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1、11 气态污染物的净化11.1吸收净化吸收净化法：是利用废气中各混合组分在选定的吸收剂中溶解度不同，或者其中某一种或多种组分与吸收剂中活性组分发生化学反应，达到将有害物从废气中分离出来，净化废气的目的的一种方法。吸收分类：物理吸收：较简单，可看成是单纯的物理溶解过程。如：水吸收HCL、CO2等。吸收限度取决于气体在液体中的平衡浓度；吸收速率主要取决于污染物从气相转入液相的扩散速度。化学吸收：吸收过程中组分与吸收剂发生化学反应。如：碱液吸收CO2、SO2等；酸液吸收NH3等。吸收限度同时取决于气液平衡和液相反应的平衡条件；吸收速率同时取决于扩散速度和反应速度。异同点：同：两类吸收所依据的基本原理
2、以及所采用的吸收设备大致相同。异：一般来说，化学反应的存在能提高反应速度，并使吸收的程度更趋于完全。吸收法的应用：广泛应用于处理二氧化硫、氮氧化物、氟化物及其他气态污染物废气的净化上。吸收特点：废气中气态污染物成分复杂。吸收过程仅是将污染物由气相转入液相，还需对吸收液作进一步的处理，以免产生二次污染。综合利用，将废物资源化。将吸收了气态污染物的溶液加工成副产品，以补偿吸收的费用。11.1.1吸收基本原理吸收过程的实质是物质由气相转入液相的传质过程。可溶组分在气液两相中的浓度距离操作条件下的平衡愈远，则传质的推动力越大，传质速率也越快。1、吸收过程的气液平衡亨利定律（1）气体在液体中的溶解度气体
3、的溶解度是在100Kg水中溶解气体的千克数。在恒定的T、P下，使一定量吸收剂与混合气体充分接触后，气、液两相最终可达平衡，此时v吸收=v解吸，这时其中：c可溶气体在溶液中的浓度(即平衡浓度或饱和浓度)，Kg/m3； p*被吸收气体在溶液面上的分压（称平衡分压或饱和分压），KPa。不同性质的气体在同一温度和压力下的溶解度不同；气体的溶解度与温度有关，多数气体的溶解度随温度的升高而降低；温度一定时，Pe增大，溶解度增大。亨利定律（相平衡方程式）对于稀溶液，在较低压力下，xp是通过原点的直线，但在压力偏高时与直线偏差很大，这样在较低压力下，我们就可用“亨利定律”来表示。对于非理想溶液，当总压不高（一
4、般不超过5105Pa）时，温度一定，稀溶液中溶质的溶解度与气相中溶质的平衡分压成正比，即： 或： 或： 上式中H、E、m均称为亨利系数，但其单位不同。若c取mol/m3，p*取Pa，则Hmol/m3Pa； x取摩尔分数（无量纲），p*取Pa，则EPa；y*，x分别为溶质在气相、液相中的摩尔分数时，m无量纲，又称相平衡常数。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（被解吸）。2、化学吸收的气液平衡双膜理论亨利定律只适用于常压或低压下的稀溶液，而且吸收质（被吸收组分）在气相与溶剂中的分子状态应相同。气体溶于液体中，若
5、发生化学反应，则被吸收组分的气液平衡关系应既服从相平衡关系，又应服从化学平衡关系。即有：双膜理论的要点：（1）气液两相接触时，两相间有个相界面。在相界面附近两侧分别存在一层稳定的滞留膜层（不发生对流作用的膜层）气膜和液膜。（2）气液两个膜层分别将各相主体流与相界面隔开，滞留膜的厚度随各相主体的流速和湍流状态而变，流速愈大，膜厚愈薄。气液相质量传递过程是： 直至达到动态平衡为止。（3）在界面上，气液两相呈平衡态，即液相的界面浓度和界面处的气相组成呈平衡的饱和状态，也可理解为在相界面上无扩散阻力。（4）在两相主体中吸收质的浓度均匀不变，因而不存在传质阻力，仅在薄膜中发生浓度变化，存在分子扩散阻力，
6、两相薄膜中的浓度差等于膜外的气液两相的平均浓度差。在化学吸收中，吸收质与液相中反应组分发生了化学反应，降低了液相中纯吸收质的含量，因而增加了吸收过程的推动力，从而提高了吸收速率；同时，由于溶液表面上吸收质组分的平衡分压大为降低，增大了吸收剂的吸能力，使出塔气体中吸收质含量进一步降低。吸收过程控制为气膜控制。3、吸收过程的物料平衡在一般吸收操作中，应用逆流原理可提高溶剂的使用效率，获得最大的分离效果。11.1.2吸收剂的选择吸收剂的选择原则一般为：1、价廉易得，腐蚀性小；2、吸收容量大，选择型高；3、粘度小，热稳定性高；4、适宜得沸点，易于再生。选择吸收剂是吸收法操作得重要环节。通常根据有害气体
7、在液体中溶解度的大小，及是否发生化学反应来选择适当的吸收剂。废气的吸收处理，常常选择伴有气液相发生化学反应的化学吸收。11.1.3吸收设备1、吸收设备的基本要求吸收过程在塔器内进行。为了强化吸收过程，降低设备的投资和运行费用，要求吸收设备满足以下基本要求：(1)气液之间应有较大的接触面积和一定的接触时间；(2)气液之间扰动强烈，吸收阻力低，吸收效率高；(3)气流通过时的压力损失小，操作稳定；(4)结构简单，制作维修方便，造价低廉；(5)应具有相应的抗腐蚀和防堵塞能力。所以，正确地选择吸收设备的型式是保证经济有效地分离或净化废气的关键。2、常用吸收设备目前，工业上常用的吸收设备的类型主要有表面吸
8、收器、鼓泡式吸收器、喷洒吸收器三大类。在每一大类中还根据吸收器的结构，气液两相接触方式的不同再分成多种型式的吸收器。最常用的吸收设备有：填料塔、板式塔、喷雾塔、文丘里洗涤器等。（1）填料塔净化过程：主体设备为一个圆筒型塔体，中间填充着各种类型的填料，塔底有支撑栅板，用以支撑填料。塔上部液体入口处装有液体喷淋装置，以保证液体能均匀地喷淋到整个塔截面上。操作时气体由塔底引入，自下而上的在填料间隙中通过，再从塔顶引出；液体吸收剂经喷洒装置，自上而下沿填料层表面向下流动，由塔底引出。气液两相互成逆流，在填料表面上进行接触，进行传质吸收过程。为防止气流速度较大时把吸收液带走，减少雾沫夹带，在填料塔顶部往
9、往装有挡雾层。填料是提供气液两相传质表面的部分，最普遍最便宜的是陶瓷填料环，又称拉西环。填料主要取决于:有较大的比表面积；液体在填料表面有较好的均匀分布性能；气流在填料中能均匀分布；填料具有较大的空隙率。特点：结构简单、操作稳定、适应范围广、阻力损失小，但是吸收效率不高，有时填料成本较高，投资较大。 （2）板式塔净化过程：塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过塔板上液层时，相互接触进行传质吸收操作。气体与液体的组成阶梯式变化。特点：可用少量的液体进行吸收操作，若塔板数多可处理相当浓而污秽的废气；但是当气体量波动大时，操作不稳定，影响效果，且体积大，构造复杂，造价较高。（3）喷雾塔 普
10、通喷雾塔净化过程：是将液体喷淋成大量微细的雾滴，用以吸收气体的方法。特点：气体压力损失小，构造简单，产生的沉淀物易于回收，并能同时除去气体中的粉尘。缺点是动力消耗大，喷雾孔易堵，液体和气体有一起从排气口排出的可能，塔内还容易引起偏流，难以使气体和液体均匀的接触。文丘里吸收器文丘里除尘器（可除去1m以下的尘粒）由收缩管、喉管、扩散管组成。水从喉管周边均匀分布的若干小孔进入，在被通过这里的高速含尘气流撞击成雾状液滴，气体中的尘粒与液滴凝聚成较大颗粒随气流进入脱水器和气体分离。在脱水器中，含尘的水滴与气流分离。文丘里除尘器在喉部发生碰撞；在扩大部分发生凝聚。扩大部分可以减小阻力，加强分离。特点：体积
11、小、构造简单，效率增大，压力损失大。4、吸收操作应注意的问题（1）吸收液的处理吸收操作是将废气中的气态污染物转移到液态吸收剂中，若直接从含污染物的吸收剂排入水体，则又造成水体的二次污染和资源的浪费。因此，要对吸收液作适当的处理。一是要回收流失物，而是防止废水对环境造成二次污染。（2）高温烟气预处理吸收操作在低温下进行，传质较好，因此，对高温烟气应进行预先冷却。11.1.4吸收法净化烟气中的二氧化硫国外防治SO2污染的方法主要有：清洁生产工艺、采用低硫燃料、燃料脱硫、燃料固硫及烟气脱硫等。其中，烟气脱硫居主要地位。1、用于工业装置上的排烟脱硫应注意的几个原则：（1）工艺原理及流程应简单，装置紧凑
12、，易于操作和管理；（2）具有较高的脱硫效率，能长期连续运转，经济效果好，节省人力，占地面积小；（3）脱硫过程中不产生二次污染物，回收产物应无二次污染；（4）脱硫用的吸收剂价格便宜易得；（5）在工艺方法选择上应尽可能考虑到回收有用的硫资源。2、烟气脱硫分类（1）按应用脱硫剂的形态分为：干法脱硫：采用粉状或粒状吸收剂、吸附剂或催化剂；湿法脱硫：采用液体吸收剂洗涤烟气，以除去SO2。（2）按烟气脱硫生成物是否回收分为：抛弃法：用碱或碱金属氧化物与SO2起反应产生硫酸盐或亚硫酸盐而作为废料抛弃；回收法（再生法）：碱与SO2反应，其产物通常是S或H2SO4，而碱液循环使用，只需补充少量损失的碱。（3）按
13、净化原理（工艺过程原理）分为：吸收法（多为湿法）、吸附法（多为干法）、催化转化法（干法）等。3、两种烟气脱硫方法（1）石灰石-石膏法烟气脱硫原理：石灰石粉加水制成浆液作为脱硫吸收剂，泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙，以及从塔下部浆池鼓入的氧化空气进行反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定浓度（饱和）后，结晶形成二水石膏。脱硫后的烟气，依次经过除雾器去除雾滴，再经过换热器或加热器升温后，由烟囱排入大气。优点：吸收剂价廉易得；副产物石膏可回收用作建筑材料；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。加入添加剂后，不仅能抑制结垢和堵塞现象，
14、而且还能提高吸收效率。反应原理分为吸收和氧化两个工序。工艺流程主要有三部分组成：SO2的吸收，固液分离，固体处理。（2）喷雾干燥法烟气脱硫 由美国JOY公司和丹麦的Niro Atomizer共同开发，国外多称为Joy/Niro法，是80年代发展起来的新脱硫方法。原理：该方法将吸收剂雾化喷入烟气中，吸收剂为分散相，烟气为分散介质。吸收剂采用石灰乳，雾化分散于烟气中，烟气中二氧化硫即与石灰乳雾滴发生反应生成CaSO31/2H2O。在雾滴与二氧化硫反应的同时，雾滴中的水分被高温烟气干燥，因此生成物是粉状干料，全游离水分一般在2%以下，然后用除尘器进行气固分离，即达到烟气脱硫的目的。特点：喷雾干燥法界
15、于湿法和干法之间，和湿式石灰石/石灰相比具有如下优点：流程简单，设备少，省去了一套处理装置；运行可靠，生产过程中不发生结垢和堵塞现象；只要排气温度适宜，不产生腐蚀；能量消耗低，投资及运行费用小；对烟气量和烟气中二氧化硫浓度的适应性大。工艺流程：（见教材P200图11.8）。指出一点：吸收液的雾化，二氧化硫的吸收及烟气的干燥都在喷雾干燥器内完成。由于二氧化硫与吸收剂的反应主要发生在液滴上，因而吸收剂的雾化状况，烟气同雾滴的接触状况和作用时间对二氧化硫的脱除和吸收剂的利用率有影响。11.2吸附法吸附净化的概念：多孔性固体物质具有选择性吸附废气中的一种或多种有害组分的特点。吸附净化是利用多孔性固体物质的这一特点，实现净化废气的一种方法。吸附净化法的特点：能够有效脱除一般方法难于分离的低浓度有害物质（气态污染物）。且净化效率高，可回收有用组分，设备简单，易实现自动化控制。但是吸附容量小，设备体积大；吸附剂容量往往有限，需频繁再生，间歇吸附过程的再生操作麻烦且设备利用率低。常用于浓度低，毒性大
