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1、第四章第四章气态污染物控制气态污染物控制技术基础（技术基础（2）2吸附吸附3l吸附吸附用多孔性固体物质将气体混合物中用多孔性固体物质将气体混合物中的一种或多种污染物组分浓集于固的一种或多种污染物组分浓集于固体表面而使污染物分离的操作体表面而使污染物分离的操作吸附质吸附质被吸附物质被吸附物质吸附剂吸附剂附着吸附质的物质附着吸附质的物质l优点：效率高、可回收、设备简单优点：效率高、可回收、设备简单l缺点：吸附容量小、设备体积大缺点：吸附容量小、设备体积大p吸附及吸附剂吸附及吸附剂4l适用范围适用范围常用于浓度低，毒性大的有害气体的净常用于浓度低，毒性大的有害气体的净化，但处理的气体量不宜过大；化，
2、但处理的气体量不宜过大；对有机溶剂蒸汽具有较高的净化效率；对有机溶剂蒸汽具有较高的净化效率；当处理的气体量较小时，用吸附法灵活当处理的气体量较小时，用吸附法灵活方便。方便。l具体应用具体应用废气治理中脱除水分、有机蒸汽、恶臭、废气治理中脱除水分、有机蒸汽、恶臭、HF、SO2、NOX等。等。5l吸附机理吸附机理6l物理吸附和化学吸附物理吸附和化学吸附物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附1.吸附力范德华力；吸附力范德华力；2.不发生化学反应；不发生化学反应；3.过程快，瞬间达到平过程快，瞬间达到平衡；衡；4.放热反应；放热反应；5.吸附可逆；吸附可逆；6.吸附选择性弱；吸附选择性弱；1.吸附力化学键力
3、；吸附力化学键力；2.发生化学反应；发生化学反应；3.过程慢；过程慢；4.升高温度有助于提高升高温度有助于提高速率；速率；5.吸附不可逆；吸附不可逆；6.吸附选择性强；吸附选择性强；如何判断发生物理吸附还是化学吸附？如何判断发生物理吸附还是化学吸附？7同一污染物可能在较低温度下发生物理吸同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附附若温度升高到吸附剂具备足够高的活化能若温度升高到吸附剂具备足够高的活化能时，发生化学吸附时，发生化学吸附8l气体吸附的影响因素气体吸附的影响因素S操作条件操作条件如温度、气相压力、气流速度等。如温度、气相压力、气流速度等。S吸附剂性质吸附剂性质 如比表面积（孔隙率、孔径、
4、粒如比表面积（孔隙率、孔径、粒度等）、吸附剂活性、吸附剂再度等）、吸附剂活性、吸附剂再生等生等9吸附剂需具备的特性吸附剂需具备的特性比表面积和孔隙率大比表面积和孔隙率大具有选择性吸附作用具有选择性吸附作用高机械强度、化学和热稳定性高机械强度、化学和热稳定性吸附容量大吸附容量大来源广泛，造价低廉来源广泛，造价低廉良好的再生性能良好的再生性能白土白土活性氧化铝活性氧化铝硅胶硅胶活性炭活性炭沸石分子筛沸石分子筛10吸附剂种类吸附剂种类可吸附的污染物可吸附的污染物活性炭活性炭苯苯/甲苯甲苯/二甲苯二甲苯/丙酮丙酮/乙醇乙醇/乙醚乙醚/甲醛甲醛/汽油汽油/煤油煤油/光气光气/苯乙烯苯乙烯/恶臭恶臭/H2
5、S/Cl2/CO/CO2/SO2/NOx/CS2/Cl4/HCCl2/HCCl3浸渍活性炭浸渍活性炭烯烃烯烃/胺胺/酸雾酸雾/碱雾碱雾/硫醇硫醇/SO2/H2S/Cl2/HF/HCl/NH3/Hg/HCHO/CO2/CO活性氧化铝活性氧化铝SO2/H2S/H2O/HF/CmHn浸渍活性氧化铝浸渍活性氧化铝酸雾酸雾/Hg/HCHO/HCl硅胶硅胶SO2/H2O/NOX/C2H2分子筛分子筛SO2/CS2/Cl2/CmHn/NH3/H2S/CO2/CO泥煤泥煤/褐煤褐煤/风化煤风化煤恶臭物质恶臭物质/NH3/NOX浸渍泥浸渍泥/褐煤褐煤/风化煤风化煤SO2/SO3/NOX焦碳粉粒焦碳粉粒沥青烟沥青
6、烟白云石粉白云石粉沥青烟沥青烟蚯蚓粪蚯蚓粪恶臭物质恶臭物质11吸附剂吸附剂浸渍物浸渍物污染物污染物生成物生成物活性炭活性炭溴溴乙烯乙烯/其它烯烃其它烯烃双溴化物双溴化物氯氯/碘碘汞汞氯化汞氯化汞/碘化汞碘化汞氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液Cl2次氯酸钠次氯酸钠碳酸钠碳酸钠/碳酸氢钠碳酸氢钠/氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液酸雾酸雾相应的盐类相应的盐类硫酸硫酸/盐酸盐酸NH3/碱雾碱雾硫酸盐或氯化物硫酸盐或氯化物活性氧活性氧化铝化铝硝酸银溶液硝酸银溶液汞汞银汞齐银汞齐高锰酸钾溶液高锰酸钾溶液甲醛甲醛碳酸钠碳酸钠/碳酸氢钠碳酸氢钠/氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液酸雾酸雾盐类盐类浸渍浸渍: :将吸附剂浸入某种特定的液体
7、或者溶将吸附剂浸入某种特定的液体或者溶液液, ,或放入某种特定气体中或放入某种特定气体中, ,使吸附剂首先使吸附剂首先将特定物质吸附到内表面上将特定物质吸附到内表面上12吸附剂的选择吸附剂的选择初选：初选：l吸附质的极性、分子大小、气体浓度、净化要求吸附质的极性、分子大小、气体浓度、净化要求l吸附剂可获得性、价格吸附剂可获得性、价格活性试验：吸附剂的性质活性试验：吸附剂的性质寿命实验：寿命实验：l使用寿命和脱附性能使用寿命和脱附性能全面评估：全面评估：l活性、使用寿命、脱附状况、价格、运费活性、使用寿命、脱附状况、价格、运费吸附质吸附质吸附剂吸附剂分子量大的有机物分子量大的有机物/ /非极性分
8、子非极性分子极性分子极性分子大分子物质大分子物质小分子物质小分子物质活性炭活性炭分子筛分子筛/ /硅胶硅胶/ /活性氧化铝活性氧化铝大孔径的活性炭和硅胶大孔径的活性炭和硅胶分子筛分子筛13l吸附作用吸附作用，再生温度，再生温度吸附剂再生吸附剂再生溶剂萃取溶剂萃取l活性炭吸附活性炭吸附SO2，可用水脱附，可用水脱附置换再生置换再生l脱附剂需要再脱附脱附剂需要再脱附降压或真空解吸降压或真空解吸加热再生加热再生14再生剂：水蒸汽、空气再生剂：水蒸汽、空气丙酮丙酮苯苯粗苯粗苯溴氯甲烷溴氯甲烷丁醇丁醇四氯化碳四氯化碳二硫化碳二硫化碳二氧化碳二氧化碳汽油汽油碳卤化合物碳卤化合物庚烷庚烷己烷己烷脂族烃脂族烃
9、芳族烃芳族烃异丙醇异丙醇酮类酮类醋酸乙酯醋酸乙酯乙醇乙醇二氯化乙烯二氯化乙烯氟代烃氟代烃丁酮丁酮二氯甲烷二氯甲烷二乙醚二乙醚甲醇甲醇氯苯氯苯全氯乙烯全氯乙烯甲苯甲苯粗甲苯粗甲苯三氯乙烷三氯乙烷三氯乙烯三氯乙烯二甲苯二甲苯混合二甲苯混合二甲苯四氢呋喃四氢呋喃适合用水蒸汽再生的吸附质适合用水蒸汽再生的吸附质15(a)吸附吸附(b)脱附脱附16外扩散（气流主体外扩散（气流主体外表面）外表面）内扩散（外表面内扩散（外表面内表面）内表面）吸附速率吸附速率吸附过程吸附过程吸附吸附17固定床固定床立式立式环式环式卧式卧式p吸附工艺与设备吸附工艺与设备18优点：设备结构简单，优点：设备结构简单，吸附剂磨损小。
10、吸附剂磨损小。缺点：缺点：间歇操作；间歇操作；设备庞大，生产强设备庞大，生产强度低；度低；吸附剂导热性差，吸附剂导热性差，因而升温及变温再生因而升温及变温再生困难困难19固固定定床床吸吸附附计计算算2021吸附法净化烟气中的吸附法净化烟气中的SO21、脱硫机理：、脱硫机理：p应用应用222、再生：、再生：洗涤再生：采用洗涤再生法，通过洗涤再生：采用洗涤再生法，通过水洗涤活性炭床层，使炭孔内的酸液水洗涤活性炭床层，使炭孔内的酸液不断排出炭层，从而恢复炭的催化活不断排出炭层，从而恢复炭的催化活性性加热再生加热再生微波再生微波再生23活性炭吸附脱硫活性炭吸附脱硫代表工艺代表工艺：日立法、住友法、鲁奇
11、法等：日立法、住友法、鲁奇法等发发展展趋趋势势：由由电电厂厂到到石石油油化化工工、硫硫酸酸及及肥肥料料工工业业等领域。等领域。主要特点主要特点：过程比较简单，再生过程中副反应很少；过程比较简单，再生过程中副反应很少；吸吸附附容容量量有有限限，常常需需在在低低气气速速（0.31.m/s）下下进行，因而吸附器体积较大；进行，因而吸附器体积较大；活性炭易被废气中活性炭易被废气中O2氧化而导致损耗；氧化而导致损耗；长长期期使使用用后后，活活性性会会产产生生磨磨损损，并并因因微微孔孔堵堵塞塞丧失活性。丧失活性。24催化净化法催化净化法25含尘气体通过催化床层发生催化反应，含尘气体通过催化床层发生催化反应
12、，使污染物转化为无害或易于处理的物质使污染物转化为无害或易于处理的物质应用应用工业尾气和烟气去除工业尾气和烟气去除SO2和和NOx有机挥发性气体有机挥发性气体VOCs和臭气的催化燃和臭气的催化燃烧净化烧净化汽车尾气的催化净化汽车尾气的催化净化催化净化法催化净化法26VOCs的催化氧化的催化氧化催化剂：铂催化剂：铂Pt（钯（钯Pd，过渡金属，稀土），过渡金属，稀土）/Al2O3等等27NOxNH3filterCombustorMixerReactorFlowDiagramofSCRofNOx催化剂催化剂200-300：Pt(Pd,Fe,Cu,Mn)/Al2O3(TiO2,V2O5)28车用催化转
13、化器车用催化转化器29催化剂催化剂S加速化学反应，而本身的化学组成在加速化学反应，而本身的化学组成在反应前后保持不变的物质反应前后保持不变的物质S组成组成活性组分活性组分 助催化剂助催化剂 载体载体30催化剂的性能催化剂的性能活性活性选择性选择性W产品质量产品质量WR催化剂质量催化剂质量t反应时间反应时间31稳定性稳定性热稳定性、机械稳定性和化学稳定热稳定性、机械稳定性和化学稳定性性表示方法：寿命表示方法：寿命老化老化活性组分的流失、烧结、积炭结焦、活性组分的流失、烧结、积炭结焦、机械粉碎等机械粉碎等中毒中毒对大多数催化剂，毒物：对大多数催化剂，毒物：HCN、CO、H2S、S、As、Pb32反
14、应过程反应过程(1)反应物从气流主体反应物从气流主体催化剂外催化剂外表面表面(2)进一步向催化剂的微孔内扩散进一步向催化剂的微孔内扩散(3)反应物在催化剂的表面上被吸反应物在催化剂的表面上被吸附附(4)吸附的反应物转为为生成物吸附的反应物转为为生成物(5)生成物从催化剂表面脱附下来生成物从催化剂表面脱附下来(6)脱附生成物从微孔向外表面扩脱附生成物从微孔向外表面扩散散(7)生成物从外表面扩散到气流主生成物从外表面扩散到气流主体体(1),(7)：外扩散；：外扩散；(2),(6)：内扩散：内扩散(3),(4),(5)：动力学过程：动力学过程主主气气流流微孔微孔固相固相催化剂粒子示意图催化剂粒子示意
15、图p催化反应动力学催化反应动力学33固定床反应器固定床反应器最主要的气固相催化反应器最主要的气固相催化反应器优点优点:流体接近于平推流，返混小，反应速度较快流体接近于平推流，返混小，反应速度较快固定床中催化剂不易磨损，可长期使用固定床中催化剂不易磨损，可长期使用停留时间可严格控制，温度分布可适当调节，停留时间可严格控制，温度分布可适当调节，高选择性和转化率高选择性和转化率缺点缺点:传热差传热差(热效应大的反应，传热和温控是难热效应大的反应，传热和温控是难点点)催化剂更换需停产进行催化剂更换需停产进行34冷凝法冷凝法35l露点温度：露点温度：在一定压力下，某气体物质在一定压力下，某气体物质开始冷
16、凝出现第一个液滴时的温度。开始冷凝出现第一个液滴时的温度。l 温度降到有害成分的露点温度以下，温度降到有害成分的露点温度以下，有害物质从混合气体中冷凝分离。有害物质从混合气体中冷凝分离。l冷凝法：冷凝法：物质在不同温度下的饱和蒸汽物质在不同温度下的饱和蒸汽压不同，压不同，降低温度降低温度或或提高压力提高压力，蒸汽状，蒸汽状态的污染物就会冷凝从废气中分离出来。态的污染物就会冷凝从废气中分离出来。l适用范围：适用范围：处理处理高浓度、有回收价值高浓度、有回收价值的的有机溶剂蒸汽有机溶剂蒸汽。p原理原理361 1接触冷凝接触冷凝被冷却的气体与冷被冷却的气体与冷却液却液直接接触直接接触。利于传热，但冷
17、凝利于传热，但冷凝液需要处理。液需要处理。接触冷凝设备：接触冷凝设备：喷射器；喷射器；喷淋塔；喷淋塔；气液接触塔：填料气液接触塔：填料塔、筛板塔等。塔、筛板塔等。直接冷凝工艺直接冷凝工艺1.反应槽反应槽;2.接触器接触器;3.气液分离器气液分离器;4.燃烧器燃烧器p工艺工艺37喷射式接触冷凝器喷射式接触冷凝器，喷出的水流冷凝蒸气又带，喷出的水流冷凝蒸气又带走废气，不必另加抽气设备；走废气，不必另加抽气设备；筛板式接触冷凝器筛板式接触冷凝器，筛孔直径，筛孔直径38mm38mm，开孔率，开孔率10151015，与填料塔相比传热量大。，与填料塔相比传热量大。38接触冷凝器接触冷凝器39间接冷凝工艺间
18、接冷凝工艺1.反应槽反应槽;2.间接换热器间接换热器;3.储液槽储液槽;4.风机风机;5.燃烧器燃烧器2 2表面冷凝（间接表面冷凝（间接冷凝）冷凝）冷却壁把废气与冷冷却壁把废气与冷却液分开；却液分开；被冷凝的液体很纯，被冷凝的液体很纯，可直接回收利用。可直接回收利用。装置：装置：列管冷凝器列管冷凝器螺旋板冷凝器螺旋板冷凝器40列管冷凝器列管冷凝器是传统的标准式设备；是传统的标准式设备；螺旋板冷凝器螺旋板冷凝器传热性能好，传热系数比列管式传热性能好，传热系数比列管式高高1313倍，但不耐高压。倍，但不耐高压。41含汞蒸汽冷凝净化含汞蒸汽冷凝净化汞在常温下即可蒸发。汞在常温下即可蒸发。00时汞蒸汽
19、的饱和时汞蒸汽的饱和浓度为浓度为2.174mg2.174mgm m3 3，是国家标准的，是国家标准的200200多倍，多倍，2020达达13001300多多倍。倍。由于汞易挥发，单靠由于汞易挥发，单靠冷凝法不能使处理后冷凝法不能使处理后气体达排放标准。气体达排放标准。冷凝法常做为吸附法冷凝法常做为吸附法或吸收法的前处理。或吸收法的前处理。冷凝冷凝吸附法处理含汞蒸气吸附法处理含汞蒸气1.焙烧炉；焙烧炉；2.列管式冷凝器；列管式冷凝器；3.吸附塔；吸附塔；4.集汞槽；集汞槽；5.真空泵真空泵经处理后尾气含汞浓度可达到经处理后尾气含汞浓度可达到排放标准。当冷凝温度为排放标准。当冷凝温度为202030
20、30时，净化效率大于时，净化效率大于9898。42燃烧法燃烧法43p原理原理l燃烧法燃烧法 利用燃烧过程将废气中可燃性气体、利用燃烧过程将废气中可燃性气体、有机蒸气、微细尘粒等转变为无害或有机蒸气、微细尘粒等转变为无害或易去除物质。易去除物质。l特点特点 可以处理污染物浓度很低的废气、可以处理污染物浓度很低的废气、净化度高，还可消烟、除臭。净化度高，还可消烟、除臭。441.1.直接燃烧直接燃烧将废气用明火直接点燃，在炉内或露天将废气用明火直接点燃，在炉内或露天燃烧。燃烧。条件：条件：可燃物的浓度必须高于最低发火可燃物的浓度必须高于最低发火极限。极限。适用范围：适用范围：处理高浓度的处理高浓度的
21、H H2 2S S、HCNHCN、COCO、有机蒸气废气。有机蒸气废气。可在可在般的炉窑中直接燃烧并回收热能。般的炉窑中直接燃烧并回收热能。p工艺工艺45“火炬火炬”燃烧燃烧将废气通入烟筒，将废气通入烟筒，在烟筒末端进行燃烧，常用于石油及在烟筒末端进行燃烧，常用于石油及石化工业。石化工业。燃烧彻底条件：燃烧彻底条件：气流混合良好；氢碳气流混合良好；氢碳比比0.30.3。注意：注意：蓝色的火焰蓝色的火焰以蔚蓝色的天空为衬托显以蔚蓝色的天空为衬托显示不出色彩，说明示不出色彩，说明操作良好操作良好；黄橙色的火焰黄橙色的火焰，并拖着一条黑烟尾巴，并拖着一条黑烟尾巴，说明说明操作不良操作不良。若在烟囱顶
22、部喷入蒸汽，有助于消除若在烟囱顶部喷入蒸汽，有助于消除不完全反应。不完全反应。优点：优点：安全，简单，成本低。安全，简单，成本低。缺点：缺点：不能回收热能。不能回收热能。火炬燃烧器火炬燃烧器462. 2. 热力燃烧热力燃烧概念：概念：工业废气中可燃成分浓度较低，不能工业废气中可燃成分浓度较低，不能用明火点燃，须预热到用明火点燃，须预热到600600以上，才以上，才可进行燃烧反应。可进行燃烧反应。利用燃料燃烧产生的热量将废气加热利用燃料燃烧产生的热量将废气加热至高温使其中所含污染物分解、氧化，至高温使其中所含污染物分解、氧化，也叫也叫焚烧焚烧。47热力燃烧过程：热力燃烧过程：辅助燃料燃烧提供预热
23、能量；辅助燃料燃烧提供预热能量；高温燃气与废气混合达到反应温度；高温燃气与废气混合达到反应温度；废气在反应温度下充分燃烧。废气在反应温度下充分燃烧。影响燃烧条件：影响燃烧条件：温度和停留时间。温度和停留时间。对大部分对大部分CHCH，燃烧温度在，燃烧温度在700800700800，停留时间控制在停留时间控制在0.10.3s0.10.3s。48燃烧炉分类燃烧炉分类1 1）配焰燃烧炉）配焰燃烧炉辅助燃料在配焰燃辅助燃料在配焰燃烧器中形成许多小烧器中形成许多小火焰；火焰；废气分别围绕小火废气分别围绕小火焰进入燃烧室，废焰进入燃烧室，废气与火馅充分接触；气与火馅充分接触；能够迅速均匀混合，能够迅速均匀
24、混合，燃烧完全。燃烧完全。492 2）离焰燃烧炉）离焰燃烧炉 辅助燃料先燃烧后混合废气，火焰较大辅助燃料先燃烧后混合废气，火焰较大较长，易于控制，结构简单，但混合较慢。较长，易于控制，结构简单，但混合较慢。50热力燃烧特点热力燃烧特点优点优点：可除去有机物及超微细颗粒：可除去有机物及超微细颗粒物，结构简单，占用空间小，维修物，结构简单，占用空间小，维修费用低。费用低。缺点缺点：操作费用高，有回火及火灾：操作费用高，有回火及火灾的可能性。的可能性。513. 3. 催化燃烧催化燃烧催化燃烧：催化燃烧：有催化剂时，废气预热至有催化剂时，废气预热至200200400400便能进行燃烧。便能进行燃烧。催
25、化剂多用催化剂多用PtPt、PdPd（活性强、寿命长）。（活性强、寿命长）。典型工艺过程：典型工艺过程：52催化燃烧特点催化燃烧特点优点：优点：操作温度较低，燃料耗量低，保温要求不严操作温度较低，燃料耗量低，保温要求不严格，能减少回火及火灾危险；格，能减少回火及火灾危险；催化作用提高了反应速度，减少反应器容积，催化作用提高了反应速度，减少反应器容积，提高转化率。提高转化率。缺点：缺点：只适用污染物浓度较低的废气；只适用污染物浓度较低的废气；催化剂较贵，需要再生，基本建设投资高。催化剂较贵，需要再生，基本建设投资高。大颗粒物及液滴应预先除去，不能用于使催大颗粒物及液滴应预先除去，不能用于使催化剂
26、中毒的气体。化剂中毒的气体。53催化燃烧的设备催化燃烧的设备常用的常用的卧式催化燃烧器卧式催化燃烧器和和立式催化燃烧器立式催化燃烧器。54“HX-2ZHX-2Z”有机溶剂净化回收装置有机溶剂净化回收装置55CFSJCFSJ系列酸性废气吸附净化器系列酸性废气吸附净化器56DFQDFQ大型分体式枪型燃烧器大型分体式枪型燃烧器57复合式一体化除尘脱硫装置复合式一体化除尘脱硫装置58SKMSKM脱硫除尘器脱硫除尘器59表面冷凝器表面冷凝器60废气燃烧塔废气燃烧塔61高效套管式冷凝器高效套管式冷凝器 双回双回路路62工业炉窑除尘脱硫装置工业炉窑除尘脱硫装置63活性碳纤维吸附回收有机废气设备活性碳纤维吸附回收有机废气设备64水冷凝器水冷凝器 BF-WN10BF-WN1065
