第9章吸收法净化气体污染物

4.1.1. 吸收原理

1.亨利定律 在一定的温度和压力下，进行气液接触时， 混合气体中的可吸收组分通过传质过程进 入液相，这个过程称为吸收。
吸收进行时，吸收解吸同时进行，经过一 段时间，气液两相达到动态平衡。此时气 相中吸收质的分压称为平衡分压，液相中 所溶解的吸收质浓度称为平衡溶解度，简 称溶解度。



（3）吸收剂的再生 吸收剂使用到一定程度，需要处理后再使 用，处理的方式: 一是通过再生回收副产品后重新使用，如 亚硫酸钠法吸收SO2气体，吸收液中的亚 硫酸氢钠经加热再生，回收SO2后变为亚 硫酸钠重新使用。 二是直接把吸收液加工成副产品，如用氨 水吸收SO2得到的亚硫酸铵经氧化变为硫 酸铵化肥。



4.吸收操作 吸收操作是提高吸收效果的关键，采用的 气液接触方式有顺流、逆流和错流；采用 的操作方式有一次吸收和循环吸收；在一 个吸收塔内又分为一段吸收和多段吸收； 根据气量大小和净化要求可以采用并联吸 收和串联吸收等。 5.除雾 湿式洗涤系统运行时，在洗涤器内易生成 “水雾”、“酸雾”或“碱雾”，随气流 排放对烟囱造成腐蚀，产生结垢，排入环 境造成环境污染。因此处理后烟气必须选 用折流式除雾器、旋风除雾器、丝网除雾 器和电除雾器之一进行除雾后再排放。



2.问答题 （1）按照亨利定律，提高物理吸收效 果应采取的措施是什么？ （2）一般吸收控制的温度条件是什么， 可通过什么措施来解决？ （3）吸收剂的选择有哪些要求？ （4）填料塔的结构组成包括哪些？其 主要操作要点是什么？
第9章 吸收法净化气态污染物

内容提要： 本章主要介绍气态污染物的基本特性及其 净化方法，通过学习，使学习者能了解各 种气态污染物的净化原理、净化工艺、净 化设备，掌握运行的重要参数条件，可以 利用学到的基本理论知识，对各种气态污 染物提出可行的控制和处理方法。
4.1.1吸收法

吸收是气体混合物中的一种或多种组分溶解于吸 收液中，或者与吸收液中的组分进行选择性化学 反应，从而将物质从气相中分离出来的操作过程。 吸收法应用非常广泛，如原料气的净化、有用组 分的回收、产品的制备、气体的净化等。很多有 害气体如SO2、NOx、HCl、HF、C、H化合物 等常用吸收法加以净化，下面就吸收法原理、吸 收工艺选择、吸收设备等做一简要介绍。
双膜理论吸收过程示意图





溶质组分通过气膜和液膜吸收速率为： NA=KG(P-P*)=K L(C*-C) 式中KG—气相吸收总系数，kmol／ (m2· s· kPa)； K L—液相吸收总系数，m／s； P*—与液相浓度相平衡的气相分压， kPa； C*—与气相分压相平衡的液相浓度， kmol／m3。 C—溶质的平衡浓度k mol／m3 P—相平衡的气相压，kPa；


1.填空题 （1）根据吸收原理，吸收分为 吸收和 吸收两种，当用NaOH吸收SO2时为 吸收； （2）常用的吸收装备类型有三种，分别是 ， 和 ； （3）净化气态污染物普遍采用的吸收器 是 ； （4）吸收流程配置时应考虑的因素包 括 、 、 、 、 、 、 等； （5）吸收液完成吸收后，处理的方式有两种，一 是 ，二是 ； （6）吸收后烟气排放前，一般通过 和 方式，对烟气进行加热以提高排放温度，便于扩 散和减少 产生；
2.吸收平衡


气液吸收一般遵循双膜理论，如图9-3所示。 在吸收过程中，溶质首先由气相主体以涡 流扩散方式到达气膜边界，再以分子扩散 方式通过气膜到达气液相界面，在界面上 溶质不受任何阻力由气相进入液相，然后 在液相以分子扩散的方式穿过液膜到达气 液膜边界，最后又以涡流扩散的方式转移 到液相主体。吸收传质速率方程一般表达 式： 传质速率=传质推动力×传质系数 或：传质速率=传质推动力/传质阻力，显 然：传质系数=1/传质阻力


为保证填料塔运行稳定，一般要求液体喷淋密度 在10m3/m2· h以上，并力求喷淋均匀。填料塔 的空塔气速一般为0.3~1.5m／s，压降通常为 0.15~0.60kPa/m填料，液气比为 0.5~2.0kg/m3。 填料塔具有结构简单、便于制造，汽液接触良好， 压降较小等优点。缺点是当烟气中含有悬浮颗粒 时，填料容易堵塞，清理检修时填料损耗大。


2.烟气的预冷却 燃烧排出的烟气温度较高，不适宜直接吸 收，而需要降低温度后再完成吸收操作， 提高吸收效率。因此需要对烟气进行冷却。 冷却烟气的方法有：①设置间接冷却器； ②直接增湿冷却；③用预洗涤塔除尘增湿 降温等。 烟气冷却温度越低，对吸收越有利，但耗 能会大幅度增加，造成费用增大。综合考 虑各方面的因素，一般高温烟气冷却到 333K左右较为适宜。


（1）吸收剂的选择原则 ①吸收剂应对混合气体中被吸收组分具有良好的 选择性和较大的吸收能力； ②吸收剂的蒸汽压低，以减少吸收剂损失，避免 吸收液成分进入气相，造成新的污染；吸收剂沸 点高、熔点低、粘度低，不易起泡； ③化学性能稳定，腐蚀性小、无毒性、难燃烧； ④价廉易得； ⑤易于解吸再生或综合利用。 任何一种吸收剂很难同时满足以上要求，实际上 可根据具体情况，权衡各方面因素而定。


⑤碱金属钠、钾、铵或碱土金属钙、镁等 的溶液，是另一类常用吸收剂。由于这一 类吸收剂能与被吸收的气态污染物如SO2、 HCl、HF、NO2等之间发生化学反应，因 而使吸收能力大大增加。 ⑥吸收碱性气体常用各种酸进行吸收。 化学吸收的流程较长、设备较多、操作较 复杂，吸收剂价格较贵，吸收剂再生困难， 能耗和化学品消耗大。因而在选择吸收剂 时，要权衡多方面的因素来确定。
吸收设备

1.吸收设备的分类 吸收的主要设备包括：板式塔、喷淋 塔、填料塔、湍球塔、文丘里吸收器。 最常用的是填料塔，其次是板式塔， 此外还有喷洒塔和文丘里吸收器，文 丘里吸收器是近代使用较多的高效率 吸收设备之一。
（1）.填料塔

填料塔的典型结构如图9-15所示。塔内装 有支撑板，板上堆放填料层，喷淋的液体 通过安装在填料上部的分布器洒向填料。 在吸收塔内，气体和液体经常逆流接触， 即吸收剂自塔顶向下喷淋，气体从塔底被 送入，沿填料间空隙上升，填料的润湿表 面作为气液接触的传质表面。常用的填料 塔填料种类有拉西环、鲍尔环、鞍形和波 纹填料等。


Βιβλιοθήκη 如果吸收过程不发生明显的化学反应，称 为物理吸收； 如果吸收质与吸收剂由于化学反应导致吸 收，称为化学吸收。 在大气污染控制中，由于废气气体量大、 成分复杂，仅靠物理吸收难以达到净化要 求，因此大多情况下物理吸收和化学吸收 同时存在。




在一定温度下，当压力不高时，对于稀溶液 的吸收过程符合亨利定律，即吸收质在液体 中的溶解度与气相中吸收质的平衡分压成正 比。表示式为： c=H· P* x=P*/E y*=m· x 上式均称为亨利定律 式中 c—溶质的平衡浓度k mol／m3 H—溶解度系数，kmol／(m3· kPa) P*—溶质组分在气体中的平衡分压， kPa x—溶质在液相中的摩尔分数 E—亨利系数， kPa y*—溶质在气相中的体积分数 m—相平衡常数，量纲为一。




式中的(P-P*) 和(C*-C)是以分压差和浓度 差表示的过程总推动力， 而1／KG、1／K L则表示吸收过程总阻力。 吸收过程的总阻力为气膜阻力与液膜阻力 之和。 吸收总系数KG、K L可以通过实验获取。 当气体溶解度很大时，气相传递为控制因 素，增大气速对吸收有利。 当气体溶解度很小时，液膜阻力为控制因 素，增大液体流量，增强湍流程度对吸收 有利。



6.气体再加热 高温烟气净化后，温度会下降很多，如果 吸收后的气体直接排入大气，在一定的气 象条件下，将出现“白烟”现象。另一方 面，由于烟气温度低，使热力抬升作用减 少、扩散能力降低，容易造成局部污染， 因此烟气加热后再排放是必要的。 处理的办法有：①使吸收净化后的烟气与 一部分未净化的高温烟气混合，以升高净 化后气体的温度。但由于混入大量未净化 的烟气，使得气态污染物的排放量增大， 相当于降低了洗涤器的净化效率；②设置 尾部燃烧炉。在炉内燃烧天然气或重油， 产生高温燃烧气，再与净化气混合后排放。 目前国外的湿式排烟脱硫装置，大多采用 此法。
筛板塔结构和操作示意图
(3) 湍流塔
2.吸收设备的选择





吸收设备的选择把握以下原则： （1）.当气液反应速度非常快，可以优先选用喷淋塔、填 料塔等； （2）若反应极快，热效应大时，也可以考虑采用筛板吸 收塔； （3）如果反应物浓度高，可选用文丘里或喷雾塔洗涤器； （4）当气液传质速度慢时，需要提供大量的液体，采用 鼓泡塔。 （5）在吸收过程产生固体时，宜选用内部构件少、阻力 小、压降小的设备，如泼水轮吸收室等。 （6）在达到吸收要求的前提下，尽可能选用结构简单、 造价低廉、容易操作的设备。在常见的吸收设备中，结构 的复杂程度：喷淋吸收塔<填料塔<板式
3.吸收剂的选择



2）吸收剂的选择 ①对于物理吸收，要求溶解度大，可以按 照相似相溶规律选择吸收剂，即从与吸收 质结构相近物质中筛选吸收剂； ②对于化学吸收过程，可以选择容易与被 吸收气体发生反应的物质作吸收剂； ③对于酸性气体，如CO2、NO2、HF等， 可以优先选用碱或碱性盐溶液吸收； ④水是一种常用的吸收剂，是许多吸收过 程的首选对象。 用水做吸收剂，主要是靠这些物质在水中 溶解度较大的特性，一般在加压和低温下 吸收，在降压和升温下解吸。用水作吸收 剂的优点是价廉易得、吸收流程、设备和 操作都比较简单；缺点是设备庞大、净化 效率低、动力消耗大。


7.吸收液的后处理 吸收了气态污染物的富液若直接排放，不仅浪费 资源，而且会造成环境污染。因而吸收净化气态 污染物工艺流程的设置，必须考虑富液的合理处 理。 处理的目的一是恢复其原有的吸收能力，二是加 工成副产品回收。处理方法包括物理分离、化学 反应等。以后将针对不同的流程加以论述。


在吸收过程中溶质首先由气相主体以涡在吸收过程中溶质首先由气相主体以涡流扩散方式到达气膜边界再以分子扩散流扩散方式到达气膜边界再以分子扩散方式通过气膜到达气液相界面在界面上方式通过气膜到达气液相界面在界面上溶质不受任何阻力由气相进入液相然后溶质不受任何阻力由气相进入液相然后在液相以分子扩散的方式穿过液膜到达气在液相以分子扩散的方式穿过液膜到达气液膜边界最后又以涡流扩散的方式转移液膜边界最后又以涡流扩散的方式转移到液相主体
图4-2 填料塔结构


（2）.筛板塔 筛板塔的结构如图所示。在截面为圆形的塔内， 沿塔高装有多层筛板。筛板上开有2~15mm的 小孔，开孔率一般为6％~25％。操作时，气体 从下而上经筛孔进入筛板上的液层，塔板上的液 层厚度为30mm左右，气液在筛板上交错流动， 通过气体的鼓泡进行吸收。气液可以进行逐级的 多次接触。 操作时一般控制气体通过筛板塔的空塔速度为 1.0~2.5m/s，气体穿过筛孔的气速约为 4.5~12.8m/s，每块板的压降为0.8~2.0kPa。



3.设备管道的结垢和堵塞 结垢和堵塞是吸收操作不可避免的问题之一。 许多气态污染物的吸收净化过程，会产生一些 固体物质，必然会出现设备结垢和堵塞问题。 解决的方法一般从工艺设计、设备结构、操作 控制等方面解决。 工艺操作采取的措施包括：控制溶液或料桨中 水分的蒸发量，控制溶液的pH值，控制溶液中 易于结晶物质不要过饱和，保持溶液有一定的 晶种，严格控制进入吸收系统的粉尘量等。设 备选择上，优先选择不易结垢和堵塞的吸收器。 如减少吸收器内部构件，增加其内部的光滑度。 操作上，通过提高流体的流动性和冲击性等减 少结垢的发生。
吸收工艺



吸收法净化气态污染物的工艺配置应考虑 以下问题： 1.烟气除尘 大部分废气往往还含有一定的烟尘，对吸 收产生影响，因此，在吸收之前应设置高 效的除尘器除去烟尘，除尘器可以采用干 式的电除尘器（ESP）或布袋除尘器 （FDC），最好是选用湿式除尘，既冷却 了高温烟气，又起到除尘的作用。