環(huán)境工程學(xué)：第七章氣體污染物控制

1、第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制第一節(jié) 吸收凈化第二節(jié) 吸附凈化第三節(jié) 催化凈化第四節(jié) 燃燒凈化第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制第一節(jié)第一節(jié) 吸收凈化吸收凈化吸收吸收是利用氣體混合物中不同組分在吸收劑中是利用氣體混合物中不同組分在吸收劑中溶解度的不同，或與吸收劑發(fā)生選擇性化學(xué)反應(yīng)，溶解度的不同，或與吸收劑發(fā)生選擇性化學(xué)反應(yīng)，從而將有害組分從氣流中分離出來(lái)的過(guò)程。從而將有害組分從氣流中分離出來(lái)的過(guò)程。特點(diǎn)特點(diǎn)：捕集效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、一次性投資低，：捕集效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、一次性投資低，廣泛用于氣態(tài)污染物處理。廣泛用于氣態(tài)污染物處理。專一性專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 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制吸收類型吸收類型物理吸收時(shí)，常用亨利定律來(lái)描述氣液相間的平衡。物理吸收時(shí)，常用亨利定律來(lái)描述氣液相間的平衡。常壓或低壓常壓或低壓稀溶液稀溶液物理吸收物理吸收iiixEpiiipHc化學(xué)吸收時(shí)的氣液平衡關(guān)系：化學(xué)吸收時(shí)的氣液平衡關(guān)系：化學(xué)消耗物理平衡AAcA溶解于溶劑溶解于溶劑的溶質(zhì)量的溶質(zhì)量與氣相濃度物理平與氣相濃度物理平衡相對(duì)應(yīng)的溶質(zhì)量衡相對(duì)應(yīng)的溶質(zhì)量由于化學(xué)反應(yīng)由于化學(xué)反應(yīng)消耗的溶質(zhì)量消耗的溶質(zhì)量第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制A氣氣A液液 B溶劑溶劑M液液KMAcAAApHABAMK )1 (BKpHcAAAA氣氣M+ N-A液液

3、KMAcAANMKAKMAAAAApKHpHcA氣氣A液液 B液液M液液KMMAcAAApHA)1(xAxBAMKAAAABAPKHPKHcc10雙膜理論雙膜理論)()(AiAGAGAiAGGAGAppkppzDN)()(ALAiALALAiLALAcckcczDN)()(ALAALAAGAGAcckppkN氣膜氣膜界面界面液膜液膜AiAiApHc界面氣液平衡界面氣液平衡第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制類類 型型原原 理理 液膜表面吸收器液膜表面吸收器氣、液兩相在固定表面氣、液兩相在固定表面上進(jìn)行吸收上進(jìn)行吸收氣泡表面吸收器氣泡表面吸收器氣相以氣泡形式分散于氣相以氣泡形式分散于大量液

4、相中進(jìn)行吸收大量液相中進(jìn)行吸收液滴表面吸收器液滴表面吸收器利用摩擦力和慣性力使利用摩擦力和慣性力使液體呈液滴分散于氣相液體呈液滴分散于氣相中進(jìn)行吸收的設(shè)備中進(jìn)行吸收的設(shè)備第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制篩板塔篩板塔氣泡氣泡填料塔填料塔液膜液膜噴霧塔噴霧塔液滴液滴第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制第二節(jié)第二節(jié) 吸附凈化吸附凈化吸附吸附是利用多孔固體表面存在的未平衡的分子引力是利用多孔固體表面存在的未平衡的分子引力或化學(xué)鍵力，將氣體混合物中某一組分或某些組分或化學(xué)鍵力，將氣體混合物中某一組分或某些組分吸留在固體表面上，從而分離氣體混合物的過(guò)程。吸留在固體表面上，從而分離氣體混合物

5、的過(guò)程。特點(diǎn)特點(diǎn)：捕集效率高、能回收有用組分、設(shè)備簡(jiǎn)單、：捕集效率高、能回收有用組分、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、易于自動(dòng)控制，但吸收容量一般不高。尤操作方便、易于自動(dòng)控制，但吸收容量一般不高。尤其適于分離低濃度有害氣體或處理排放標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格其適于分離低濃度有害氣體或處理排放標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格的廢氣。的廢氣。吸附劑吸附劑吸附質(zhì)吸附質(zhì)第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制作用力作用力反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度 吸附熱吸附熱選擇性選擇性可逆性可逆性吸附層吸附層物理吸附物理吸附范德華力范德華力低溫低溫小小無(wú)無(wú)可逆可逆單單/多分子層多分子層化學(xué)吸附化學(xué)吸附化學(xué)鍵力化學(xué)鍵力較高溫較高溫大大有有不可逆不可逆單分子層單分子層1

6、、物理吸附與化學(xué)吸附、物理吸附與化學(xué)吸附2、吸附劑、吸附劑（1）比表面積大、吸附容量大、選擇性好；）比表面積大、吸附容量大、選擇性好；（2）具有一定的粒度、較高的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)）具有一定的粒度、較高的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)/熱穩(wěn)定性；熱穩(wěn)定性；（3）來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉。）來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉。3、吸附劑再生、吸附劑再生（1）加熱解吸；（）加熱解吸；（2）降壓或真空解吸；（）降壓或真空解吸；（3）置換再生）置換再生第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制固定床固定床半連續(xù)吸附流程半連續(xù)吸附流程A1吸附循環(huán)吸附循環(huán) A2解吸循環(huán)解吸循環(huán)第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制流動(dòng)床流動(dòng)床回轉(zhuǎn)吸附床回轉(zhuǎn)吸

7、附床第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制沸騰床沸騰床流化床吸附裝置流化床吸附裝置1、塔板、塔板 2、溢流堰、溢流堰 3、加熱器、加熱器第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制第三節(jié)第三節(jié) 催化凈化催化凈化催化催化是使氣態(tài)污染物通過(guò)催化劑床層，經(jīng)歷催化是使氣態(tài)污染物通過(guò)催化劑床層，經(jīng)歷催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)或易于處理和回收利用的物反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)或易于處理和回收利用的物質(zhì)的方法。質(zhì)的方法。特點(diǎn)特點(diǎn)：（：（1）無(wú)需使污染物與主氣流分離，避免了）無(wú)需使污染物與主氣流分離，避免了它法可能產(chǎn)生的二次污染，又使操作過(guò)程簡(jiǎn)化；它法可能產(chǎn)生的二次污染，又使操作過(guò)程簡(jiǎn)化；（2）對(duì)不同濃度的污染物均有較

8、高的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)）對(duì)不同濃度的污染物均有較高的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)用廣泛；用廣泛；（3）催化劑價(jià)格較高，廢氣預(yù)熱耗能。）催化劑價(jià)格較高，廢氣預(yù)熱耗能。第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制催化作用催化作用 化學(xué)反應(yīng)速率因加入某種物質(zhì)而化學(xué)反應(yīng)速率因加入某種物質(zhì)而改變，而加入物質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)在反應(yīng)終了時(shí)卻改變，而加入物質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)在反應(yīng)終了時(shí)卻不變的作用。不變的作用。催化劑催化劑正催化正催化 加快化學(xué)反應(yīng)速率的催化作用。加快化學(xué)反應(yīng)速率的催化作用。降低活化能降低活化能催化劑催化劑 由主活性物質(zhì)、載體和助催劑組成。由主活性物質(zhì)、載體和助催劑組成。1、提供大的比表面積，節(jié)約主活性物質(zhì)，提高催化劑活性、提供

9、大的比表面積，節(jié)約主活性物質(zhì)，提高催化劑活性2、增大催化劑的機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)熱性及熱穩(wěn)定性，延長(zhǎng)其壽命、增大催化劑的機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)熱性及熱穩(wěn)定性，延長(zhǎng)其壽命1、外擴(kuò)散過(guò)程、外擴(kuò)散過(guò)程反應(yīng)物從氣流主體擴(kuò)散到催化劑外表面；反應(yīng)物從氣流主體擴(kuò)散到催化劑外表面；2、內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程、內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程反應(yīng)物進(jìn)一步向催化劑的微孔內(nèi)擴(kuò)散；反應(yīng)物進(jìn)一步向催化劑的微孔內(nèi)擴(kuò)散；3、吸附過(guò)程、吸附過(guò)程反應(yīng)物在催化劑表面上被吸附；反應(yīng)物在催化劑表面上被吸附；4、表面反應(yīng)過(guò)程、表面反應(yīng)過(guò)程反應(yīng)物在催化劑表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；反應(yīng)物在催化劑表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；5、脫附過(guò)程、脫附過(guò)程反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑表面上脫附下來(lái)；反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑表面上脫附下來(lái)；

10、6、內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程、內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程反應(yīng)產(chǎn)物從微孔內(nèi)擴(kuò)散到催化劑外表面；反應(yīng)產(chǎn)物從微孔內(nèi)擴(kuò)散到催化劑外表面；7、外擴(kuò)散過(guò)程、外擴(kuò)散過(guò)程反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑外表面擴(kuò)散到主氣流；反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑外表面擴(kuò)散到主氣流；第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制1、采用、采用V2O5作為活性組分，以作為活性組分，以K2SO4作助催化劑，將高濃度作助催化劑，將高濃度SO2 煙氣中的煙氣中的SO2氧化為氧化為SO3，再吸收生成硫酸；，再吸收生成硫酸；2、用、用H2S作還原劑，在浸漬硅酸鹽的活性炭存在下，可將作還原劑，在浸漬硅酸鹽的活性炭存在下，可將SO2 催化氧化成元素硫；催化氧化成元素硫；3、采用還原劑將硝酸尾氣中的、

11、采用還原劑將硝酸尾氣中的NOx還原成無(wú)害的還原成無(wú)害的N2；4、在貴金屬催化劑或金屬氧化物地作用下，利用汽車(chē)排氣中、在貴金屬催化劑或金屬氧化物地作用下，利用汽車(chē)排氣中的的CO將將NOx還原成還原成N2，而，而CO被氧化為被氧化為CO2；5、一些惡臭物質(zhì)和含碳?xì)浠衔锏膹U氣常采用催化燃燒法將、一些惡臭物質(zhì)和含碳?xì)浠衔锏膹U氣常采用催化燃燒法將其銷毀其銷毀 ； 第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制第四節(jié)第四節(jié) 燃燒凈化燃燒凈化燃燒燃燒是通過(guò)熱氧化作用將廢氣中的可燃有害成分轉(zhuǎn)是通過(guò)熱氧化作用將廢氣中的可燃有害成分轉(zhuǎn)化為無(wú)害或易于進(jìn)一步處理和回收的物質(zhì)的方法。化為無(wú)害或易于進(jìn)一步處理和回收的物質(zhì)

12、的方法。特點(diǎn)特點(diǎn)：（：（1）工藝簡(jiǎn)單、操作方便、可回收含烴廢）工藝簡(jiǎn)單、操作方便、可回收含烴廢氣的熱能；氣的熱能；（2）廣泛用于高濃度有機(jī)廢氣的處理；）廣泛用于高濃度有機(jī)廢氣的處理；（3）廢氣中可燃組分含量低時(shí)，需預(yù)熱耗能，注）廢氣中可燃組分含量低時(shí)，需預(yù)熱耗能，注意熱能回收。意熱能回收。第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制1、空燃比、空燃比 空氣與燃料的質(zhì)量比空氣與燃料的質(zhì)量比2、爆炸極限濃度范圍、爆炸極限濃度范圍CmHn + (m+n/4)O2mCO2 + (n/2)H2O + Qnmnm12)4(76. 497.28AF3211CcCbCaCm第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物

13、控制氧化氧化？燃燒燃燒？爆炸爆炸各類燃燒的特點(diǎn)各類燃燒的特點(diǎn)燃燒種類燃燒種類直接燃燒直接燃燒熱力燃燒熱力燃燒催化燃燒催化燃燒燃燒溫度燃燒溫度預(yù)熱至預(yù)熱至1100進(jìn)行氧化反應(yīng)進(jìn)行氧化反應(yīng)預(yù)熱至預(yù)熱至600800進(jìn)行氧化進(jìn)行氧化反應(yīng)反應(yīng)預(yù)熱至預(yù)熱至200400進(jìn)行催進(jìn)行催化氧化反應(yīng)化氧化反應(yīng)燃燒狀態(tài)燃燒狀態(tài)在高溫下滯留短時(shí)間生成明在高溫下滯留短時(shí)間生成明亮火焰亮火焰在高溫下停留一定時(shí)間，不在高溫下停留一定時(shí)間，不生成火焰生成火焰與催化劑接觸，不生成火焰與催化劑接觸，不生成火焰特特 點(diǎn)點(diǎn)不需預(yù)熱，能回收廢氣中的不需預(yù)熱，能回收廢氣中的熱能。只用于濃度高于爆炸熱能。只用于濃度高于爆炸下限的氣體下限的氣體預(yù)熱耗能較多，燃燒不完全預(yù)熱耗能較多，燃燒不完全時(shí)產(chǎn)生惡臭，可用于各種氣時(shí)產(chǎn)生惡臭，可用于各種氣體燃燒體燃燒預(yù)熱耗能較少，催化劑較貴，預(yù)熱耗能較少，催化劑較貴，不能用于催化劑中毒的氣體不能用于催化劑中毒的氣體第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制直接燃燒直接燃燒火炬燃燒器火炬燃燒器第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制熱力燃燒熱力燃燒配焰燃燒爐配焰燃燒爐離焰燃燒爐離焰燃燒爐第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制催化燃燒催化燃燒有熱回收的催化燃燒過(guò)程有熱回收的催化燃燒過(guò)程第七章第七章 氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制1、吸收凈化、吸收凈