶质气体的分压,从而带出溶质气体。吸收原理吸收原理物理吸收原理物理吸收原理 吸收过程的相平衡吸收过程的相平衡 机理(双膜理论)机理(双膜理论)化学吸收原理化学吸收原理 化学反应对相平衡的影响化学反应对相平衡的影响 机理(双膜理论)机理(双膜理论)由于工业废气往往是气量大、气态污由于工业废气往往是气量大、气态污染物含量低、净化要求高,物理吸收染物含量低、净化要求高,物理吸收难于满足要求,化学吸收常常成为首难于满足要求,化学吸收常常成为首选的方案。选的方案。上式表
6、示溶液的浓度低于一定数值时溶质的平衡分压与它在上式表示溶液的浓度低于一定数值时溶质的平衡分压与它在溶液中的摩尔分率成正比。亨利系数溶液中的摩尔分率成正比。亨利系数E E值较大表示溶解度较小。一值较大表示溶解度较小。一般般E E值随温度的升高而增大。值随温度的升高而增大。P Pe e=E=EX X 式中式中:P:Pe e-溶质在气相中的平衡分压溶质在气相中的平衡分压,kPakPa;X X-溶质在液相中的摩尔分率溶质在液相中的摩尔分率 E-E-享利系数,享利系数,kPakPa 气液相平衡气液相平衡EMH 溶液的密度溶液的密度,kg/mkg/m3 3 ;M M溶液的平均分子量溶液的平均分子量,kg/
7、kg/kmolkmol P Pe e=C/H=C/H式中:式中:C C液相中溶质的摩尔浓度液相中溶质的摩尔浓度,kmolkmol/m/m3 3;H H溶解度系数溶解度系数,kmol/m,kmol/m3 3kPa;kPa;在亨利定律适用的范围内在亨利定律适用的范围内,H H是温度的函数是温度的函数,而与而与P Pe e或或C C无无关。对于一定的溶质和溶剂,关。对于一定的溶质和溶剂,H H值一般随温度升高减小。易溶值一般随温度升高减小。易溶气体气体H H值较大,难溶气体值较大,难溶气体H H值较小。值较小。亨利定律的其它形式亨利定律的其它形式(1)(1)气相用平衡分压,液相用物质的量浓度表示气相
8、用平衡分压,液相用物质的量浓度表示 y ye e=m=mx x 式中:式中:x x溶质在液相中的摩尔分率;溶质在液相中的摩尔分率;y ye e与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分率;与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分率;m m相平衡常数相平衡常数,无因次。无因次。m=E/Pm=E/P 上式中上式中P P为系统总压,为系统总压,值越大,表示溶解度越小。值越大,表示溶解度越小。(2)(2)溶质在液相和气相中的浓度分别用摩尔分率溶质在液相和气相中的浓度分别用摩尔分率x x、y y表表示示xxX1液相中溶剂的摩尔数液相中溶质的摩尔数yyY1数气相中惰性组分的摩尔气相中溶质的摩尔数XmmXYe)1(1当溶
9、液浓度很低时当溶液浓度很低时,上式右端分母约等于上式右端分母约等于1,1,于是上式可简化为于是上式可简化为:Y Ye e=mXmX (3)(3)对于低浓度气体吸收,两相的组成通常用物质的对于低浓度气体吸收,两相的组成通常用物质的量比来表示量比来表示(一)化学吸收的气液平衡(一)化学吸收的气液平衡双膜理论双膜理论双膜理论是惠特曼在双膜理论是惠特曼在19231923年提出的一个描述气液两相的物年提出的一个描述气液两相的物质传递理论,它假定:质传递理论,它假定:在气、液两相接触处有一随时保持平衡状态的相界面;在气、液两相接触处有一随时保持平衡状态的相界面;在气液相界面附近,分别存在一个无对流作用非常
10、稳定在气液相界面附近,分别存在一个无对流作用非常稳定的层流(滞流)薄膜,即气膜和液膜,薄膜内存在浓度的层流(滞流)薄膜,即气膜和液膜,薄膜内存在浓度梯度,物质传递主要依靠分子扩散;梯度,物质传递主要依靠分子扩散;薄膜外气液两相各自的主体为湍流,不存在浓度梯度,薄膜外气液两相各自的主体为湍流,不存在浓度梯度,物质主要通过对流传递;物质主要通过对流传递;传质过程只在气液薄膜中有分子扩散阻力,相界面上和传质过程只在气液薄膜中有分子扩散阻力,相界面上和湍流主体中不存在传质阻力,因此传递速质取决于两膜湍流主体中不存在传质阻力,因此传递速质取决于两膜的阻力大小。的阻力大小。传质过程是传质过程是:被吸收组分
11、从气相主体对流扩散到气膜表面,被吸收组分从气相主体对流扩散到气膜表面,再以分子扩散通过气膜到达相界面,再以分子扩散通过气膜到达相界面,进入液膜后又以分子扩散通过液膜,进入液膜后又以分子扩散通过液膜,最后通过对流扩散进入液相主体,最后通过对流扩散进入液相主体,直到气液两相完全平衡后传质停止。直到气液两相完全平衡后传质停止。强化传质过程的因素有:强化传质过程的因素有:提高可吸收组分提高可吸收组分A A的分压的分压p pA A或降低溶液中组分或降低溶液中组分A A的浓度的浓度c cA A,均可增加传质动力;,均可增加传质动力;增大传质界面增大传质界面F F可增加质量传递,如细化喷淋可增加质量传递,如
12、细化喷淋的吸收液液滴以增大总传质面积;的吸收液液滴以增大总传质面积;延长气液的接触时间延长气液的接触时间t t,如通过控制气流速度,如通过控制气流速度来确定;来确定;增大总传质系数增大总传质系数K K,即减小传质阻力,可以明,即减小传质阻力,可以明显强化传质过程。显强化传质过程。传质吸收过程的判断传质吸收过程的判断根据相平衡的概述,可以判断气液接触时溶根据相平衡的概述,可以判断气液接触时溶质的传质方向,即溶质是由气相传到液相质的传质方向,即溶质是由气相传到液相(被吸收),还是从液相传到气相(被解(被吸收),还是从液相传到气相(被解吸)。吸)。现以一传质设备来说明传质过程的进行。现以一传质设备来
13、说明传质过程的进行。y y1 1、y y2 2分别表示进、出口气相中溶质的浓度;分别表示进、出口气相中溶质的浓度;x x1 1、x x2 2分别表示进、出口液相中溶质的浓度;分别表示进、出口液相中溶质的浓度;x x2 2*、y y2 2*分别表示进、出口气、液相中溶质的分别表示进、出口气、液相中溶质的平衡浓度。平衡浓度。若测得若测得 yyiyyi*,则该组分将被溶液,则该组分将被溶液吸收吸收吸收过程;吸收过程;若测得若测得yyyiyi*,则该组分将,则该组分将从溶液中解吸出来从溶液中解吸出来解解吸过程。吸过程。同理:同理:xxixxixxi*解吸过程。解吸过程。传质设备 排液x2、x2*排气y
14、2、y2*进液x1 进气y1 化学吸收机理化学吸收机理双膜理论(双膜理论(P198P198)快速反应快速反应 慢速反应慢速反应吸收液吸收液 吸收液的选择吸收液的选择 溶解性、选择性、挥发性、粘度、无毒、利溶解性、选择性、挥发性、粘度、无毒、利于有害组分的吸收于有害组分的吸收 吸收液的种类吸收液的种类 水、碱性吸收液、酸性吸收液、有机吸收液水、碱性吸收液、酸性吸收液、有机吸收液水是常用的吸收剂。常用于净化煤气中的水是常用的吸收剂。常用于净化煤气中的COCO2 2和和废气中的废气中的SOSO2 2、HFHF、S Si iF F4 4以及去除以及去除NHNH3 3和和HClHCl等。等。优点:加压和
15、低温下吸收,降压和升温下解吸,优点:加压和低温下吸收,降压和升温下解吸,价廉易得,流程设备简单。价廉易得,流程设备简单。缺点:净化效率低,设备庞大,动力消耗大。缺点:净化效率低,设备庞大,动力消耗大。碱金属钠、钾、铵或碱土金属钙、镁等的溶液,碱金属钠、钾、铵或碱土金属钙、镁等的溶液,也是很有效的吸收剂。它们能与气态污染物也是很有效的吸收剂。它们能与气态污染物SOSO2 2、HClHCl、HFHF、NOxNOx等发生化学反应,因而吸收能力大等发生化学反应,因而吸收能力大大增加,净化效率高,液气比低。大增加,净化效率高,液气比低。例如用水或碱液净化气体中的例如用水或碱液净化气体中的H H2 2S
16、S时,理论值可推时,理论值可推算出:算出:H H2 2S S在在pH=9pH=9的碱液中的溶解度为的碱液中的溶解度为pH=7pH=7的中的中性水的性水的5050倍;倍;H H2 2S S在在pH=10pH=10的碱液中的溶解度为的碱液中的溶解度为pH=7pH=7的中性水的的中性水的500500倍。倍。缺点:缺点:化学吸收流程长,设备较多,操作也较复化学吸收流程长,设备较多,操作也较复杂,吸收剂价格较贵,同时由于吸收能力杂,吸收剂价格较贵,同时由于吸收能力强,吸收剂不易再生。强,吸收剂不易再生。酸性吸收液酸性吸收液 有机吸收液有机吸收液吸收设备吸收设备 表面吸收器(表面吸收器(P200P200)
17、列管式液膜吸收器列管式液膜吸收器 填料塔填料塔 板式塔板式塔 降液管式降液管式 穿流式塔板穿流式塔板 其他型式其他型式吸收装置主要是塔式容器,应满足下列基本要求:吸收装置主要是塔式容器,应满足下列基本要求:气液接触面大,接触时间长;气液接触面大,接触时间长;气液之间扰动强烈,吸收效率高;气液之间扰动强烈,吸收效率高;流动阻力小,工作稳定;流动阻力小,工作稳定;结构简单,维修方便,投资和运行维修费用低结构简单,维修方便,投资和运行维修费用低具有抗腐蚀和防堵塞能力。具有抗腐蚀和防堵塞能力。常用的吸收装置有填料塔、湍流塔、板式塔、喷常用的吸收装置有填料塔、湍流塔、板式塔、喷淋塔、和文丘里吸收器等。淋
18、塔、和文丘里吸收器等。(一)填料塔(一)填料塔1 1、工作流程:吸收液体由、工作流程:吸收液体由上部喷头喷入,被吸收气上部喷头喷入,被吸收气体由下部送入,气液在中体由下部送入,气液在中间填料层中充分接触,净间填料层中充分接触,净化的气体从顶部排出,吸化的气体从顶部排出,吸收后的液体从底部排出。收后的液体从底部排出。2 2、特点、特点 结构简单、造价低、耐结构简单、造价低、耐腐蚀、耐高温、适应性腐蚀、耐高温、适应性强、气体阻力小、能耗强、气体阻力小、能耗低,但含尘浓度较高时低,但含尘浓度较高时会堵塞填料,且吸收率会堵塞填料,且吸收率不算太高。不算太高。(二)板式塔(二)板式塔1 1、工作过程:吸
19、收液、工作过程:吸收液体由上部喷头喷入,体由上部喷头喷入,被吸收气体由下部送被吸收气体由下部送入,气液在中间塔板入,气液在中间塔板层相互接触。常用的层相互接触。常用的塔板有筛孔板、斜孔塔板有筛孔板、斜孔板、筛网等。板、筛网等。2 2、特点:吸收效率高等。、特点:吸收效率高等。缺点是板孔容易堵塞,缺点是板孔容易堵塞,吸收过程必须保持恒定吸收过程必须保持恒定的作业条件,且体积大,的作业条件,且体积大,构造复杂,造价较高。构造复杂,造价较高。(三)喷雾塔(三)喷雾塔 气体在设备内与液体接气体在设备内与液体接触,主要有普通喷雾塔触,主要有普通喷雾塔以及文丘里除尘器和冷以及文丘里除尘器和冷却器使用,但吸
20、收效率却器使用,但吸收效率较低。较低。(四)湍球塔(四)湍球塔 以轻质小球作为气液以轻质小球作为气液接触的媒体,轻质小球接触的媒体,轻质小球放置在筛板上。它处理放置在筛板上。它处理气量大,设备体积小,气量大,设备体积小,但小球磨损严重。但小球磨损严重。吸收法在气态污染物治理中的应用吸收法在气态污染物治理中的应用 烟气中的二氧化硫的脱除烟气中的二氧化硫的脱除 氨酸法氨酸法/钠碱法钠碱法/海水脱硫海水脱硫 废气中的氮氧化物的脱除废气中的氮氧化物的脱除 氨碱溶液两段吸收法氨碱溶液两段吸收法/亚硫酸氨吸收法亚硫酸氨吸收法燃煤锅炉烟气脱硫工艺燃煤锅炉烟气脱硫工艺 此类烟气主要特点:含尘量大,温度较高,此
21、类烟气主要特点:含尘量大,温度较高,SOSO2 2浓度浓度低,气量大,因而锅炉烟气脱低,气量大,因而锅炉烟气脱S S工艺中加有除尘,调温工艺中加有除尘,调温等预处理过程。等预处理过程。目前应用较多的方法有:石灰目前应用较多的方法有:石灰/石灰石法、氧化镁石灰石法、氧化镁法、钠碱法、氨吸收法、亚硫酸钠法、柠檬酸钠法等。法、钠碱法、氨吸收法、亚硫酸钠法、柠檬酸钠法等。(一)石灰(一)石灰/石灰石法石灰石法石灰石是最早作为废气脱石灰石是最早作为废气脱S S的吸收剂之一,目前应的吸收剂之一,目前应用较普遍的是湿式石灰用较普遍的是湿式石灰/石灰石石灰石-石膏法、改进的石灰石膏法、改进的石灰/石灰石法和喷
22、雾干燥法,最初采用的是干式抛弃法,投石灰石法和喷雾干燥法,最初采用的是干式抛弃法,投资和运行费用低,但存在脱资和运行费用低,但存在脱S S率低,增加除尘设备的负率低,增加除尘设备的负荷等缺点,近年来重点转向湿式洗涤法和喷雾干燥法。荷等缺点,近年来重点转向湿式洗涤法和喷雾干燥法。1 1、湿式石灰、湿式石灰/石灰石石灰石-石膏法石膏法 利用石灰或石灰石浆液作为洗涤液吸收净化烟道气利用石灰或石灰石浆液作为洗涤液吸收净化烟道气中的中的SOSO2 2并副产石膏。并副产石膏。优点:吸收剂价廉易得;副产物石膏可回收用作建优点:吸收剂价廉易得;副产物石膏可回收用作建筑材料;筑材料;缺点:易发生设备结垢堵塞或磨
23、损设备。解决这个缺点:易发生设备结垢堵塞或磨损设备。解决这个问题最有效的办法是在吸收液中加入添加剂,目前工业问题最有效的办法是在吸收液中加入添加剂,目前工业上采用添加剂有:氯化钙(上采用添加剂有:氯化钙(CaClCaCl2 2)、)、MgMg2+2+、已二酸、氨已二酸、氨等。加入添加剂后,不仅能抑制结垢和堵塞现象,而且等。加入添加剂后,不仅能抑制结垢和堵塞现象,而且还能提高吸收效率。还能提高吸收效率。在吸收塔内主要反应如下:在吸收塔内主要反应如下:23222322322322322212121212121HSOCaOHSOOHCaSOCOOHCaSOOHSOCaCOOHOHCaSOSOOHCa
24、(1 1)反应原理:分为吸收和氧化两个工序。)反应原理:分为吸收和氧化两个工序。吸收过程:吸收过程:OHCaSOSO23221由于烟气中含有氧,有如下副反应发生:由于烟气中含有氧,有如下副反应发生:氧化过程:氧化过程:在氧化塔内,主要反应如下:在氧化塔内,主要反应如下:OHCaSOOHOOHCaSO242223223212OHCaSOOHCaSO24232212242223242223221223212SOOHCaSOOHOHSOCaOHCaSOOHOOHCaSO图9-14 三菱重工业石灰-石膏法工艺流程工艺过程主要有三部分组成:工艺过程主要有三部分组成:SO2的吸收,固液分离,固体处理的吸收
25、,固液分离,固体处理影响吸收效率的主要因素影响吸收效率的主要因素a a、浆液的浆液的pHpH值值有些固体物质在水溶液的溶解度与有些固体物质在水溶液的溶解度与pHpH值关系密切见下值关系密切见下表表 在在5050不同不同pHpH值时值时CaSOCaSO3 3(1/2)H(1/2)H2 2O O和和CaSOCaSO4 42H2H2 2O O的溶解度的溶解度pH 值 Ca2+SO32-SO42-pH 值 Ca2+SO32-SO42-7.0 675 23 1320 4.0 1120 1873 1072 6.0 680 51 1340 3.5 1763 4198 980 5.0 731 303 1260
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