第五章气态污染物控制技术二.ppt

第五章气态污染物控制技术 2吸附法净化气态污染物1 吸附 由于固体表面上存在着分子引力或化学键力 能吸附分子并使用其浓集在固体表面上的现象叫 2 吸附剂 具有吸附作用的固体物质 称为 3 吸附质 被吸附的物质 称为 4 吸附净化 是使废气与大表面多孔的固体物质相接触 使废气中的有害组分吸附在固体表面上 从而达到净化的目的 一 吸附法基本原理 一 物理吸附和化学吸附根据吸附过程中吸附剂和吸附质之间作用力的不同来划分 1 物理吸附 在吸附过程中 当吸附剂和吸附质之间的作用力是范德华力 或静电引力 时 称为 特点 1 吸附剂和吸附质间不发生化学反应 2 吸附过程进行较快 参与吸附的各相之间迅速达到平衡 3 物理吸附是种放热过程 其吸附热较小 相当于被吸附气体的升华热 一般为20kJ mol左右 4 吸附过程可逆 无选择性 2 化学吸附 在吸附过程中 当吸附剂和吸附质之间的作用力是化学键时称为 特点 1 吸附剂和吸附质之间发生化学反应 在吸附剂表面生成一种化合物 2 化学吸附过程一般进行缓慢 需要很长时间才能达到平衡 3 化学吸附也是放热过程 但吸附热比物理吸附热大得多 相当于化学反应热 一般84 417KJ mol 4 具有选择性 常常是不可逆的在实际吸附过程中 物理吸附和化学吸附一般同时发生 低温时主要是物理吸附 高温时主要是化学吸附 二 吸附过程吸附过程的全过程可分为 外扩散 内扩散 吸附和脱附四个过程 1 外扩散过程 是吸附剂外围空间的气体吸附质分子穿过气膜 扩散到吸附剂表面的过程 2 内扩散过程 吸附质分子进入吸附剂微孔中 并扩散到内表面的过程 3 吸附过程 经过外扩散和内扩散到达吸附剂内表面的吸附质分子被吸附在内表面的过程 4 脱附过程 是部分被吸附的分子离开吸附剂的内表面和外表面 进入气膜层 并反扩散到气相主体中的过程 三 吸附平衡1 定义 由于吸附过程的一种可逆过程 在吸附质被吸附的同时 部分已被吸附的物质由于分子的热运动而脱离固体表面回到气相中去 当吸附速度与脱附速度相等时 达到了 2 特点 达到吸附平衡时 吸附过程仍在进行 但被吸附物质的量不再增加 可以说吸附剂失去了吸附能力 必须进行再生 四 影响气体吸附的因素1 操作条件的影响 主要操作条件 温度 压力 气体流速等 1 低温有利于物理吸附 适当升温有利于化学吸附 2 增大气相主体压力 吸附质分压 有利于吸附 3 气体流速过大 气体分子与吸附剂接触时间短 对吸附不利 气体流速过小 处理气体的量相应变小 又会使设备增大 气体流速一般控制在0 2 0 6m s 吸附剂性质的影响 1 有效表面积 吸附质分子能进入的表面积 是衡量吸附剂吸附能力的一个重要概念 2 影响表面积因素 吸附剂的孔隙率 孔径 颗粒度等均影响 3 吸附质性质的影响 吸附质分子的临界直径 吸附质的相对分子质量 沸点和饱和性等 4 吸附质浓度的影响 吸附质在气相中的浓度越大 吸附量也就越大 但浓度大 使吸附剂很快饱和 再生频繁 因此吸附法不宜净化污染物浓度高的气体 5 吸附剂的活性 活性是吸附能力的标志 用单位吸附剂所能吸附吸附质的量来描述 1 静活性 在一定温度下 吸附达到饱和时 单位量吸附剂所能吸附吸附质的量 2 动活性 是吸附过程还没有达到平衡时单位量吸附剂所吸附吸附质的量 6 接触时间 在吸附过程中 应保证吸附质与吸附剂有一定的接触时间 使吸附接近平衡 充分发挥吸附剂的吸附能力 五 吸附法的特点1 优点 1 净化效率高 2 能回收有用组分 3 设备简单 流程短 易于实现自动控制 4 无腐蚀性 不会造成二次污染 2 缺点 吸附容量较小 设备体积较大 六 吸附法净化气态污染物的种类低浓度的SO2烟气 NOX H2S 含氟废气 酸雾 含铅及含汞废气 恶臭 沥青烟及碳氢化合物等 二 吸附剂 一 吸附剂的种类和性质1 分为无机和有机吸附剂 天然和合成吸附剂 2 常用的吸附剂 1 活性碳 应用最早 用途较广的一种优良吸附剂 形成 由各种含碳物质如煤 木材等 在较低温度 773k 下炭化 再用水蒸气或化学试剂进行活化处理 制成孔穴十分丰富的吸附剂 特性 是一种具有非极性表面 疏水性和亲有机物的吸附剂 用途 常用来吸附回收空气中的有机溶剂 净化某些气态污染物 也可以用来脱臭 2 活性氧化铝 形成 是指氧化铝的水合物加热脱水而形成的多孔物质 特性 吸附极性分子 无毒 机械强度大 不易膨胀 用途 用于气体干燥 石油气脱硫 及含氟废气净化等 3 硅胶 形成 用硅胶钠与酸反应生成硅酸凝胶 然后在115 130 下烘干 破碎 筛分而制成各种粒度的产品 特性 具有很好亲水性 吸附量很大 用途 用于气体的干燥和从废气中回收烃类气体 4 沸石分子筛 形成 是具有多孔骨架结构的硅酸盐结晶体 特点 A 具有很高的吸附选择性 B 具有很强的吸附能力 C 是强极性吸附剂 对极性分子特别是对水分子具有很强的亲和力 D 热稳定性和化学稳定性高 二 吸附剂的选择1 选择吸附剂的基本要求 1 大的比表面积和孔隙率 空穴越多 内表面越大 则吸附性能越好 2 良好的选择性 由于不同的吸附剂因其组成和结构不同 所表现的优先吸附能力就不同 只有具有良好的选择性 才能经济有效地净化气态混合物 3 易于再生 吸附法净化气态污染物应包括吸附和吸附剂再生的全部过程 4 机械强度大 化学稳定性强 热稳定性好 5 原料来源广泛 价格低廉 2 选择方法步骤 1 初步选择 选择吸附剂 除要有一定的机械强度外 最主要的是对分离组分具有良好的选择性和较强的吸附能力 注意一点 吸附质分子的大小必须小于微孔的大小 当污染物的浓度较大 而净化要求不高时 可采用吸附能力适中而价格便宜的吸附剂 当污染物浓度较大而净化要求也较高时 可考虑用不同的吸附剂进行两级处理 2 活性与寿命实验 对初步选出的一种或几种吸附剂应进行活性和寿命实验 活性实验一般在小试阶段进行 而活性较好的吸附剂一般应通过中试进行说明实验 3 经济评估对初步选出的几种吸附剂进行经济估算 从中选用费用低 效果较好的吸附剂 三 吸附剂的再生1 定义 为了使失去吸附能力的吸附剂恢复吸附能力 必须使吸附质从吸附剂上解脱下来 这种过程叫 2 常用的再生方法 1 升温再生通过升高吸附剂温度 使吸附物脱附 吸附剂得到再生 不同的吸附过程需要不同的温度 吸附作用越强 脱附时需要加热的温度越高 2 降压再生再生时压力低于吸附操作的压力 或对床层抽真空 使吸附质解吸出来 再生温度可与吸附温度相同 3 吹扫再生向再生设备中通入不被吸附的吹扫气 降低吸附质在空气相中的分压 使其解吸出来 操作温度越高 通气温度越低 效果越好 4 置换再生采用可吸附的吹扫气 置换床中已被吸附的物质 吹扫气的吸附性越强 床层解吸的效果越好 5 化学再生向床层中通入某种物质使其与被吸附的物质发生化学反应 生成不易被吸附物质而解吸出来 四 影响吸附剂再生的因素主要有温度 压力 吸附质的性质和气相组成 吸附剂的化学组成和结构等 1 当影响因素主要是温度和压力时 一般通过降低温度和增大压力来提高吸附量 对这类吸附剂进行再生时可以采用升温再生法 降压再生法和吹扫再生法 2 当影响因素主要是吸附质的性质和气相组成或吸附剂的化学组成和结构时 通常采用置换再生或化学再生法 3 吸附剂的吸附容量大 吸附效率高 与它的易于再生性是对立统一的矛盾 如果吸附能力越强 就可能越不易再生 三 常用的吸附设备常用的吸附净化设备主要有三种类型 固定床吸附器 移动床吸附器 流化床吸附器 一 固定床吸附器1 分类 1 按照吸附器矗立方式 分为立式和卧式两种 2 按照吸附器的形状可分为方形 圆形两种 2 特点 结构简单 价格低廉 特别适合于小型 分散 间歇性污染源排放气体的净化 缺点是间歇操作 3 方型立式吸附器 书119页 吸附剂床层高度在0 5 2 0m范围 吸附剂填充在栅板上 栅板上放置两层不锈钢网 处理腐蚀性流体混合物时 可采用由耐火砖和陶瓷等防腐蚀材料制成的具有内衬的吸附器 4 圆形卧式吸附器 书119页 壳体为圆柱形 封头为椭圆形 一般用不锈钢或碳钢制成 吸附剂床层高度为0 5 1 0m 优点 流体阻力小 从而减少动力消耗 缺点 由于吸附剂床层的横截面积大 易产生气流分配不均匀现象 二 移动床吸附器1 工作原理及过程 1 吸附剂从设备顶部进入冷却器 降温后经分配板进入吸附段 借重力作用不断下降 并通过整个吸附器 2 净化气体从分配板下面引入 自下而上通过吸附段 与吸附剂逆流接触 净化后的气体从顶部排除 3 当吸附剂下降到冷提段时 由底部上来的脱附气与其接触 进一步吸附 将较难脱附的气体置换出来 最后进入脱附器对吸附剂进行再生 2 结构组成 由吸附剂冷却器 吸附剂加料装置 卸料装置 分配板 脱附器等部件组成 三 流化床吸附器1 工作过程 在设备中 流体以不同的流速通过细颗粒固定床层时 出现流化状态 颗粒悬浮于气体之中 并上下浮沉 达到净化效果 2 分类 按照流化体系分 1 气固 液固流化床