北京大学环境学院-吸收法净化气体污染物.ppt

1、北京大学环境科学与工程学院黄斯乔、大气污染物吸收净化技术、大气污染物种类多，包括无机物和有机物两种。 无机气态污染物：硫化物(SO2、SO3、H2等)、含氮化合物(NO2、NO、NH3等)、卤素化合物(C12、HCl、HF、SiF4等)、碳的氧化物(CO、CO2等)、氧化物和过氧化物(O3 )等； 有机气体状污染物：烃(烃、芳香族烃、缩合环芳香族烃等)、含氧有机物(醛、酮、酚等)、含氮有机物(芳香族胺系化合物、腈等)、含硫有机物(硫醇、噻吩、二硫化碳等)、含氮有机物(氯化烃、盐大气污染物的介绍、吸收净化方法的定义、吸收：气体混合物中不同成分在吸收剂中的溶解度不同，或与吸收剂发生选择性化学反应，

2、从气流中分离有害成分的过程。 物理吸收：溶解气体和吸收液不发生明显的化学反应，只有被吸收的气体成分溶解在液体中。 例如，用洗油吸收烃类蒸汽。 化学吸收：被吸收的气体成分和吸收液发生明显的化学反应的吸收过程。 例如，碱液吸收烟中的SO2，用水吸收NO2。 气态污染物含量低，多用化学吸收法处理。 吸收法的优点：捕集效率高，设备简单，一次投资低。 净化含有SO2、H2S、HF、NOx等污染物的废气。 在一定温度下，压力不高的情况下，吸收在稀溶液中的过程符合亨利定律，液体中的吸收物质的溶解度与气相中吸收物质的平衡分压成正比。 公式表示，c=HP* x=P*/E y*=mx上式为亨利定律公式中c溶质的平

3、衡浓度k mol/m3 H溶解度系数，kmol/(m3kPa) P*溶质成分在气体中的平衡分压，kPa x溶质在液相中的摩尔分率e -亨利系数，kPa y*溶质在气相中的体积分率m 作为吸收净化法原理的亨利法则是，相互接触的气液两相间存在稳定的相界面，相界面两侧分别存在两层滞留膜，即，气体膜和液体膜，气体膜以外为气相主体，液体膜以外为液相主体。 气体吸收过程： 1、被吸收成分从气相主体通过气体膜边界向气体膜移动2、吸收成分从气体膜向相界面移动； 3、吸收成分在相界面溶入液相； 4 .溶入液相的吸收成分从相界面移动到液膜5 .溶入液相的吸收成分从液膜移动到液相主体。 遗传阻力1，在相界面，气液处

4、于平衡状态，不存在遗传阻力2 .在气膜和液膜中，被吸收的成分通过扩散作用传递，存在气膜阻力和液膜阻力3 .在气相主体和液相主体中，各成分充分混合，浓度均匀，没有浓度梯度，没有扩散阻力4，全过程的传递吸收法平衡理论-双膜理论，溶质成分通过气体膜和液膜吸收速度为NA=KG(P-P*)=K L(C*-C )式中的kg-气相吸收总系数，kmol/(m2skPa )； KL-液相吸收总系数，m/s； 与p*-液相浓度平衡的气相分压、kPa； 与c*-气相分压平衡的液相浓度，kmol/m3。 c溶质平衡浓度k mol/m3 P相平衡的气压、kPa； 吸收法平衡理论-双膜理论，式中的(P-P* )和(C*-

5、C )是分差压和浓度差表示的过程的总推动力，1/KG、1/K L表示吸收过程的总电阻。 吸收过程的总电阻是气膜电阻与液膜电阻之和。 吸收总系数KG、k 1可以通过实验得到。 气体溶解度大时，气相作为控制因子传递，增加气体速度有利于吸收。 气体溶解度小时，液膜阻力是控制因素，增加液体流量，增强湍流程度有利于吸收。 吸收法平衡理论-双膜理论，吸收法平衡理论-双膜理论，2 .化学吸收原理伴有显着的化学反应，能以高选择性和吸收速度，完全去除比较少量的有害气体。1 )化学反应对相对平衡的影响可溶的气体状污染物a和吸收剂b的可逆反应： A BN。 获得高吸收效率的关键：选择适当的吸收剂使反应彻底。 2 )

6、化学吸收机构气相中可溶性成分a传递到二相界面，通过与物理吸收相同的A界面溶解到液相中A传递到液相中，与液相中的物质b反应。 吸收法平衡理论-双膜理论，3 )化学反应使吸收速度提高的原因化学吸收过程中，化学反应消耗进入液相的溶质，溶质气体的有效溶解度增大，平衡分压降低，吸收过程的推动力增大溶质在液膜内扩散的过程中被化学反应消耗，传递阻力减少，吸收系数增大。 吸收净化法的工艺设备，根据气液两相界面的接触形式，吸收设备可分为表面、鼓泡式和喷雾式吸收器三种。 1 .表面吸收器二相接触表面是静止液面或流动的液膜表面. 主要有填充塔、液膜吸收器、水浴吸收器。 1 )填充塔根据气、液的流动来分类逆流、同向流

7、、错误流。 逆流填充塔的优点：气液接触效果高，各断面推动力大，操作性能稳定，缺点：不适合处理含尘气流，填料层容易堵塞。 2 )填料填充剂的主要作用：气液接触供给条件。 具有比表面积大、要求良好润湿性的高气孔率(45%95% )的填料尺寸合适，对气流的阻力小、耐腐蚀、机械强度大、成本低、稳定性好。 工业用填充剂多为硅烷环、冰片环、鞍型填充剂、波纹填充剂、蜂窝填充剂等实体填充剂。 吸收净化法的工艺设备、逆流填充塔、塔内进入填充剂，填充剂的表面被吸收液润湿，进行表面吸收。 塔内设有支撑板，板上堆积有密封层，喷射的液体通过安装在密封件上部的分配器注入到密封件中。 在吸收塔内，气体和液体总是逆流接触，也

8、就是说，吸收剂从塔顶淋浴，从塔底送入气体，沿着填充剂间的间隙上升，填充剂的湿润表面成为气液接触的传播表面。 常用的填充塔填充剂种类有硅烷环、冰片环、鞍形和波纹状填充剂等。 吸收净化法工艺设备、球环、海尔环、阶梯环、吸收净化法工艺设备、蜂窝填料、陶瓷唇填料，为了保证填料塔的稳定运转，一般要求液体淋浴密度在10m3/m2h以上，淋浴的均一性填充塔空塔气体速度通常为0.31.5m/s，压力降通常为0.150.60kPa/m填充剂，液体气体比为0.52.0kg/m3 . 填充塔具有结构简单、制造容易、汽水接触良好、压降小等优点。 缺点是烟中含有浮游粒子时，填充剂容易堵塞，清扫检查时填充剂损失大。 吸收

9、净化法工艺设备、吸收净化法工艺设备、2 .鼓泡式吸收器(板塔)气体以气泡形式分散在液体吸收剂中。 主要有泡罩塔、筛板塔等板式塔。 采用气液两相逆流。 板式塔广泛用于气体吸收、除尘等操作。 结构和工作过程：塔内设有几层搁板(冲孔板、筛板)，吸收液通过重力从塔顶流入搁板，用圆形或弓形的溢出堰在搁板上保持一定的液体层，废气以气泡或喷射形式通过搁板的液体层，在搁板上气液接触而传递、传热截面圆形的塔内，沿着塔高设置有多层屏幕。 屏幕上开了215mm的小孔，开孔率一般为6%25%。 操作时，气体从下向上通过网眼进入屏幕上的液晶层，塔上的液晶层厚度为30mm左右，气液在屏幕上交替流动，被气体的气泡吸收。 气

10、液可以阶段性地多次接触。 操作时一般控制气体通过筛板塔的空塔速度为1.02.5m/s，气体通过筛板孔的气体速度约为4.512.8m/s，每片的压力下降到0.82.0kPa。 吸收净化法工艺设备、吸收净化法工艺设备、3 .喷雾吸收器(喷淋塔)喷雾吸收器中的液体以液滴形式分散在气体中。气液二相逆流操作是通过吸收液通过喷嘴均匀地向下散布，气液吸收是通过液滴接触来进行的。 主要参数：淋浴密度在1020m3/L以上，可循环的液体。 优点：结构简单，投资省气体压降小，可用于运行费用低的高温气体的冷却、除尘。 缺点：喷嘴堵塞，球寿命短，填料球的基本要求：轻量、耐磨、耐高温。 (聚乙烯、聚丙烯、发泡聚苯乙烯等

11、塑料制)吸收净化法的工艺设备、吸收设备的选择掌握以下原则： (1)气液反应速度非常快时，可以优先选择淋浴塔、填充塔等(2)反应快，热效应大(3)反应物浓度高时，可以选择喷雾塔洗涤器；(4)气液传播速度慢时，供给大量液体，采用鼓泡塔。 (5)吸收过程中产生固体时，应选择内部部件少、电阻小、电压降小的设备，如浇水车吸收室等。 (6)在满足吸收要求的前提下，尽量选择结构简单、成本低廉、操作方便的设备。 在常见的吸收设备中，结构的复杂性是淋浴吸收塔填充塔板式、吸收设备的选择，(1)吸收剂的选择原则吸收剂对混合气体中的被吸收成分具有良好的选择性和大吸收能力降低吸收剂的蒸气压，减少吸收剂的损失，吸收液成分

12、进入气相，新化学性能稳定，腐蚀性小，无毒性，不易燃烧价格便宜，易于获得拆装再生和综合利用。 任何吸收剂都难以同时满足上述要求，实际上可以根据情况比较研究各方面的因素。 吸收剂的选择，2 )吸收剂的选择要求对物理吸收的溶解度大，可以根据类似相溶规则选择吸收剂，即可以从接近吸收质结构的物质中筛选吸收剂关于化学吸收过程，把容易与吸收的气体反应的物质作为吸收剂例如，关于CO2、NO2、HF等，可以优先选择吸收碱或碱性盐溶液水是常用的吸收剂，是很多吸收过程的优先对象。 用水制作吸收剂，主要是这些物质在水中溶解度大的特性，一般在加压和低温下吸收，在减压和升温下解吸。 水作为吸收剂的优点是，廉价易得，吸收工

13、艺、设备和操作较简单的缺点是设备庞大，净化效率低，动力消耗大。 吸收剂的选择，碱金属钠、钾、铵或碱土金属钙、镁等溶液，是另一种常用吸收剂。 这种吸收剂与SO2、HCl、HF、NO2等气态污染物发生化学反应，因此吸收能力大幅度增加。 为了吸收碱性气体，吸收常用的各种酸。 化学吸收流程长，设备多，操作复杂，吸收剂价格高，吸收剂再生困难，能源消耗和化学物质消耗大。 因此，在选择吸收剂时，必须考虑多方面的因素来决定。 吸收剂的选择，(3)吸收剂的再生吸收剂需要在一定程度上使用，处理后再使用，处理方式：在通过再生回收副产物后再使用，例如亚硫酸钠法吸收SO2气体，吸收液中的亚硫酸氢钠被加热再生，回收SO2

14、后再使用亚硫酸钠二是将吸收液直接加工成副产品，使用氨水吸收SO2的亚硫酸铵氧化成为硫酸铵化肥。 吸收剂的选择、吸收净化法的过程应注意问题，吸收法净化气态污染物的过程布置应考虑以下问题：1.烟尘废气中含有烟尘，吸收前必须去除烟尘。 干式电除尘器或布袋除尘器湿式除尘最好，兼具冷却和除尘作用。 2 .排烟的预冷排烟温度高，不可直接吸收。 降低温度的话吸收效率会提高。 冷却排烟的方法：设置间接冷却器直接加湿冷却用预清洗塔除湿加湿后冷却。综合考虑高温排烟，冷却到333K左右比较合适。 吸收净化法技术的注意问题，3 .设备、管道水垢和堵塞吸收净化过程中会产生固体物质，引起水垢和堵塞。 解决方法：在工艺操作

15、上，控制水分蒸发量，控制溶液pH值，严格控制进入吸收系统的粉尘量等的设备选择上，选择不易结垢和堵塞的吸收器，减少吸收器内部的部件，在增加内部光滑度的操作上，提高流体的流动性和冲击性。 4 .吸收操作的吸收操作是提高吸收效果的关键。 气液接触方式：顺流、逆流、错误的流动操作方式：一次吸收和循环吸收一个吸收塔内分为一级吸收和多级吸收的并联吸收和串联吸收等。 吸收净化法技术的注意问题，5 .除雾器洗涤器内容易产生“雾”、“酸雾”或“碱雾”，会给烟囱带来腐蚀，产生水垢，排放到环境中被污染。 解决方法：处理后的烟通过除雾器(折叠式、旋风分离器、屏幕和电)后排出。 6 .气体再加热净化高温烟后，温度下降，直接排放到大