（化学工程专业论文）活性炭焦炭清除原料气中低浓度苯萘灰的研究.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 受能源价格变化的影响，以石油、焦炭为原料生产尿素、甲醇的企业相继对造气系 统进行了改造，改烧劣质煤以降低成本。这些改造或多或少给原系统及生产工艺造成了 定影响，对这些由于更改原料带来的新问题必须加以解决，才能保证生产高效平稳运 行。本文针对煤气中带出物量大、苯类有机物含量高的特点，对除去这些物质的方法进 行了研究，给出了解决办法。 本研究用色谱仪、苦味酸滴定法、称重法分别测定了净化原料气压缩机前煤气中苯、 萘、灰的浓度，根据测得的数值设计了实验流程，自制了焦炭柱、活性炭柱。实验完全 以系统生产的煤气为样本测定了活性炭在不同温度下的等压吸附性能，测定了在不同压 力下的等温吸附性能和在不同流速下的等温等压吸附性能。绘制了活性炭对苯的吸附流 出曲线。研究了静态环境下不同温度对活性炭再生性能的影响，动态环境下不同温度蒸 汽对活性炭再生性能的影响和动态环境下不同温度氮气对活性炭再生性能的影响。实验 研究表明高压、低温有利于吸附，在试验流量范围内，流速对平衡吸附量影响不大，在 操作条件下实验用活性炭对苯的吸附量在1 5 0 一- 1 7 0 m g g 。本研究同时对焦炭的过滤和 吸附性能进行了实验。实验显示试验用焦炭对苯的吸附性能很弱，不可作为苯的吸附剂 使用，但该焦炭对灰和萘的过滤和吸附性能很好，煤气经过焦炭柱后萘和灰的含量完全 达到了设计要求。研究结果表明在煤气系统中联合使用焦炭和活性炭完全可以达到去除 苯、萘、灰的目的。 根据以上研究成果设计了焦炭过滤器，该设备的投用解决了黑化尿素装置原料气压 缩机因转子挂垢引起振动而不能长周期运转的问题、流道堵塞问题、换热器结萘影响换 热效果的问题等。对吸附装置进行了初步设计，从运行费用和产品产值的比较来看，经 济效益显著，同时还消除了苯对环境的污染。 关键词：煤气净化；活性炭；焦炭；吸附；过滤 适垡鲞堡鲞塑坠垦型皇生堡鎏鏖茎蓥垄塑婴窒 一- _ _ - _ _ - _ _ i _ _ _ - _ _ _ _ _ i - _ _ l _ l _ _ _ _ _ _ _ _ _ l _ - _ _ _ _ 。_ 。“- 。_ - 。_ 。- 。- 。_ 。一一 t h es t u d yo fr e m o v el o w - b e n z e n en a p h t h a l e n ea s hb ya c t i v a t e d c a r b o na n dc o k ef r o mf e e dg a s a b s tr a c t b ym ei m p a c to fc h a n g e si ne n e r g yp r i c e s ，o i l ，c o k ea sr a wm a t e r i a l st op r o d u c e u r e a , m e t h a r l o lb u s i n e s sh a v et r a l l s f o r m e dt h eg a ss y s t e mo n ea f t e ra n o t h e r i n s t e a d ，w eb u ml o w q u a l i t yc o a lt or e d u c et h ec o s t t h et r a n s f o r m a t i o nw i l lh a v eam o r eo rl e s s e f f e c to nt h e o r i g i n a ls y s t e ma n dt h ep r o d u c t i o np r o c e s s t h en e wp r o b l e m sc a u s e db yc h a n g i n gr a w m a t e r i a l sm u s tb es o l v e di no r d e rt oe n s u r eas m o o t ha n de f f i c i e n tp r o d u c t i o nr u n t h i sp a p e r h a sas t u d yo nh o wt or e m o v et h eo r g a n i cm a t t e rc o n t e n to fb e n z e n eh ig hs u b s t a n c e sg i v e no f f b y t h eg a s t h i ss t u d yu s e st h ec h r o m a t o g r a p h y ，t h ep i c r i ca c i dt i t r a t i o na n dt h ew e i g h i n gm e t h o dt o d e t e r m i n et h ef o r e g o i n gp u r i f i c a t i o no ft h ef e e dg a sc o m p r e s s o ri nb e n z e n e ，n a p h t h a l e n e ，t h e c o n c e n t r a t i o no fa s h a c c o r d i n gt ot h em e a s u r e dv a l u e so ft h ee x p e r i m e n t a ld e s i g np r o c e s s ，i m a d eac o k ec o l u m n ，a c t i v a t e dc a r b o nc o l u m nm y s e l f i no r d e rt of u l l yt e s tt h es y s t e mo fg a s p r o d u c t i o nf o rt h ed e t e r m i n a t i o no fa c t i v a t e dc a r b o ns a m p l e sa t d i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s ，i m e a s u r e dt h ea b s o r p t i o np e r f o r m a n c eu n d e rd i f f e r e n tp r e s s u r e sa n dt h ea d s o r p t i o np r o p e r t i e s i nt h ed i f f e r e n tf l o wr a t e sa n do t h e rp r o p e r t i e s t h e nd r a wt h ec u r v i n gm a po nt h ea c t i v a t e d c a r b o na d s o r p t i o n o u t m a t sm o r e ，is t u d i e dt h es t a t i ce n v i r o n m e n to fd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e o nt h ep e r f o r m a n c eo fa c t i v a t e dc a r b o nr e g e n e r a t i o n ，d y n a m i ce n v i r o n m e n to fd i f f e r e n t t e m p e r a t u r es t e a mo nt h ep e r f o r m a n c eo f a c t i v a t e dc a r b o nr e g e n e r a t i o na n dd y n a m i c e n v i r o n m e n to fd i f f e r e n tn i t r o g e nt e m p e r a t u r e o nt h e p e r f o r m a n c e o fr e g e n e r a t i o n e x p e r i m e n t a ls t u d i e ss h o wt h a th i g h - p r e s s u r e ，l o wt e m p e r a t u r ei s c o n d u c i v et oa b s o r p t i o nm t h et e s tf l o w ，t h ef l o wr a t eo ft h eb a l a n c ea m o u n to fa d s o r p t i v e1 i t t l ee f f e c to no p e r a t i n g c o n d i t i o n si nt h ee x p e r i m e n t a lu s eo fa c t i v a t e dc a r b o na d s o r p t i o no fb e n z e n ei nt h eb a l a n c eo f 15 0 1 7 0 m g g a tm es a m et i m e ，i nt h es t u d yih a v eae x p e r i m e n to fc o k ef i l t r a t i o na n d a d s o r p t i o np e r f o r m a n c e e x p e r i m e n t a lt e s t ss h o wt h a tc o k eu s e df o rt h ea b s o r p t i o no f b e n z e n e c a nn o tb ea sw e a kp e r f o r m a n c eo fb e n z e n ea d s o r b e n t ，b u tt h ea s ho fc o k ea n dn a p h t h a l e n e f i l t e r i n ga n da b s o r p t i o nh a v eav e r yg o o dp e r f o r m a n c e ，s og a sc o k ef u l l ym e tt h ed e s i g n r e q u i r e m e n t sa f t e rp o s t - c o l u m no fa s hc o n t e n to fn a p h t h a l e n e t h er e s u l t ss h o wt h a tt h eg a s s y s t e mi nt h ei o i n tu s eo fa c t i v a t e dc a r b o na n dc o k ec a l lb ea c h i e y e dt or e m o v eb e n z e n e ， n a p h t h a l e n e ，g r a y 一i i 大连理工大学专业学位硕士学位论文 a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c hr e s u l t sid e s i g nt h ec o k ef i l t e r 。w h i c hi su s e df o rt h es e t t l e m e n t o ft h eb l a c k - u r e ap l a n tf e e dg a sc o m p r e s s o rr o t o ra sar e s u l to fv i b r a t i o nc a u s e db yh a n g i n g s c a l ea n dn o tl o n g p e r i o do p e r a t i o n ，p l u g g i n gf l o wp r o b l e m s ，t h ei m p a c to fn a p h t h a l e n ee n d h e a te x c h a n g e rt h ee f f e c to fh e a tt r a n s f e ra n ds oo n a b s o r p t i o no fap r e l i m i n a r yd e s i g no f d e v i c e sh a sag o o de c o n o m i cb e n e f i tf r o mt h eo p e r a t i n gc o s t so fp r o d u c t i o na n dp r o d u c t c o m p a r i s o n ，a n da l s oe l i m i n a t e st h ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nc a u s e db yb e n z e n e k e yw o r d s ：g a sp u r i f i c a t i o n ；a c t i v a t e dc a r b o n ；c o k e ；a b s o r p t i o n ；f i l t e r i i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 作者签名：土尘墨：彭 大连理t 大学专业学位硕十学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目：适! 眭炭簋基渲险厦粒氢主低速廑苤蓥灰鲍盟塞 作者签名：叁监：! 壶 日期：三! ! 至年二三一月三三日 导师签名：奎垄 大连理工大学专业学位硕士学位论文 引言 进入2 l 世纪，世界各国的经济飞速发展对能源的需求和依赖与日俱增，导致石油 等大宗商品的价格数倍增长，这使我国以石油、天然气、焦炭为原料生产化肥、甲醇等 化工产品的企业出现严重亏损，不得不停产对生产源头进行改造。我国是资源和能源相 对匮乏的国家，缺油少气，而我国煤炭资源相对丰富，煤炭保有储量达1 0 0 0 0 亿吨【1 】【2 】， 因此将气头改为以煤为原料是一个不错的选择。目前新近投产或在建的该类型企业大多 采用壳牌、德士古、四喷嘴加压气化等中高压洁净煤气化工艺，气化装置投资较高。采 用这些气化技术对企业现有装置进行改造显然是不经济的，这会使现有装置大量闲置， 同时改造费用一般企业也负担不起。恩德炉、灰融聚等气化技术以其投资少、煤种适应 范围广、生产成本低、为国内技术设备建设期短、操作简单弹性大、维护容易等优点为 这些企业对造气装置进行改造提供了一条出路。采用这些煤气化技术虽然可以大大降低 生产成本，但对后系统也带来了不小的负面影响，使系统无法实现长周期安全稳定运转。 本文对其中苯、萘、灰对后系统的影响进行了研究，提出了切实可行的解决办法，部分 研究成果已应用于生产中，收到了良好的效果。 采用这些气化方法对后系统的影响主要体现在以下及个方面。 气体组分对产量的影响这方面的影响研究者较多，一般在设计阶段已经加以 考虑，并通过操作上的调整，使气体组分能够达到生产的要求。 带出物多对压缩机、触媒的影响主要表现在灰被带到后系统挂到压缩机叶轮 上引起振动、沉积在流道中影响气体流量、带到触媒中，堵塞触媒微孔。 苯、萘等有机物的影响受气化温度的限制，煤不能完全热解，煤气中会含有 浓度不等的苯、萘、酚等有机物。萘在换热器中凝固影响换热效果，同时也会堵塞触媒 微孔，还会对溶液造成污染。苯能直接被带入产品中影响产品质量【3 】【4 】，排放到大气中 的苯还对环境造成污染。 第、方面的影响是改烧劣质煤后带来的新问题，从目前的生产情况来看是对系 统的主要威胁。 去除煤气中灰的方法可采用除尘技术。成熟的除尘手段多种多样，实际上恩德炉等 气化工艺也配备了大量的除尘设备，从旋风分离器开始到洗涤塔到电除尘等也种类繁 多，除掉了煤气中的绝大部分灰尘。去除苯等挥发性有机化合物的方法也有很多种，包 括吸附法、吸收法、冷凝法、膜分离法、燃烧法、生物法、等离子法等也五花八门，各 有各的应用范围。恩德炉等气化工艺并没有配套设计除掉此类物质的装置，苯等有机物 活性炭焦炭清除原料气中低浓度苯萘灰的研究 全部被带到后系统。根据现有装置的实际情况，选择合理的方法进行组合除去煤气中低 浓度的苯、萘、灰成为解决这一问题的途径。 本研究直接针对生产中的实际问题，采用焦炭、活性炭作为过滤和吸附介质，用色 谱仪、苦味酸滴定法、称重法分别测定煤气中苯、萘、灰的浓度，通过实验研究了焦炭 对苯、萘、灰的去除性能和不同条件下活性炭对苯的吸附性能，为下一步系统的改造提 供了第一手资料。 实验表明用焦炭和活性炭联合使用去除原料气中苯、萘、灰是可行的和经济的，达 到了研究目的，满足生产的实际要求。研究的初步成果已应用于生产中，效果显著，解 决了恩德炉投用后，长期困扰企业的生产难题。本研究成果也为同类型企业的技术改造 提供了依据，同时也是对恩德炉等气化技术的完善和延伸，为该类技术的应用扫清了障 碍。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 文献综述 1 1 煤气化技术 合成氨工业诞生于1 9 1 3 年，由于原料成本占合成氨生产成本的6 0 左右，在漫长 的岁月里各国科技人员对制造合成氨的原料和加工方法进行了广泛的研究和开发睁儿引。 近年因国际油价飙升焦炭价格猛涨，我国以渣油、石脑油、焦炭为原料的大中型化肥厂 大都停产。以煤为原料，采用先进的煤气化技术对我国合成氨厂进行改造，不但符合我 国的资源国情，有利于节能、降耗、减少环境污染，提高产品竞争力，而且符合国家可 持续发展战略。 1 1 1 壳牌粉煤气化技术 7 - 1 0 】 2 0 世纪7 0 年代壳牌( s h e l l ) 公司在多年渣油气化的基础上，开发了粉煤气化技术， 大体上可分为煤粉制备、煤粉输送、气化、气体净化四个单元。第一座粉煤气化实验装 置于19 7 6 年在壳牌阿姆斯特丹研究中心投入运行。s h e l l 煤气化技术是目前世界上较为 先进的洁净煤气化新工艺之一，该技术以干粉煤为原料，纯氧和蒸汽为气化剂，液态排 渣，属于加压气流床气化。该工艺由于主要采用废锅流程，一直在电厂应用，在国外还 没有用于化肥生产的成功范例。中石化巴陵分公司是第一家引进该技术用于化肥生产的 厂家。到2 0 0 7 年7 月国内已先后有1 8 家企业引进此项技术。该工艺有以下几个弊端： 由于选择的是废锅流程，变换工序要补充大量水蒸汽，工艺复杂，系统能量利 用不合理； 该技术投资较大，大量设备材料需进口，财务负担重。 s h e l l 粉煤气化工艺流程是原料煤经破碎后在热风干燥的磨机内磨制成9 0 6 5 ) 和灰熔点( 1 2 5 0 。c ) 有一定的要求，对灰分( 低于4 0 ) 、煤的粒度( l o m m ) 等要求不高。 操作弹性大恩德炉最小负荷受流化所需要的最小速度的限制，最大负荷则 受残留物完全燃烧所需最短时间的限制。气化炉生产负荷可在设计负荷6 0 - - - ，1 0 5 范 围内调节。 开、停炉方便如需停炉，停供汽化剂和原料煤，可在几分钟内实现停炉。 因流化床冷却速度慢，在几天后仍可送入汽化剂和原料煤重新启动。停炉期，每天喷入 一两次少量空气就可维持炉温。 运行稳定可靠，检修量少气化炉仅由耐火材料的炉体和可拆卸的喷嘴组成， 没有传动机构，故不需太多的维修即可获得较高连续运转率。 气化效率高经检测，恩德炉煤气化炉的气化效率可达7 2 - - 7 6 。另外， 气化强度也大。 生产成本低恩德炉可以用粉煤直接气化。粉煤价格低，加工比较简单，通 过l o m m 的筛网所筛下的粉煤就可直接应用。 蒸汽可做到自给自足每万立方米煤气可产5 5 t 蒸汽( o 6 m p a ) ，除8 0 自 用，还有2 0 的外送量。 a d 废锅使用寿命长由于将废锅的位置改在旋风除尘器后面，进废锅煤气中的 含尘量降低，因此延长了废锅的使用寿命和检修周期。 1 1 5 小结 3 1 9 1 1 2 0 1 除上面介绍的煤气化技术外，还有常压循环流化床( c f b ) 气化技术、富氧空气连 续气化技术、型煤气化技术等。每一种气化技术都有它的适用范围，企业可根据自身的 活性炭焦炭清除原料气中低浓度苯萘灰的研究 实际情况选取。对新建的大型甲醇、合成氨装置宜选用气化量大、气化效率高的德士古、 四喷嘴水煤浆加压气化工艺。对中小型装置可根据当地煤种特点选用恩德炉、灰融聚等 技术。如恩德炉烧褐煤比较适合，灰融聚可以烧灰分大一些的煤。考虑煤种的同时还要 考虑生产工艺的特点，不能一概而论。 1 2 除尘技术介绍2 l 】 除尘是捕集、分离含尘气流中的粉尘等固体颗粒物的技术。除尘器主要技术性能包 括：处理风量、设备阻力、漏风率、除尘效率、排放浓度等。除尘器有多种分类方法， 如按捕集烟尘的干湿情况分为干式除尘器和湿式除尘器；按除尘机理与功能分为惯性除 尘装置、旋风除尘装置、湿式除尘装置、过滤层除尘器、袋式除尘装置、静电除尘装置、 组合式除尘器7 种类型。 1 2 1 旋风除尘器 从1 8 8 6 年第一台圆锥形旋风分离器问世至今，旋风除尘器一直在工业生产中被极 为广泛的应用。旋风除尘器可以单独使用，也可以作多级除尘系统的预除尘之用。旋风 除尘器适用于捕集、分离5 “m 以上的粉尘，粉尘尺寸越大分离效率越高。 1 简体2 锥体3 进气管4 排气管5 排灰口 6 外旋线7 内旋线8 二次流9 回流区 图1 1 旋风分离器 f i 9 1 1d u s t c l e a n i n gp r i n c i p l eo fe y c i o n e 它有以下几个优点： 结构简单，无运动部件，不需特殊的附属设备，占地面积小，制造安装投资少； 操作维护简便，压力损失中等，动力消耗不大，运转维护费用较低； 大连理工大学专业学位硕士学位论文 操作弹性较大，性能稳定，不受含尘气体的浓度、温度限制。 缺点是除尘效率不高，对于流量变化大的含尘气体性能较差。 旋风分离器的除尘原理如图1 1 所示。旋风除尘器由筒体、锥体、进气管和卸灰管 等组成，如图1 1 所示。当含尘气体由切向进气口进入旋风除尘器时气流将由直线运动 变为圆周运动。旋转气流的绝大部分沿器壁自圆筒体呈螺旋形向下、朝锥体流动，通常 称此为外旋气流。含尘气体在旋转过程中产生离心力，将相对密度大于气体的尘粒甩向 器壁。尘粒一旦与器壁接触，便失去径向惯性力而靠向下的动量和向下的重力沿壁面下 落，进入排灰管。旋转下降的外旋气体到达锥体时，因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠 近。根据“旋转矩 不变原理，其切向速度不断提高、尘粒所受离心力也不断加强。当 气流到达锥体下端某一位置时，即以同样的旋转方向从旋风分离器中部，由下反转向上， 继续做螺旋性流动，即内旋气流。最后净化气体经排气管排出管外，一部分未被捕集的 尘粒也由此排出。自进气管注入的另一小部分气体则向旋风分离器顶盖流动，然后沿排 气管外侧向下流动；当到达排气管下端时即反转向上，随上升的中心气流一同从排气管 排出。分散在这一部分气流中的尘粒也随同被带走。 1 2 2 袋式除尘引2 2 之4 】 袋式除尘器是指利用纤维性滤袋捕集粉尘的除尘设备。袋式除尘器主要由袋室、滤 袋、框架、清灰装置等组成，滤袋的材质是天然纤维、化学合成纤维、玻璃纤维、金属 纤维或其它材料。袋式除尘器的应用数量约占各类除尘器总量的6 0 7 0 。 ( 1 ) 袋式除尘器特点 除尘效率高 除尘效率一般 9 9 。 运行稳定不受风量波动影响。 适应性强不受粉尘比电阻值影响。 缺点不适合处理潮湿、粘性粉尘。 ( 2 ) 除尘机理 含尘气体以0 5 - - 3 m m i n 的速度通过滤料时，粉尘受到扩散效应、拦截效应、惯性 碰撞效应、筛分效应和静电效应等作用，逐渐在滤袋表面形成除尘层，常称为粉尘初层。 初层形成后，它成为袋式除尘器的主要过滤层，提高了除尘效率，滤料主要起着形成粉 尘初层和支撑它的骨架作用。在完成除尘过程中，各种效应所起的作用为： 扩散效应小于0 2 9 m 的粒子和气体分子相互碰撞后产生不规则运动，一部分尘 粒被纤维或尘层所阻留，这种现象称为扩散效应； 活性炭焦炭清除原料气中低浓度苯萘灰的研究 拦截效应当粒子沿气流流线随着气流直接向纤维捕集体运动时，由于气流流线 距纤维表面的距离在这粒子半径范围以内，则粒子与纤维接触并被捕集。 惯性碰撞效应当气体流经纤维层时流线发生改变，气体中质量较大的粒子由于 惯性来不及改变方向直接与纤维发生碰撞而被捕集； 筛分效应滤料间的空隙或滤料上粉尘间的空隙较尘粒小时而被捕集，称为筛分 效应： 静电效应气体冲刷纤维捕集体，摩擦作用可使纤维带电荷，某些粉尘颗粒在运 动中也会带上电荷，在电荷的作用下产生吸引，也会产生排斥力。 ( 3 ) 袋式除尘器的清灰 袋式除尘器在运行过程中，总是按照工作请灰一工作的程序进行的。对清灰的基 本要求是从滤袋上迅速、均匀地清落沉积的粉尘，同时又能保留一定的初始粉尘层。清 灰方式有振动清灰、反吹清灰、反吹振动联合清灰、脉冲喷吹清灰、气环反吹清灰、气 箱脉动清灰、脉冲反吹清灰等。 1 2 3 湿式除尘器 湿式除尘器【2 5 】也叫洗涤式除尘器，是一种利用水( 或其他液体) 与含尘气体相互接 触，伴随有热、质的传递，经过洗涤使尘粒与气体分离的设备。湿式除尘器在1 9 世纪 末钢铁工业中开始采用。湿式除尘能除去o 1 9 m 以上的尘粒，它适用于处理与水不发生 化学反应、不发生黏结现象的各类粉尘，非常适合于高温高湿烟气及非纤维性粉尘的处 理。 湿式除尘与干式除尘相比有如下优点：设备投资少，结构比较简单；净化效率较高； 设备本身一般没有可动部件，不易发生故障；在除尘过程中有降温冷却、增加湿度和净 化有毒有害气体等作用；可处理易燃及有害气体。缺点是：要消耗一定量的水( 或其他 液体) ，除尘之后需对污水进行处理，以防止二次污染；灰尘的回收困难；易受酸碱性 气体腐蚀，应考虑防腐；黏性的粉尘易发生堵塞及挂灰现象；冬季需考虑防冻问题。 湿式除尘是尘粒从气流中转移到另一种流体中的过程。这种转移过程主要取决于三 个因素，气体和液体之间接触面面积的大小；气体和液体之间的相对运动；粉尘颗粒与 流体之间的相对运动。气体中的粉尘粒子是在气液两相接触过程中被捕集的。湿式除尘 器的除尘机理主要是惯性碰撞和拦截作用，扩散和静电作用一般是次要的。惯性碰撞作 用主要取决于尘粒质量及其与液滴之间的相对运动速度，拦截作用主要取决于尘粒的大 小。一般是液滴越小，惯性碰撞和拦截作用都增强。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 按湿式除尘器的结构形式及除尘机理可分为以下七类：塔式除尘器，如空心喷 淋除尘器；水膜式除尘器；冲击式除尘器；填料式除尘器；泡沫式除尘器； 喷射式除尘器，如文丘里除尘器：机械诱导式除尘器。下面介绍恩德炉流程中采 用的空心喷淋除尘器、文丘里除尘器。 ( 1 ) 空心喷淋除尘器 空心喷淋除尘器( 空喷塔) 虽然设备体积大，除尘效率低，但因为其结构简单，便 于制作，阻力较小，不易堵塞等优点，一直在工厂沿用。 空喷塔底部有气体入口、液体排出口和清扫孔。塔体进气段一般设有匀气装置，使 气体沿塔体分布均匀，以防止偏流。塔体中部有喷淋装置，由若干喷头组成，喷淋装置 可以是一层或两层以上。喷头作为喷淋塔的关键部件应具有如下特点：喷出液滴细小、 喷出液体的锥较大、所需的给液压力小、喷洒能力大。上部为除雾装置和净化气体出口。 脱水段常用的除雾装置有：填充层除雾器、降速除雾器、折板除雾器、旋风除雾器、旋 流板除雾器。 ( 2 ) 文丘里除尘器 文丘里除尘器于1 9 4 6 年开始在工业中应用。文丘里除尘器的工作原理示意图，如 图1 2 所示。该除尘器由伸缩段、喉口和扩散管以及脱水器组成，结构简单，对0 5 - - 一5 9 m 的尘粒具有很高的除尘效率。 恤气 脱术器 沉淀池 观旅 图1 2 文丘里除尘器 f i 9 1 2 v e n t u e is c r u b b e r 文丘里除尘器的除尘过程可分为雾化、凝聚和脱水三个环节，前两个环节在文氏管 内进行，后一个环节在脱水器内完成。含尘气体由进气管进入收缩管后流速逐渐增大， 活性炭焦炭清除原料气巾低浓度苯萘灰的研究 在喉管气体流速达到最大僵。在收缩管和喉管中气液两相之闻的提对速度达到最大值。 从喷嘴喷射出来的水滴在高速气流冲击下雾化，能量由高速气流供给。在喉口处气体和 水充分接触，并达到饱和，尘粒表面附着的气膜被冲破，使尘粒被水湿润，发生激烈的 凝聚。在扩散管中，气流速度减小，压力回升，以尘粒为凝结核的凝聚作用形成，凝聚 成粒径较大的含尘水滴，更易于被捕集。粒径较大的含尘水滴进入脱水器后，在重力、 离心力等作用下，干净气体与水、尘分离，达到除尘目的。 文氏管是除尘器的关键部件，其截面尺寸可根据气体流速计算。一般收缩管进气端 截面积可按气体流速1 5 - 2 2 m j s 计算l 扩散管截面积可按气体流速1 8 - 2 2 m s 计算；喉 口截面积，对捕集小于l g m 的尘粒或液滴可按气体流速9 0 - - - 1 2 0 m s 计算，对捕集3 5 9 m 的尘粒或液滴可按气体流速7 0 - - 9 0 m s 计算。收缩管的收缩角通常取2 3 3 0 。，扩教管 的扩张角通常取6 , - - 7 。 1 2 4 静电除尘器 2 6 - 2 8 1 静电除尘器是利用静电力将气体中的粉尘或液滴分离出来的除尘设备，也称电除尘 器。该除尘器几乎对各种粉尘、烟雾等都有很高的除尘效率：也可用于高温、高压气体 的除尘；设备阻力低。静电除尘器在2 0 世纪初发明并被用于工业生产。 ( 1 ) 静电除尘器的工作原理 以管极式静电除尘器为例加以介绍。电除尘器结构如图1 3 所示。 流鬻 圈1 。3 瞧除尘器 f i g1 3 e l e e t r o s r a t i e + 麴蔷麓 图1 4 气体导毫过程赫线 f i 9 1 4c u r v eo fg a sd i s c h a r g e 接地的金属管l f 收尘极( 或集尘极) ，和置于圆管中心，靠重锺张紧的放电极( 或 称电晕线) 构成的管极式静电除尘器。工作时含尘气体从除尘器下部进入，向上通过一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 个足以使气体电离的静电场，产生大量的正负离子和电子并使粉尘荷电，荷电粉尘在电 场力的作用下向集电极运动并在收尘极上沉积，从而达到粉尘和气体分离的目的。当收 尘极上的粉尘达到一定厚度时，通过清灰机构使灰尘落入灰斗中排出。静电除尘的工作 原理包括电晕放电、气体电离、粒子荷电、粒子的沉积、清灰等过程。 气体导电过程可用图1 4 中的曲线来描述。图中在a b 阶段，气体导电仅借助于大 气中所存在的少量自由电子。在b c 阶段，电压不足以使气体电离，电流并不增加。当 电压高于c 点时，气体开始电离，由于有新的离子产生，电流随着电压的增高而增加。 c 点电压通常称为临界电离电压。当电压继续升高到d 点时，由于大量气体电离，在放 电极周围的电离区可以看到光点或光环，d 点电压称为临界电晕电压。d e 段称为电晕 放电阶段，静电除尘就是利用电晕放电工作的。当电压继续升高到e 点时，开始有电弧 产生，电压下降，电除尘停止工作。 ( 2 ) 静电除尘器的清灰 清灰方法有湿式、干式和声波三种方法。湿法清灰的优点是无二次扬尘，同时可净 化部分有毒有害气体；缺点是腐蚀和结垢问题较严重，污水需要处理。干法清灰有机械 撞击和电磁振打等方式。声波清灰对电晕极和收尘极都较好，但较复杂。 ( 3 ) 静电除尘器的分类 按气体流动方向可分为立式静电除尘器和卧式静电除尘器；按收尘极形式可分为管 式静电除尘器和板式静电除尘器；按清灰方式可分为干式静电除尘器、湿式静电除尘器 和声波静电除尘器。 1 3 挥发性有机化合物的处理 挥发性有机化合物v o c s ( v o l a t i l eo r g a n i cc o m p o u n d s ) ，是一类常见的大气污染物。 它主要来源于汽车尾气和工厂排放的废气【2 9 1 1 3 0 1 ，如焦炭生产、煤气生产、石油化工、油 漆生产、金属涂装、化学涂料、化肥生产、制鞋制革、电镀、胶合板制造、轮胎制造、 废水处理厂等行业。有害的挥发性有机化合物主要包括苯、甲苯、二甲苯、苯酚、丙酮、 二甲基苯胺、甲醛、乙酸乙酯、乙醇等。由于v o c s 废气严重污染环境、妨害动植物生 长、危害人类健康 3 1 】【3 2 1 ，大多数发达国家都颁布法令限制v o c s 的排放。1 9 9 1 年1 月 通过的( v o c s 跨国大气污染议定书对欧美v o c s 排放进行了限制；近年出台的 i s 0 1 4 0 0 0 也对v o c s 的排放作了严格的规定；我国也在1 9 9 7 年颁布并实施大气污染 物综合排放标准，限定了包括苯、甲苯、二甲苯等挥发性有机化合物在内的3 3 种污 染物的排放限值【3 3 】。 活性炭焦炭清除原料气中低浓度苯萘灰的研究 v o c s 的治理方法主要有两类：一类是回收法，另一类是消除法。回收法是通过物 理方法，改变温度、压力或采用选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来富集分离有机气 相污染物。回收法主要有吸附法、吸收法、冷凝法及膜分离技术等。消除法主要是通过 化学或生化反应，用热、光、催化剂和微生物将有机气相污染物转变成为c 0 2 和水等无 毒害的无机小分子化合物。消除法有直接燃烧