有机废气处理技术

当气体中含有较多的有回收价值的有机气态污染时，通过冷凝回收这些污染物是最好的方法。当尾气被水饱和时，为了消灭反烟，有时也用冷凝的方法将水蒸气冷凝下来，单纯通过冷凝往往不能将污染物脱除至规定的要求，除非使用冷冻剂。一般使用室温水作为冷却剂的冷凝器是吸附或燃烧的很好的预处理装置。

一、冷凝原理1．冷凝自然界的冷凝现象诸如：盛夏季节，清晨所见到的花草上的露珠；厨房自来水管外面一层湿漉漉的水膜；外出归来人室后眼镜上的水雾等。所谓冷凝就是当热流体放出热量时，温度没有变化，而使流体从气相变为液相。冷凝回收的方法就是将蒸气从空气中冷却凝成液体，并将液体收集起来，加以利用。从空气中冷凝蒸气的方法，可以是移去热量即冷却，也可以是增加压力，使蒸气在压缩时凝出来。而在空气净化方面通常只用冷却的方法，很少使用压缩的方法。2．饱和蒸气压与温度的关系所谓蒸气压就是物质从液相逃逸到气相中的能力。蒸气压与蒸气物质本身的性质、温度及蒸气的浓度有关。以冷却的方法将空气中的蒸气凝成液体，其极限就是指冷却温度下的饱和蒸气，而饱和蒸气压就是指纯物质在指定温度下逃逸到气相中的最大能力。如图13—1所示，是某些物质的饱和蒸气压与温度的关系曲线。图13－1

某些物质的饱和蒸气压与温度的关系曲线不同温度下的饱和蒸气压p0可按下式计算：(13—1)

式中

p0——指定开尔文温度T下的饱和蒸气压，×133．322Pa；T——有机溶剂的温度，K；A，B——与物质性质有关的常数。表13—1是一些常见有机溶剂的A，B值。[例1]

求苯、甲苯和二硫化碳在室温为20℃时的饱和蒸气压。解

由式(13—1)

可算出苯：由表13—1，A＝1731，B＝7．783所以p0＝75×133．322Pa(75mmHg)查图13—1可知，两种方法得出的数值相近。甲苯：由表13—1，A＝1901，B＝7．837所以p0＝22×133．322Pa(22mmHg)查图13—1与甲苯曲线对照，数值相近。二硫化碳：查表13—1，A＝1446，B＝7．410所以p0＝298×133．322Pa(298mmHg)查图13—1与二硫化碳曲线对照数值相近。由于蒸气的温度愈高，那么其对应的饱和蒸气压愈高，通过降低温度把热量移去，可使气相回到液相。可见冷凝作用的极限是饱和蒸气压下的温度。二、冷凝回收的极限与适用范围1．蒸气压与蒸气浓度的关系对应于空气中某种有机蒸气的分压(蒸气压)为饱和蒸气压下的温度，即为该空气混合气体的露点温度。例如，空气中的CS2蒸气压为600×133．322Pa(600mmHg)时，查图中CS2曲线可知，其露点为40℃，同样，在上述例题中也可以反算。空气中苯蒸气压为75×133．322Pa(75mmHg)时的露点温度是20℃，空气中甲苯蒸气分压为22×133．322Pa(22mmHg)时的露点温度也是20℃，对于这样的空气蒸气混合气体，只有将其冷却到露点温度下，才能将蒸气局部冷凝下来。空气中能凝结下来的，也就是能被净化下来的有害蒸气量，受到冷却温度的限制，即对应于冷却温度下的饱和蒸气压的有害溶剂仍留在空气气相中。这也就是前面所述的：冷凝净化温度是以冷却温度的饱和蒸气压为极限。如果混合气体在温度t(℃)时所含有害蒸气分压p×133．322Pa(pmmHg)，那么空气中的蒸气浓度可按下式计算：亦即

(13—2)式中

C——空气中有害蒸气的浓度，g／m3；

p——空气中有害蒸气的分压，×133．322Pa；

t——混合气体的温度，℃；

υ——混合气体的流量，m3／h；

M——有害蒸气的相对分子质量。[例2]

按前例计算苯、甲苯和二硫化碳在20℃时的饱和蒸气浓度。解

20℃时苯的饱和蒸气压＝75×133．322Pa(75mmHg)，苯的相对分子质量M=78，代人公式(7—2)得同理：20℃时甲苯的饱和蒸气压=22×133．322Pa(22mmHg)，甲苯的相对分子质量M=92，得：同理：20℃时二硫化碳的＝290×133．322Pa(290mmHg)，相对分子质量为76，得：从上例中可以看出，将空气与蒸气的混合气体冷却到20℃，在空气中有320g／m3的苯、110g／m3的甲苯或者1203g／m3的二硫化碳凝结不出来，也就是不能被除掉。这些数值说明以冷凝回收法将尾气冷却到20℃，不仅距离卫生标准的要求相差太远，而且也达不到废气的排放标准。按照我国大气污染物排放标准。即使以120m高的烟囱排放，规定的二硫化碳允许排放量为110kg／h，允许排放的流量只能是110×1000／1203＝9．14m3／h，即使冷却到0℃、－15℃，它的饱和蒸气压分别为135×133．322Pa(135mmHg)、65×133．322Pa(65mmHg)，废气中仍含有560g／m3、270g／m3的二硫化碳，其允许排放的流量也只有196m3／h、405m3／h，这说明冷凝回收法一般只做为含较高浓度尾气时的前处理，而不用作最后净化。上述也可以说明，冷凝回收的关键是冷却温度。冷却温度越低，净化程度愈高。

2．冷凝回收的适用范围及特点

冷凝回收只适用于蒸气状态的有害物质，多用于回收空气中的有机溶剂蒸气。冷凝方法本身可以到达很高的净化程度，但是净化要求愈高，那么需冷却的温度愈低，所用的费用也就愈大。因此，只有空气中所含蒸气浓度比拟高时，冷凝回收才能比拟有效。而对于一般冷却水能到达的低温度来说，冷凝的净化程度也是有一定限度的。

冷凝回收法的优点是所需设备和操作条件比拟简单，回收得到的物质比拟纯洁，其缺点是净化程度受温度影响很大。常温常压下，净化程度受到很大限制。冷凝回收仅适用于蒸气浓度较高的情况下，因此，冷凝回收往往用做吸附、燃烧等净化设施的前处理，以减轻这些复杂、昂贵的主要措施的负荷，或预先回收可以利用的物质，这也是冷凝回收一般仅用做前处理的净化措施的原因。至于作为极为重要的净化方法的吸收操作，那么往往本身就伴随有冷凝过程，几乎所有的洗涤器都可作为接触冷凝设备。

冷凝回收还适用于处理含有大量水蒸气的高温废气，在这种情况下，由于大量水蒸气的凝结，废气中有害组分可以局部溶解在冷凝液中，这样不但可以减少气体流量，对下一步的燃烧、吸附、袋滤或高烟囱排放等净化措施也是十分有利的。例如，有的人造纤维厂对于纺丝工序散放的含有大量水蒸气及CS2、H2S的废气，就是用大量冷却水冷却，有害组分冷凝稀释于冷却水中，尾气再经高烟囱排放。

在冷凝操作过程中，用来吸收被冷凝物质热量的工作介质称为冷却剂。常用的冷却剂为冷水和空气，它们均是稳定且易得到的物质。

作为冷却剂的水比空气应用更广，它的优点是比热容和给热系数大，并且能冷却到更低的温度，通常的冷却水(自来水、河水或井水等)的初温度依地区条件和季节而变化，一般为4～25℃，为防止溶解在水中的盐类析出而在换热器传热面上形成垢，因此，要求冷却水的终温一般不得超过40～50℃。

如果要求将物料冷却到5～10℃，或更低的温度，就必须采用低温冷却剂。如冰、冷冻盐水和各种低温蒸发的液态冷冻剂等。

三、冷凝操作流程

用于冷凝回收的冷却方法，可分为直接冷凝和间接冷凝两种。

直接冷凝是冷却与被冷凝物质在换热器内直接接触进行冷凝的过程。这种冷凝传热迅速，但只能用在冷却剂混入被冷凝物质后，并不影响被冷凝物质质量的情况下，如用水将空气或乙炔冷却。

间接冷凝是流体与冷却剂间的热量传递是通过间壁(传热面)进行的，这种方法是工业上应用最广泛的一种。图13－2是用间接冷凝法处理含有高温臭味废气的流程，废气中含有60％～99％的水蒸气，温度近100℃，经外表冷凝器的间接冷却，水蒸气凝结，不凝气那么抽至燃烧炉去最后处理，这样，经过冷凝器，可使废气体积减少95％以上，同时废气中所含的有害物质被冷凝，还可以进一步冷却，而另外一些可能溶解在冷凝液中。图13－2

高温臭味残气处理流程示意

图13—3那么用的是接触冷凝器，冷凝液和夹带的气体一起排入一个密闭的热水池中，不凝气体靠重力分开通向燃烧炉处理。图13－3

热有机液体储罐上的冷凝回收示意

由于冷凝液被大量冷却水所稀释，所以用直接冷却方法比间接冷却方法除去空气污染物要多，一般多用于有害物不加回收或含有污染物的冷却水不需另行处理的场合。在某些情况下，必须应用间接冷却法防尘防毒技术：第十六章

有害气体的燃烧净化法第二节

热力燃烧的原理热力燃烧一般用于处理废气中含可燃组分浓度较低的情况。它和直接燃烧的区别就在于直接燃烧的废气由于本身含有较高浓度的可燃组分，它可以直接在空气中燃烧。热力燃烧那么不同，废气中可燃组分的浓度很低，燃烧过程中所放出的热量缺乏以满足燃烧过程所需的热量。因此，废气本身不能作为燃料，只能作为辅助燃料燃烧过程中的助燃气体，在辅助燃料燃烧的过程中，将废气中的可燃组分销毁。与直接燃烧相比，热力燃烧所需要的温度一般较低，通常为540～820℃。一、热力燃烧的根本理论(一)火焰传播理论在热力燃烧过程中，一般认为，只有燃烧室的温度维持在760～820℃，驻留时间为0．5s时，有机物的燃烧才能比拟完全。而到达这个温度范围是依靠火焰传播过程来实现的。火焰传播的理论分为两大类。1．热传播理论这类理论认为：火焰传播是依靠燃烧时所放出的热量加热周围的气体，使其到达燃烧所需要的温度而实现的。因此，能否实现火焰传播主要与三个方面的因素有关：①混合气体中的含氧量；②混合气体中含有可燃组分的浓度；③辅助燃料燃烧过程中所放出的热量。当燃烧过程中放出的热量缺乏以使周围的气体到达燃烧所需要的温度，火焰自然不能向外传播；当助燃废气中的含氧量缺乏，燃烧过程难以进行，火焰也不能传播出去。例如：丙烷气体在空气当中很容易燃烧，但在氧和氮各占12％和88％的气体中，丙烷燃烧非常困难。此外，混合气体中可燃组分的浓度与火焰能否传播有着紧密的联系。浓度过低，燃烧过程不能实现；浓度过高时，由于没有足够的氧而使得废气不能在正常的着火温度下产生燃烧反响，因而火焰也得不到传播。人们将这种能够维持火焰传播的浓度范围称为爆炸极限。使用燃烧法处理各种有机废气的过程中，爆炸极限的范围是至关重要的。2．自由基连锁反响理论该种理论认为：在燃烧室中，火焰之所以能够进行很快的氧化反响，就是因为火焰中存在着大量活性很大的自由基。由于自由基是具有不饱和价的自由原子或原子团，极易同其他的原子或自由基发生连续的连锁反响，而使得火焰得以传播。1970年西里和鲍曼提出甲烷燃烧反响的历程如下。从以上的这个历程中可以看出，由于火焰的存在，使得自由基大量产生，所产生的自由基加速了废气中可燃组分的销毁速度。在以上的这些自由基中，是一个很重要的自由基，它主要靠水分在火焰中解离而产生。在热力燃烧的过程中，的速度往往很慢，但如在混合气体中存在着OH，那么其反响为的速度远远大于前一个反响，从而使得对人体危害严重的CO很快销毁了。(二)混合气体的爆炸极限燃烧本身是伴有光和热产生的剧烈的氧化反响，为了使这种氧化反响能够在燃烧室的每一点进行彻底，混合气体中可燃组分的浓度必须在一定的浓度范围之内，以形成火焰，维持燃烧，在一个有限的空间内形成气体爆炸。将这一浓度范围的下限称为爆炸下限、上限称为爆炸上限。表16—1列出了有机蒸气与空气混合在20℃、101325Pa下的爆炸极限范围。爆炸极限本身并不是一个定值，它与混合气体的温度、压力及湿度有关。此外，还与混合气体的流速、设备的形状有关。对于几种有机蒸气与空气混合的爆炸极限，可按下式进行计算：

(16—1)式中

ai——混合气体中组分i的含量，％；

Ai——混合气体中组分i的爆炸极限。热力燃烧，一般指利用燃烧辅助燃料所产生的火焰提高混合气体的温度，将废气中的可燃组分氧化或销毁。因此，产生火焰不是目的，而是一种提供热量的手段。在这种手段下，只要能够保证适宜的温度，废气中的可燃组分就会得到销毁。此外，在热力燃烧过程中废气主要走两路，一路作为辅助燃料燃烧时的助燃气体。另一路作为与高温燃气混合的旁通废气，混合以后的气体温度要到达能使可燃组分销毁的温度。在整个燃烧室中，热量不仅来自于辅助燃料的燃烧，在销毁可燃组分的过程中也会产生热量。一般而言，对于大多数的碳氢化合物，每1％爆炸下限(LEL)在燃烧时放出的热量可以使温度升高15．3℃。因此，这局部热量也是不容无视的。在一般的热力燃烧的工程中，为防止燃烧过程中的爆炸和回火，废气中可燃组分的含量应控制在25％LEL以下。表16—2列出了局部可燃气体在爆炸下限时的热值。(三)热力燃烧机理热力燃烧的机理大致可以分为以下三个步骤。(1)辅助燃料的燃烧——提高热量；(2)废气与高温燃气混合——到达反响温度；(3)废气中可燃组分氧化反响——保证废气于反响温度时所需要的驻留时间。具体的流程如图16－1所示。图16－1

热力燃烧流程然而，在整个热力燃烧的过程中，是否用废气作为助燃气体，要视废气中的含氧量的多少而定，当废气中的含氧量足够燃烧过程中的需氧量时，可以使局部废气作为助燃气体；当不够时，那么应以空气作为助燃气体，废气全部旁通。此外，辅助燃料用量的多少与废气的初始温度有很大关系。如废气的初温低，消耗的辅助燃料就多；初温较高，消耗的辅助燃料就少。因此，在工程设计中，利用燃烧过程中产生的预热废气可以节约大量的辅助燃料。图16—2就是这一思想很好的表达。图16—2

带能量(热量)回收装置的热燃烧炉低温废气在热回收换热器中得到预热，然后进入燃烧室与高温燃气混合燃烧，燃烧完毕之后从燃烧室流出进入换热器，对其他的低温废气预热，最后从烟道排出。(四)热力燃烧的“三T”条件“三T”条件指的是反响温度(ReactionTemperature)、驻留时间(ResidentialTime)、湍流混合(TurbulenceMix)。掌握“三T”条件对于热力燃烧的过程是至关重要的。1．反响温度对热力燃烧的影响这里所指的反响温度并不是反响可以进行的温度，而是反响速度可到达要求时的温度。换句话讲，就是在一定的区域内，可燃组分的销毁到达设计要求所需要的温度。这就要求反响的速度足够快。提高温度，反响就会加速。例如，一个充分混合的系统在982．2℃时也许能在0．3s内完成某一反响过程，而在704．4℃时，那么可能要3s时间才能完成同一反响。2．驻留时间对热力燃烧的影响任何化学反响(燃烧也是一种化学反响)都要经历一定的时间，可燃组分的销毁也是一样。尽管反响绝不会到达100％的完全程度，但如果反响时间充分，那么不完全反响程度是微缺乏道的。这个时间是指反响物以某种形式进行混合后在一定温度下所维持的时间。就燃烧反响时间而言，其变化范围在小于1／10s至几秒之间，因反响温度和反响物混合程度而异。从图16－3可以看出，当反响温度为648．9℃时，驻留时间为0．001s，销毁率为10％；驻留时间0．1s时，销毁率一下子上升到88％。由此可见，驻留时间对热力燃烧的效果影响很大。图16－3

温度和时间对可燃组分氧化速率的影响3．湍流混合对于热力燃烧的影响任何一种化学反响，反响能够发生的前提条件是反响的分子间首先要发生碰撞。不能发生碰撞的分子之间自然不会发生反响。湍流混合的目的，实际上就是要增大可燃组分的分子与氧分子或自由基的碰撞时机，使其处于分子接触的水平，以保证所要求的销毁率。否那么，即使有足够的反响温度和驻留时间，但由于没有足够的碰撞时机，照样不会到达预期的销毁率。这一点，从反响速率常数与分子碰撞系数的关系式中也可以看出：

(16—2)

式中

K反——反响速度常数；K碰——分子碰撞系数；K质——传质系数。当K碰增加时，K反也会增加，从而使得反响速率增加。“三T”条件之间是具有内在联系的，改变其中的任何一个条件，其他两项都可以得到相应的改变。如提高反响温度，使得反响速度加快，就可以适当地降低驻留时间和湍流强度。然而，在这“三T”条件中，延长驻留时间会使设备体积增大；提高反响温度会使辅助燃料的消耗增加。因此，最经济的方法就是改善湍流混合情况，以增大分子接触的时机。这就需要在设计燃烧室的时候充分注意其内部的结构。二、热力燃烧炉的结构图16—4为热力燃烧典型的工业装置。从图中可以看出，一个热力燃烧装置主要由两局部组成：燃烧器，其作用是燃烧辅助燃料以产生高温燃气；燃烧室，其作用是保证废气和高温燃气充分混合并反响的空间。针对不同的要求和火焰燃烧的情况，燃烧器和燃烧室有各种不同的结构。图16－4

热燃烧装置(一)配焰式燃烧系统图16—5为配焰式燃烧器系统，其工艺特点是：燃烧器将火焰配布成为许多布点成线的小火焰，废气从火焰周围流过去，迅速到达湍流混合。因此可以看出，该种燃烧有火焰分散、混合程度高、燃烧净化效率高等特点。但当废气贫氧，废气中含有易沉积的油焦或颗粒物。辅助燃料为油料时，这种系统都不适用。图16－5

配焰燃烧器系统1．配焰式燃烧器根据燃烧结构的不同，该种形式的燃烧器又可分为火焰成线式燃烧器(见图16—6)、多烧嘴式燃烧器(见图16—7)和格栅式燃烧器(见图16—8)。图16－6

火焰成线式的燃烧器(带侧挡板)图16－7

多烧嘴式燃烧器系统图16－8

格栅式燃烧器火焰成线式燃烧器的辅助燃料气从下部管子引入，作为助燃气体的废气从V形板侧面的小孔引入，旁通废气从V形板与侧挡板间的缝隙引入。这就是该种燃烧器的特点。当压力降为392．266Pa(40mmH2O)时，该种燃烧器形成的火焰短而稳定，湍流混合程度较好。多烧嘴式燃烧器的辅助燃料气从后面引入，废气分为两路，助燃气体和旁通气体的量通过调节d的大小来控制。该种燃烧器的助燃较好，与火焰成线式相比，不易熄火。但湍流混合不够理想。因此，在燃烧室中应增设挡板或其他措施，提高混合程度。格栅式燃烧器的辅助燃料气从底局部配管引入，废气从下部引入，该种燃烧器湍流混合较好，适用于废气流量较为稳定的情况。但如压力调节不当，会发生熄火情况。2．配焰式燃烧室针对配焰式燃烧器的结构，其燃烧室要注意解决以下的问题。(1)燃烧器的安装位置

为保证温度分布均匀，反响完全，燃烧器应安置在断面流速尽可能分布均匀的端处，而不要放置在涡流地带。(2)燃烧室截面积

为保证足够的湍流程度，应满足：矩形截面时：圆形截面时：式中

Q标——总体积流量；

D当——当量直径；

D——直径；

A——截面积。(3)燃烧室内设置挡板

由于燃烧室的边壁效应或燃烧器的结构形式，都有可能产生局部混合不好，为防止这种现象，应在火焰冲击范围以外装设挡板，以提高湍流混合的程度。表16—3反映了有无挡板之间的差异。(二)离焰式燃烧系统图16—9是一个离焰式燃烧系统装置示意。这种燃烧系统的特点是高温燃气与废气的混合是别离开的，而不像配焰系统那样将火焰与废气一起分成许多小股。所以，就混合效果来讲，不如配焰系统。但是离焰式燃烧器又具有以下优点：由于火焰较长，不易熄火，辅助燃料既可以使用燃料油，又可使用燃料气(见图16—10)，燃料气与助燃气体的流速可调幅度大，工作压力范围宽。图16－9

使用离焰燃烧器的燃烧炉图16－10

油气两用燃烧器因此，在克服离焰式燃烧系统混合问题上，出现许多方法。(1)在图16—11中，燃烧过程中火焰喷射产生的抽力将废气引入，然后在联管处充分混合，克服了混合速度慢的问题。图16－11

轴向火焰的喷射混合(2)让废气与火焰径向进入燃烧室，增强横向混合速度，利用这一点改善混合情况。(3)在燃烧室内设置挡板(见图16—12)增加湍流强度，提高混合速度。但要注意正确放置挡板。否那么不仅不能改善混合情况，还会造成死角，恶化混合情况，降低燃烧室的有效体积，减少驻留时间。第四节

吸附剂和吸附装置的选择

对于一定的生产任务，吸附质的性质与浓度是已经确定了的，也就是说不容选择。需要选择的因素主要是吸附剂的选择、吸附装置及吸附流程的选择。为了到达任务规定的净化要求，净化效率确实定也必须在设计时解决。

一、吸附剂的选择

吸附剂的性质，直接影响吸附效率，因此，在吸附设计中必须根据任务的规定选择适宜的吸附剂。

吸附剂选择总的原那么是根据前面所述的工业上对常用吸附剂的要求，再结合具体的生产任务进行选择。在吸附设计中，吸附剂的选择一般需要经过以下步骤。

1．初选

根据吸附质的性质、浓度和净化要求以及吸附剂的来源等因素，初步选出几种吸附剂。

(1)根据吸附质的性质选择

吸附质的性质包括极性和分子的大小。假设为非极性的大分子物质，首选的应是活性炭。因为活性炭属于非极性吸附剂，且内部具有范围较广的大小孔径，可以吸附直径变化范围很宽的非极性吸附质，如大多数有机蒸气。假设吸附质为极性小分子物质，那么应考虑极性吸附剂，如硅胶、分子筛、活性氧化铝等。

(2)根据气体的浓度和净化要求选择

对于浓度高但要求净化效率不高的场合，就应尽可能地采用廉价的吸附剂，以降低生产本钱。对于浓度较低但净化要求高的场合，就应该考虑用吸附能力比拟强的吸附剂。对于气体浓度高、且净化效率要求也高的场合，应考虑先采用廉价吸附剂处理，然后再采用吸附力强的吸附剂处理的二级吸附处理方法或应用吸附剂浸渍的方法。

(3)根据吸附剂的来源选择

在综合考虑以上诸因素的根底上，尽量选择一些价廉，易得，且近距离能解决的吸附剂。

2．活性实验

利用小型装置，对初选出的几种吸附剂进行活性实验，实验所用吸附质气体应是任务规定的待净化气体。通过实验，再筛选出其中几种活性较好的吸附剂，做进一步实验。

3．寿命实验

在中型装置中，对几种活性较好的吸附剂进行寿命和脱附性能的实验。实验气体仍必须是待处理的气体，实验条件应是生产时的操作条件，所用的脱附方式也必须是生产中选定的。这样经过吸附—脱附—再生反复屡次循环，确定每种吸附剂的使用寿命。

4．全面评估

对初选的几种吸附剂，综合活性、寿命等实验，再结合价格、运费等指标进行全面评估，最后选出一种既较适用，价格又相对廉价的吸附剂。

吸附剂的选择是一项复杂烦琐的工作，需要仔细认真地进行。

二、吸附装置的选择

吸附装置是吸附系统的核心，工业上所使用的吸附装置共三大类，即固定床、移动床和流化床。其中以固定床应用最为广泛。但不管是哪一类吸附装置，在进行气体净化设计时，必须考虑根本要求。

1．吸附装置设计的根本要求

(1)吸附装置出口排气必须到达排放标准

这是对吸附装置的最起码要求。按照目前的规定，各类气态污染物的排放浓度必须到达国家环保局公布的《大气污染物综合排放标准(GBl6297—1996)》的规定，如果地方政府还有更严格的规定，还必须执行地方政府的规定。1996标准的规定对过去的标准进行了修订，提出了更严格的标准，今后随着可持续开展战略的实施，国家还会对标准进行更严格的修订，因此，在设计吸附装置时应随时注意排放标准的要求。

(2)设备选型要面向生产实际

设备选型要考虑实际生产中的规模、排气量、排污方式(连续或间歇，均匀排放还是非均匀排放)、污染物的物化特性、回收还是进一步处理等因素，正确选择吸附装置和吸附工艺系统，尤其对一些特殊污染物或特殊要求的场合。选择工艺系统时还应考虑生产的开展，留有适当的余地。

(3)尽可能采用先进技术

通过改良设备结构，使吸附装置能保持在最正确状态下运行，使所设计的吸附系统处理能力大、效率高、收益大。

(4)认真考虑经济因素

所设计的吸附装置和系统尽可能地简化，易于安装、维修，使用寿命长，同时要使系统操作简便，易于管理，以节省投资及运行费用。

2．吸附装置的类型

(1)固定床吸附系统

固定床，顾名思义，它是将吸附剂固定在某一部位上，在其静止不动的情况下进行吸附操作的。它多为圆柱形设备，在内部支撑的格板或孔板上放置吸附剂，使处理的气体通过它，吸附质被吸附在吸附剂上。

固定床的应用较多见。如果只需短期处理气流，那么通常只需一个吸附装置，当然这要以吸附周期之间有足够的时间间隔，以便进行吸附剂的再生。然而，由于通常要求待处理气体连续流动，因此必须采用能按这种方式操作的一个或多个装置。用来从气流中除去污染物最普通的吸附系统形式，是由许多固定床装置组成的，这些装置以一定的顺序进行吸附操作和再生操作，以使气流保持连续。如果间歇操作和分批操作切实可行，那么简单的单床层吸附就足够了，这时吸附阶段和再生阶段可交替进行。然而，由于大多数工业应用要求连续操作，因此经常采用双吸附床或三吸附床系统，其中一个或两个吸附床分别进行再生，其余的进行吸附。典型的双吸附床和三吸附床系统如图15—3和图15—4所示。图15—3

双吸附床吸附系统图15－4

三吸附床吸附系统

固定床吸附器也存在一些缺点。①间歇操作

为使气流连续，操作必然不断地周期性切换，为此必须配置较多的进出口阀门，操作十分麻烦。即使实现了自动化操作，控制程序也比拟复杂。②需设有备用设备

即当一局部吸附器进行吸附时，要有一局部吸附床进行再生；这些吸附床中的吸附剂即处于非生产状态。即使处于生产中的设备里，为了保证吸附区的高度有一定的充裕，也需要放置多个实际需要的吸附剂，因而总吸附剂用量增多。③吸附剂层导热性差

吸附时产生的吸附热不易导出，操作时容易出现局部床层过热。另外，再生时加热升温和冷却降温都很不容易，因而延长了再生的时间。④热量利用率低

对于采用厚床层，压力损失也较大，因此，能耗增加。

(2)固定床吸附器

固定床吸附系统的核心装置是固定床吸附器。目前使用的固定床吸附器有立式、卧式、环式三种类型。①立式固定床吸附器

立式固定床吸附器如图15—5所示。分上流和下流式两种。吸附剂装填高度以保证净化效率和一定的阻力降为原那么，一般取0．5～2．0m。床层直径以满足气体流量和保证气流分布均匀为原那么。处理腐蚀性气体时应注意采取防腐蚀措施，一般是加装内衬。立式固定床吸附器适合于小气量浓度高的情况。图15－5

立式固定床吸附器1－砾石；2－卸料孔；3，6－网；4－装料孔；5－废气及空气入口；7－脱附气排出；8－平安阀接管；9－顶盖；10－重物；11－刚性环；12－外壳；13－吸附剂；14－支撑环；15－栅板；16－净气出口；17－粱；18－视镜；19－冷凝排放及供水；20－扩散器；21－吸附器底；22－梁支架；23－扩散器水蒸气接管②卧式固定床吸附器

卧式固定床吸附器适合处理气量大、浓度低的气体，其结构如图15—6所示。图15－6

卧式固定床吸附器1－壳体；2－供水；3－人孔；4－平安阀接管；5－挡板；6－蒸汽进口；7－净化气体出口；8－装料口；9－吸附剂；10－卸料口；11－砾石层；12－支脚：13－填料底座；14－支架；15－蒸汽及热空气出入口

卧式固定床吸附器为一水平摆放的圆柱形装置，吸附剂装填高度为0．5～1．0m，待净化废气由吸附层上部或下部入床。卧式固定床吸附器的优点是处理气量大、压降小，缺点是由于床层截面积大，容易造成气流分布不均。因此在设计时特别注意气流均布的问题。③环式固定床吸附器

环式固定床吸附器又称径向固定床吸附器，其结构比立式和卧式吸附器复杂，如图15—7所示。吸附剂填充在两个同心多孔圆筒之间，吸附气体由外壳进入，沿径向通过吸附层，聚集到中心筒后排出。图15－7

环式吸附器1－支脚；2－废气及冷热空气入口；3－吸附剂筒底支座；4－壳体；5，6－多孔外筒和内筒；7－顶盖；8－视孔；9－装料口；10－补偿料斗；11－平安阀接管；12－吸附剂；13－吸附剂筒底座；14－卸料口；15－器底；16－净化器出口及脱附水蒸气入口；17－脱附时排气口

环式固定床吸附器结构紧凑，吸附截面积大、阻力小，处理能力大，在气态污染物的净化上具有独特的优势。目前使用的环式吸附器多使用纤维活性炭作吸附材料，用以净化有机蒸气。实际应用上多采用数个环式吸附芯组合在一起的结构设计，自动化操作。

(3)移动床吸附器

移动床吸附器的优点在于其结构可以使气、固相连续稳定地输入和输出，还可以使气、固两相接触良好，不致发生沟流和局部不均匀现象。由于气、固两相均处于移动状态，所以克服了固定床局部过热的缺点。其操作是连续的，用同样数量的吸附剂可以处理比固定床多得多的气体，因此对处理量比拟大的气体的操作，选用移动床较好。但是，移动床有它的固有缺点。主要是由于吸附剂处在移动状态下，磨损消耗大，且结构复杂，设备庞大。设备投资和运行费用均较高。

工业上应用的典型移动床吸附器是超吸附塔(见图15—8)，设备高近30m，由塔体和流态化粒子提升装置两局部组成。吸附剂采用硬质活性炭。活性炭经脱附、再生及冷却后继续下降用于吸附。在吸附塔内，吸附与脱附是顺序进行的。在吸附段，待处理的气体由吸附段的下部(即塔体中上部)进入，与从塔顶下来的活性炭逆流接触并把吸附质吸附下来，处理过的气体经吸附段顶部排出。吸附了吸附质的活性炭继续下降，经过增浓段到达汽提段。在汽提段的下部通入热蒸汽，使活性炭上的吸附质进行脱附，经脱附后，含吸附质的气流一局部由汽提段顶部作为回收产品(底部产品)回收，有一局部继续上升，到达增浓段。在增浓段蒸汽中所含的吸附质被由吸附段下来的活性炭进一步吸附，等于使这局部活性炭的“浓度”又增加了。活性炭经过汽提，大局部吸附质都被脱附，为了使之更彻底地脱附再生，在汽提段下面又加设了一个提取器，使活性炭的温度进一步提高，一是为了枯燥目的，二是为了使活性炭更好地再生。经过再生的活性炭到达塔底，由提升器将其返回塔顶，于是完成了一个循环过程。在实际操作中，过程连续不断地进行，气体和固体的流速得到很好的控制。图15－8

超吸附塔结构

近年来在移动床中有使用极性吸附剂如分子筛作吸附剂的，用于净化极性气体如H2S等，结果也相当满意。

(4)流化床吸附器

用于气态污染物治理的流化床吸附工艺是20世纪60年代开展起来的，是固体流态化技术在气态污染物净化方面的具体应用。流化床是由气体和固体吸附剂组成的两相流装置。之所以称为流化床，是因为固体吸附剂在与气体的接触中，由于气体速度较大使固体颗粒处于流化状态。由于流化床的运动形式，使它具有许多独特的优点。①由于流体与固