气态污染物的净化.ppt

11气态污染物的净化 11 1吸收净化 11 2吸附法 11 3催化转化法 11 4燃烧法 11 5生物净化法 重点 难点 吸附及催化转化原理 热力燃烧的条件废气生物净化原理 烟囱高度的计算 11 1吸收净化 一 气态污染物净化过程的特点 1 处理气量较大 而其中所含气态污染物的浓度又较低 2 废气中气态污染物成分较复杂 3 多数情况下 吸收过程仅是将污染物又气相转入液相 还需对吸收液作进一步处理 以免产生二次污染 4 综合利用 将废物资源化 二 吸收机理 一 化学吸收的气液平衡 双膜理论 1 气体在液体中的溶解度气体的溶解度是在100Kg水中溶解气体的千克数 2 亨利定律 相平衡方程式 对于非理想溶液 当总压不高 一般不超过5 105Pa 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 二 吸收过程的气液平衡 亨利定律 3 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 现以一传质设备来说明传质过程的进行 y1 y2分别表示进 出口气相中溶质的浓度 x1 x2分别表示进 出口液相中溶质的浓度 x2 y2 分别表示进 出口气 液相中溶质的平衡浓度 若测得y yi 则该组分将被溶液吸收 吸收过程 若测得yxi 解吸过程 用相平衡方程式还能确定吸收 或解吸 过程进行的限度 从而提出合理的工艺设计要求 物理吸收 化学吸收 三 吸收的分类 三 吸收剂的选择 选择原则 1 2 3 4 价廉易得 腐蚀性小 吸收容量大 选择型高 粘度小 热稳定性高 适宜得沸点 易于再生 四 吸收设备 一 填料塔 2 特点结构简单 造价低 耐腐蚀 耐高温 适应性强 气体阻力小 能耗低 但含尘浓度较高时会填塞填料 且吸收率不算太高 1 工作流程 吸收液体由上部喷头喷入 被吸收气体由下部送入 气液在中间填料层中充分接触 净化的气体从顶部排出 吸收后的液体从底部排出 1 工作过程 2 特点 二 板式塔 吸收液体又上部喷头喷入 被吸收气体由下部送入 气液在中间塔板层相互接触 常用的塔板有筛孔板 斜孔板 筛网等 吸收效率高等 缺点是板孔容易堵塞 吸收过程必须保持恒定的作业条件 且体积大 构造复杂 造价较高 三 喷雾塔气体在设备内与液体接触 主要有普通喷雾塔以及文丘里除尘器和冷却器使用 但吸收效率较低 四 湍球塔以轻质小球作为气液接触的媒体 轻质小球放置在筛板上 它处理气量大 设备体积小 但小球磨损严重 11 2吸附法 一 吸附的分类及其原理 1 物理吸附作用力 分子间范德华力 单层 双层 范德华力 定向力 诱导力和逸散力的总称 物理吸附特征 吸附质与吸附剂间不发生化学反应 吸附过程极快 参加吸附的各相间常常瞬时即达平衡 吸附为放热反应 吸附剂与吸附质间的吸附力不强 当气体中吸附质降压或温度升高时 被吸附的气体能很容易的从固体表面逸出 而不改变气体原来形状 是一种不可逆过程 吸附与脱附 2 化学吸附作用力 化学键力 需一定的活化能故又称活化能吸附 单层吸附 化学吸附特征 有很强的选择性 吸附速率较慢 达到吸附平衡需相当长时间 升高温度可提高吸附速率 气体吸附过程 气膜扩散 微孔扩散 在吸附剂表面吸附 二 吸附剂 一 吸附剂必备的条件 二 常用吸附剂 巨大的内表面 大的比表面积即大的吸附容量 良好的选择性 较高的机械强度 化学与热稳定性 来源广泛 造价低廉 良好的再生性能 从经济角度考虑 活性炭 活性氧化铝 硅胶 沸石分子筛 吸附树脂等 三 吸附操作的因素 1 操作条件 2 吸附剂的性质 3 吸附质的性质与浓度 4 吸附剂的活性 四 吸附剂的再生 再生方法 2 降压或真空解吸再生 5 化学转化再生 6 微生物再生 1 加热解吸再生 3 溶剂萃取再生 4 置换再生 五 常用的吸附设备 固定吸附器结构简单 吸附剂磨损小 缺点是操作复杂 劳动力强度大 设备体积大 移动床吸附器固体吸附剂在吸附床中不断移动 优点是处理气量大 设备内吸附剂用率高 不会出现漏吸的死角 缺点是吸附剂磨损严重 11 3催化转化法 一 催化转化的概念及特点 催化转化 是指废气通过催化剂床层的催化反应 是其中的污染物转化为无害或易于处理与回收利用物质的净化方法 优点 对不同浓度的污染物具有很高转化率 污染物与主气流不需要分离 避免了可能产生的二次污染 操作过程简化 缺点 催化剂较贵 且废气预热需耗一定能量 这样使净化处理的费用增加 二 催化作用与催化剂 1 催化作用 2 催化剂 概念 化学反应速度因加入某种物质而改变 而被加入物质的数量和性质 在反映终止时不变的作用称为催化作用 机理 通过加入催化剂 改变了反应历程 降低了反应物活化能 从而达到加快反应速度的目的 3 催化作用具有两个显著的特征 催化剂能加速反应速度 正 逆 而不能使平衡移动 催化作用具有特殊的选择性 1 催化作用 2 催化剂 催化剂 凡能加速化学反应速度而本身的化学性质在反应前后保持不变的物质 1 组成 活性组分 催化剂主体 可单独作为催化剂 助催化剂 本身无活性 但具有提高活性组分活性的作用 载体 2 催化剂的性能主要指 其活性 选择性和稳定性 三 固定床催化反应器 1 气固催化反应过程 2 特点 气固催化反应一般经历如下五个步骤 外扩散过程 反应物从气相主体 催化剂外表面 内扩散过程 催化剂外表面 微孔内颗粒内表面吸附反应 化学动力学控制过程 颗粒内表面吸附反应产物离开内表面 内扩散 产物微孔 外表面 外扩散 外表面 气相主体 固定床反应器床层薄 催化剂用量和反应体积较小 气体停留时间可严格控制 固定床中催化剂不易磨损 它的主要缺点是传热性能差 四 催化净化法的一般工艺 1 2 3 4 废气预处理去除催化剂毒物及固体颗粒物 避免催化剂中毒 废气预热到要求的反应温度 如选择性催化还原去除NOX废气的预热温度须达200 220 以上 催化反应 废热和副产品的回收利用等 五 几种主要污染物的催化净化 一 SO2气体的催化净化催化还原法 用H2S或CO将SO2直接还原为硫 二 NOX的催化净化 1 该法是利用不同还原剂 在一定的温度和催化剂作用下 将NOX还原为无害的N2和H2O 2 按还原剂是否与空气中的O2发生反应分为非选择性还原和选择性还原 三 汽车尾气的催化净化目前汽车尾气的净化方法基本有如下三种 一段净化法 又称催化还原法 二段净化法 又称催化氧化还原法 三元净化法 11 4燃烧法 一 燃烧法 燃烧法是通过氧化作用 将废气中的可燃有害组分转化为无害 或易于处理和回收的物质的方法 二 燃烧法分类 一 直接燃烧法燃烧温度在1100度以上 特点是有火焰燃烧 燃烧温度高 可燃烧掉废气中的炭粒 二 热力燃烧1 定义 废气中可燃烧的有害组分浓度低 热值低 必须采用辅助燃烧来提供热量 使废气中可燃物达到着火温度而销毁 2 燃烧过程 1 燃料辅助燃烧提供预热能量 2 高温燃气与废气混和以达到反应温度 3 废气在反应温度下达到充分燃烧 3 燃烧条件 温度 停留时间和湍流 三 催化燃烧催化燃烧主要用来治理工业有机废气和消除恶臭 在催化剂的作用下 有机废气中的碳氢化合物 可以在较低的温度下 300 400度 迅速氧化 生成二氧化碳和水 使气体得到净化 11 5生物净化法 一 生物净化法原理 一 废气中H2S的生物净化主要利用氧化亚铁硫杆菌的间接氧化作用 其次是脱氮硫杆菌和排硫杆菌等直接氧化作用 最后将H2S氧化成单质S 二 废气中有机物的生物净化主要利用微生物新陈代谢需要营养物质