环境工程学：第七章气体污染物控制

1、第七章第七章 气态污染物控制气态污染物控制第一节 吸收净化第二节 吸附净化第三节 催化净化第四节 燃烧净化第七章第七章 气态污染物控制气态污染物控制第一节第一节 吸收净化吸收净化吸收吸收是利用气体混合物中不同组分在吸收剂中是利用气体混合物中不同组分在吸收剂中溶解度的不同，或与吸收剂发生选择性化学反应，溶解度的不同，或与吸收剂发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来的过程。从而将有害组分从气流中分离出来的过程。特点特点：捕集效率高、设备简单、一次性投资低，：捕集效率高、设备简单、一次性投资低，广泛用于气态污染物处理。广泛用于气态污染物处理。专一性专一性吸收效率高吸收效率高吸收速度快吸收

2、速度快第七章第七章 气态污染物控制气态污染物控制吸收类型吸收类型物理吸收时，常用亨利定律来描述气液相间的平衡。物理吸收时，常用亨利定律来描述气液相间的平衡。常压或低压常压或低压稀溶液稀溶液物理吸收物理吸收iiixEpiiipHc化学吸收时的气液平衡关系：化学吸收时的气液平衡关系：化学消耗物理平衡AAcA溶解于溶剂溶解于溶剂的溶质量的溶质量与气相浓度物理平与气相浓度物理平衡相对应的溶质量衡相对应的溶质量由于化学反应由于化学反应消耗的溶质量消耗的溶质量第七章第七章 气态污染物控制气态污染物控制A气气A液液 B溶剂溶剂M液液KMAcAAApHABAMK )1 (BKpHcAAAA气气M+ N-A液液

3、KMAcAANMKAKMAAAAApKHpHcA气气A液液 B液液M液液KMMAcAAApHA)1(xAxBAMKAAAABAPKHPKHcc10双膜理论双膜理论)()(AiAGAGAiAGGAGAppkppzDN)()(ALAiALALAiLALAcckcczDN)()(ALAALAAGAGAcckppkN气膜气膜界面界面液膜液膜AiAiApHc界面气液平衡界面气液平衡第七章第七章 气态污染物控制气态污染物控制类类 型型原原 理理 液膜表面吸收器液膜表面吸收器气、液两相在固定表面气、液两相在固定表面上进行吸收上进行吸收气泡表面吸收器气泡表面吸收器气相以气泡形式分散于气相以气泡形式分散于大量液

4、相中进行吸收大量液相中进行吸收液滴表面吸收器液滴表面吸收器利用摩擦力和惯性力使利用摩擦力和惯性力使液体呈液滴分散于气相液体呈液滴分散于气相中进行吸收的设备中进行吸收的设备第七章第七章 气态污染物控制气态污染物控制筛板塔筛板塔气泡气泡填料塔填料塔液膜液膜喷雾塔喷雾塔液滴液滴第七章第七章 气态污染物控制气态污染物控制第二节第二节 吸附净化吸附净化吸附吸附是利用多孔固体表面存在的未平衡的分子引力是利用多孔固体表面存在的未平衡的分子引力或化学键力，将气体混合物中某一组分或某些组分或化学键力，将气体混合物中某一组分或某些组分吸留在固体表面上，从而分离气体混合物的过程。吸留在固体表面上，从而分离气体混合物

5、的过程。特点特点：捕集效率高、能回收有用组分、设备简单、：捕集效率高、能回收有用组分、设备简单、操作方便、易于自动控制，但吸收容量一般不高。尤操作方便、易于自动控制，但吸收容量一般不高。尤其适于分离低浓度有害气体或处理排放标准要求严格其适于分离低浓度有害气体或处理排放标准要求严格的废气。的废气。吸附剂吸附剂吸附质吸附质第七章第七章 气态污染物控制气态污染物控制作用力作用力反应温度反应温度 吸附热吸附热选择性选择性可逆性可逆性吸附层吸附层物理吸附物理吸附范德华力范德华力低温低温小小无无可逆可逆单单/多分子层多分子层化学吸附化学吸附化学键力化学键力较高温较高温大大有有不可逆不可逆单分子层单分子层1

6、、物理吸附与化学吸附、物理吸附与化学吸附2、吸附剂、吸附剂（1）比表面积大、吸附容量大、选择性好；）比表面积大、吸附容量大、选择性好；（2）具有一定的粒度、较高的机械强度、化学）具有一定的粒度、较高的机械强度、化学/热稳定性；热稳定性；（3）来源广泛、价格低廉。）来源广泛、价格低廉。3、吸附剂再生、吸附剂再生（1）加热解吸；（）加热解吸；（2）降压或真空解吸；（）降压或真空解吸；（3）置换再生）置换再生第七章第七章 气态污染物控制气态污染物控制固定床固定床半连续吸附流程半连续吸附流程A1吸附循环吸附循环 A2解吸循环解吸循环第七章第七章 气态污染物控制气态污染物控制流动床流动床回转吸附床回转吸

7、附床第七章第七章 气态污染物控制气态污染物控制沸腾床沸腾床流化床吸附装置流化床吸附装置1、塔板、塔板 2、溢流堰、溢流堰 3、加热器、加热器第七章第七章 气态污染物控制气态污染物控制第三节第三节 催化净化催化净化催化催化是使气态污染物通过催化剂床层，经历催化是使气态污染物通过催化剂床层，经历催化反应转化为无害物质或易于处理和回收利用的物反应转化为无害物质或易于处理和回收利用的物质的方法。质的方法。特点特点：（：（1）无需使污染物与主气流分离，避免了）无需使污染物与主气流分离，避免了它法可能产生的二次污染，又使操作过程简化；它法可能产生的二次污染，又使操作过程简化；（2）对不同浓度的污染物均有较

8、高的转化率，应）对不同浓度的污染物均有较高的转化率，应用广泛；用广泛；（3）催化剂价格较高，废气预热耗能。）催化剂价格较高，废气预热耗能。第七章第七章 气态污染物控制气态污染物控制催化作用催化作用 化学反应速率因加入某种物质而化学反应速率因加入某种物质而改变，而加入物质的数量和性质在反应终了时却改变，而加入物质的数量和性质在反应终了时却不变的作用。不变的作用。催化剂催化剂正催化正催化 加快化学反应速率的催化作用。加快化学反应速率的催化作用。降低活化能降低活化能催化剂催化剂 由主活性物质、载体和助催剂组成。由主活性物质、载体和助催剂组成。1、提供大的比表面积，节约主活性物质，提高催化剂活性、提供

9、大的比表面积，节约主活性物质，提高催化剂活性2、增大催化剂的机械强度、导热性及热稳定性，延长其寿命、增大催化剂的机械强度、导热性及热稳定性，延长其寿命1、外扩散过程、外扩散过程反应物从气流主体扩散到催化剂外表面；反应物从气流主体扩散到催化剂外表面；2、内扩散过程、内扩散过程反应物进一步向催化剂的微孔内扩散；反应物进一步向催化剂的微孔内扩散；3、吸附过程、吸附过程反应物在催化剂表面上被吸附；反应物在催化剂表面上被吸附；4、表面反应过程、表面反应过程反应物在催化剂表面发生化学反应；反应物在催化剂表面发生化学反应；5、脱附过程、脱附过程反应产物从催化剂表面上脱附下来；反应产物从催化剂表面上脱附下来；

10、6、内扩散过程、内扩散过程反应产物从微孔内扩散到催化剂外表面；反应产物从微孔内扩散到催化剂外表面；7、外扩散过程、外扩散过程反应产物从催化剂外表面扩散到主气流；反应产物从催化剂外表面扩散到主气流；第七章第七章 气态污染物控制气态污染物控制1、采用、采用V2O5作为活性组分，以作为活性组分，以K2SO4作助催化剂，将高浓度作助催化剂，将高浓度SO2 烟气中的烟气中的SO2氧化为氧化为SO3，再吸收生成硫酸；，再吸收生成硫酸；2、用、用H2S作还原剂，在浸渍硅酸盐的活性炭存在下，可将作还原剂，在浸渍硅酸盐的活性炭存在下，可将SO2 催化氧化成元素硫；催化氧化成元素硫；3、采用还原剂将硝酸尾气中的、

11、采用还原剂将硝酸尾气中的NOx还原成无害的还原成无害的N2；4、在贵金属催化剂或金属氧化物地作用下，利用汽车排气中、在贵金属催化剂或金属氧化物地作用下，利用汽车排气中的的CO将将NOx还原成还原成N2，而，而CO被氧化为被氧化为CO2；5、一些恶臭物质和含碳氢化合物的废气常采用催化燃烧法将、一些恶臭物质和含碳氢化合物的废气常采用催化燃烧法将其销毁其销毁 ； 第七章第七章 气态污染物控制气态污染物控制第四节第四节 燃烧净化燃烧净化燃烧燃烧是通过热氧化作用将废气中的可燃有害成分转是通过热氧化作用将废气中的可燃有害成分转化为无害或易于进一步处理和回收的物质的方法。化为无害或易于进一步处理和回收的物质

12、的方法。特点特点：（：（1）工艺简单、操作方便、可回收含烃废）工艺简单、操作方便、可回收含烃废气的热能；气的热能；（2）广泛用于高浓度有机废气的处理；）广泛用于高浓度有机废气的处理；（3）废气中可燃组分含量低时，需预热耗能，注）废气中可燃组分含量低时，需预热耗能，注意热能回收。意热能回收。第七章第七章 气态污染物控制气态污染物控制1、空燃比、空燃比 空气与燃料的质量比空气与燃料的质量比2、爆炸极限浓度范围、爆炸极限浓度范围CmHn + (m+n/4)O2mCO2 + (n/2)H2O + Qnmnm12)4(76. 497.28AF3211CcCbCaCm第七章第七章 气态污染物控制气态污染物

13、控制氧化氧化？燃烧燃烧？爆炸爆炸各类燃烧的特点各类燃烧的特点燃烧种类燃烧种类直接燃烧直接燃烧热力燃烧热力燃烧催化燃烧催化燃烧燃烧温度燃烧温度预热至预热至1100进行氧化反应进行氧化反应预热至预热至600800进行氧化进行氧化反应反应预热至预热至200400进行催进行催化氧化反应化氧化反应燃烧状态燃烧状态在高温下滞留短时间生成明在高温下滞留短时间生成明亮火焰亮火焰在高温下停留一定时间，不在高温下停留一定时间，不生成火焰生成火焰与催化剂接触，不生成火焰与催化剂接触，不生成火焰特特 点点不需预热，能回收废气中的不需预热，能回收废气中的热能。只用于浓度高于爆炸热能。只用于浓度高于爆炸下限的气体下限的气体预热耗能较多，燃烧不完全预热耗能较多，燃烧不完全时产生恶臭，可用于各种气时产生恶臭，可用于各种气体燃烧体燃烧预热耗能较少，催化剂较贵，预热耗能较少，催化剂较贵，不能用于催化剂中毒的气体不能用于催化剂中毒的气体第七章第七章 气态污染物控制气态污染物控制直接燃烧直接燃烧火炬燃烧器火炬燃烧器第七章第七章 气态污染物控制气态污染物控制热力燃烧热力燃烧配焰燃烧炉配焰燃烧炉离焰燃烧炉离焰燃烧炉第七章第七章 气态污染物控制气态污染物控制催化燃烧催化燃烧有热回收的催化燃烧过程有热回收的催化燃烧过程第七章第七章 气态污染物控制气态污染物控制1、吸收净化、吸收净