化工环境保护与安全技术4

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1、3. 化工废气污染控制3.1化工废气的来源、分类及特点 化学工业是对多种资源进行化学处理和转化加 工的生产部门，在国民经济中占重要地位。 建国以来，化学工业得到迅速发展，该工业已 建成包括多个行业的基本完整的化工生产体系 ，其中氮肥、磷肥、无机盐、氯碱、有机原料 及合成材料、农药、染料、涂料、炼焦等行业 的废气排放量大，组成复杂，对大气环境造成 较严重的污染。3.1.1化工废气的来源各种化工产品在每个生产环节都会 产生并排出废气，造成对环境的污染。 其来源有以下几个方面。化学反应中产生的副反应和反应进行不完全所 产生的废气。 在化工生产过程中，随着反应条件和原料纯度 的不同，有一个转化率的问题

2、。 原料不可能全部转化为成品或半成品，这样就 形成了废料。 一般情况下，在进行主反应的同时，经常还伴 随着一些不希望产生的副反应，副反应的产物 有的可以回收利用，有的则因数量不大、成分 复杂，无回收价值，因而作为废料排出。产品加工和使用过程中产生的废气以及 搬运、破碎、筛分及包装过程中产生的 粉尘等。生产技术路线及设备陈旧落后，造成反 应不完全，生产过程不稳定，从而产生 不合格的产品或造成物料的“跑、冒、滴 、漏”。开、停车或因操作失误，指挥不当，管 理不善造成废气的排放。化工生产中排放的某些气体，在光或雨 的作用下发生化学反应，也能产生有害 气体。3.1.2化工废气的分类化工废气，按所含的污

3、染物性质可分为三大类：第一类为含有无机污染物的化工废气，这类废气主要来自氮肥、磷肥（含硫酸）、无机盐等行 业； 第二类为含有有机污染的废气，主要来自有机原料及合成材料、农药、染料、涂料等行业； 第三类为既含无机污染物又含有机污染物的废气 ，主要来自氯碱、炼焦等行业。3.1.3化工废气的特点（1）种类繁多 由于化学工业行业比较多，加上每个行 业所用的化工原料千差万别，即使同一 产品所用的工艺路线、同一工艺的不同 时间都有差异，生产过程化学反应繁杂 。因此，造成化工废气种类繁多。(2)组成复杂 化工废气中常含有多种复杂的有毒成分 。例如，农药、染料、氯碱等行业废气 中，既含有多种无机化合物，又含有

4、多 种有机化合物。此外，从原料到产品， 由于经过许多复杂的化学反应，产生多 种副产物，致使某些废气的组成变得更 加复杂。(3)污染物浓度高 不少化工企业由于缺乏改造的资金和技术， 同时加上管理不善、操作工人素质不高、工 艺设备陈旧等因素，导致产品陈旧，原材料 流失严重，废气浓度中污染物浓度高。（4）污染面广，危害性大 遍布全国各地的中小企业大多工艺落后，设备陈 旧，技术力量薄弱，防治污染所需要的技术、设 备和资金难以解决。 特别是近几年，由于化工产品供不应求，各地盲 目地建设了一大批乡镇企业，进一步扩大了污染 面。乡镇企业生产吨产品的原料、能源消耗都很 高，排放的污染物大大超过大中型化工企业的

5、排 放量，而得到治理的很少。化工废气常含有致癌、致畸、致突变、恶臭 、 强腐蚀性及易燃、易爆性的组分，对生产装置、 人身安全与健康、及周围环境造成严重危害。化工废气常含有致癌、致畸、致突变、恶臭 强腐蚀性及易燃、易爆性的组分，对生产装置、 人身安全与健康、及周围环境造成严重危害。各 化工行业废气来源及主要污染物如表4-1所示。3.1.4主要大气污染物 目前对环境和人类产生危害的大气污染 物约有100种左右。其中影响范围广、具 有普遍性的污染物有颗粒物、二氧化硫 、氮氧化物、碳氧化物、碳氢化合物等 。（1）颗粒物 颗粒物是指除气体之外的包含于大气中的 物质，包括各种各样的固体、液体和气溶 胶。其

6、中有固体的灰尘、烟尘、烟雾，以 及液体的云雾和雾滴，其粒径范围主要在 200-0.1m之间。按粒径的差异，可以分 为降尘和飘尘两种。 降尘 指粒径大于10m在重力作用下可以降落的颗粒状 物质。其多产生于固体破碎、燃烧残余物的结块 及研磨粉碎的细碎物质。自然界刮风及沙暴也可 以产生降尘。 飘尘 指粒径小于10m的煤烟、烟气和雾在内的颗粒状 物质。由于这些物质粒径小、质量轻，在大气中 呈悬浮状态，且分布极为广泛。飘尘可以通过呼 吸道被人吸人体内，对人体造成危害。 据联合国环境规划署统计：20世纪80年代全世界每年大约有23亿t 颗粒物排人大气，其中20亿t是自然排放 的，3亿t是人为排放的。因此，

7、颗粒物 主要来自自然污染源，如海水蒸发的盐 分、土壤侵蚀吹扬、火山爆发等。人为 排放的，主要产生于燃料的燃烧过程。 颗粒物自污染源排出后，常因空气动力 条件的不同、气象条件的差异而发生不 同程度的迁移。降尘受重力作用可以很 快降落到地面，而飘尘则可在大气中保 存很久。颗粒物还可以作为水汽等的凝 结核，参与形成降水过程。（2）硫化物 硫常以二氧化硫和硫化氢的形态进入大气，也 有一部分以亚硫酸及硫酸（盐）微粒形式进入 大气。大气中的硫约2/3来自天然源，其中以 细菌活动产生的硫化氢最为重要。人为源产生 的硫排放的主要形式是SO2，主要来自含硫煤 和石油的燃烧、石油炼制以及有色金属冶炼和 硫酸制造等

8、。 在20世纪80年代，每年约有1.5亿t SO2被人为排r 入大气中，其中2/3来自煤的燃烧，而电厂的 排放量约占所有SO2排放量的一半。（3）碳氧化物 碳氧化物主要有两种物质，即CO和CO2。 主要是由含碳物质不完全燃烧产生的， 而天然源较少。（4）氮氧化物 氮氧化物（NOx）种类很多，主要是一 氧化氮和二氧化氮，其他还有一氧化二 氮、四氧化二氮、三氧化二氮和五氧化 二氮等多种化合物。 天然排放的NOx，主要来自土壤和海洋中有机 物的分解，属于自然界的氮循环过程。人为活 动排放的NOx大部分来自化石燃料的燃烧过程 ，如汽车、飞机、内燃机及工业窑炉的燃烧过 程；也来自生产、使用硝酸的过程，如

9、氮肥厂 、有机中间体厂、有色及黑色金属冶炼厂等。 据 20世纪80年代初估计，全世界每年由于人类活 动向大气排放的NOx约5300万t。NOx对环境的 损害作用极大，它既是形成酸雨的主要物质之 一，也是形成大气中光化学烟雾的重要物质和 消耗臭氧的一个重要因子。（5）碳氢化合物 碳氢化合物包括烷烃、烯烃和芳烃等复 杂多样的物质组成。大气中大部分的碳 氢化合物来源于植物的分解，人类排放 的量虽然小，却非常重要。 碳氢化合物的人为来源主要是石油燃料 的不充分燃烧和石油类的蒸发过程。在 石油炼制、石油化工生产中也产生多种 碳氢化合物。燃油的机动车亦是主要的 碳氢化合物污染源，交通线上的碳氢化 合物浓度

10、与交通密度密切相关。 碳氢化合物是形成光化学烟雾的主要成 分。 在活泼的氧化物如原子氧、臭氧、氢氧 基等自由基的作用下，碳氢化合物将发 生一系列链式反应，生成一系列的化合 物，如醛、酮、烷、烯以及重要的中间 产物一自由基。自由基进一步促进NO向 NO2转化，造成光化学烟雾的重要二次污 染物一臭氧、醛、过氧乙酰硝酸酯（PAN ）。 碳氢化合物中的多环芳烃化合物，如3， 4-苯并芘，具有明显的致癌作用，已引 起人们的密切关注。3.1.5废气中主要污染物的影响 大气中的污染物对环境和人体都会产生很大的 影响，历史上曾发生过著名的大气污染事件， 八大公害中事件中有五大公害属于大气污染事 件，如日本的四

11、日市哮喘病事件，英国的伦敦 烟雾事件，美国洛杉矶光化学烟雾事件等。大 气污染不仅影响到其周围环境，而且对全球环 境也带来影响，如温室气体效应、酸雨、南极 臭氧空洞等，其结果对全球的气候、生态、农 业、森林产生一系列的影响。 大气污染物可以通过各种途径降到水体 、土壤和作物中影响环境，并通过呼吸 、皮肤接触、食物、饮用水等进入人体 ，引起对人体健康和生态环境造成直接 的近期或远期的危害。 大气污染对人体及对环境的影响途径大 致如图4-1所示。常见而危害较大的十三 类有害物质列于表4-2。3.1.6大气污染物的治理技术 各种生产过程中产生的空气污染物，按其存在状 态可分为两大类：其一是气溶胶态污染

12、物，如粉 尘、烟尘、雾滴和尘雾等颗粒状污染物，其二是 气态污染物，如SO2、NOx、CO、NH3、H2S、有 机废气等主要以分子状态存在于废气中。 前者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；后者则要利用 污染物的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。 以下各节拟就除尘技术和气体污染物的一般治理 方法进行介绍。3.2除尘技术3.2.1粉尘的特性 随着工业的不断发展，人类的各种活动 越来越占主导地位，以致在气溶胶粒子 的来源中人为来源所占的比例逐渐增加 。据估计到目前为止，人为活动所造成 的气溶胶粒子的排放量将达到1968年人 为

13、排放量的2-3倍，这必然引起人们的十 分重视。 化学工业所排放出废气中的粉尘污染物， 主要是含有硅、铝、铁、镍、钒、钙等氧 化物及粒度在103m以下的浮游物质。这 些物质都会污染周围的环境，为此，控制 所排放出废气中的粉尘污染物的数量，是 大气环境保护的重要内容。 粉尘的物理性质，对于确定采用的何种除 尘方法有重要影响。 粉尘性质中最重要的是粉尘颗粒尺寸和密 度，此外还有比电阻率、附着性、粒子形 状、亲水性、腐蚀性、毒性和爆炸性等。（1）粒子大小 粉尘经常是由大小不同的粒子所组成，为 了表示出其中各种粒径粒子的多少，通常 以各种粒径的粒子在全部粒子中的分级分 率来说明，即用分级分布曲线和积分分

14、布 曲线表示（见图4-2）。 分级分布曲线是表示每种粒径的粒子占 全部粒子总数的分率f与其粒子的粒径x之 间的关系，即f曲线。 另外，粒子的组成情况也可以用积分分 布曲线的形式表示，他反映大于某粒径 的尘粒占全部尘粒的分率R与此粒径x之 间的关系，即R曲线。 两者之间的关系，从他们的定义可以推 出： 通常，分级分布曲线又称为频率分布曲 线，将分级分布曲线也可以标绘为某一 粒度范围的尘粒质量分率与其平均直径 的关系；积分分布曲线又可称为累积分 布曲线，将积分分布曲线也可以标绘为 等于及大于某一直径的颗粒质量之和占 全体总尘粒的质量分率与尘粒直径的关 系。（2）尘粒的密度 尘粒的密度对于重力除尘及

15、离心除尘等装 置的性能，有很大影响。 由于粉尘往往是许多粒子的集合体，粒子 之间有间隙存在，因此，粉尘的视比重比 粒子的真比重要小得多，粉尘间隙的体积 占总体积的分率，称为空隙率。 空隙率大则视比重小，视比重与真比重相 差越大，粉尘也越容易飞扬。（3）尘粒的电阻率 尘粒的电阻率对于电除尘和过滤除尘装置的去除 效率有很大影响。 一般，工业尘粒的电阻率介于10-3 cm （炭黑 ）和1014 cm （干石灰石粉）之间。其中电阻 率在104-2x1010cm的范围内，最适宜采用电除 尘装置。 电阻率太高或太低均不适宜采用电除尘方法，但 可预先对尘粒进行适当预处理，改变其电阻率， 使其保持在上述特定的

16、范围内。 改变尘粒的电阻率可以采用以下几种方法。 改变温度：大多数的电阻是随温度升高 而增大，直到一最大值。 加入水分：尘粒吸附水分后可使表面导 电率增加，引起电阻率降低。 添加化学药品：向含尘气体中添加化学 药品可以调节尘粒电阻，例如，对于燃烧 重油产生的粉尘由于其电阻率比较低，向 其中加入适量的氨，便可以提高电阻值。3.2.2除尘效率及压力损失除尘装置的主要性能是用除尘效率和 压力损失来表示。3.2.2.1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 除尘效率的定义，可以根据气体进、出除尘器 时的含尘流量来确定。已知气体进除尘装置时的含尘流量为s1g/s，含 尘浓度为c1g/m3（标）；除尘器出口气体的含尘流 量为s2g/s ，气体含尘浓度为c2g/m3（标）。则通 过除尘器所去除的尘量为（s1-s2）g/s 。除尘器除 尘总效率可由下式定义：（2）根