第07章 气态污染物控制技术2

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同一气态污染物可能在较低温度下发生物理吸附；
若温度升高到吸附剂具备足够高的活化能时，发生化学吸附
3、气体吸附的影响因素

典型吸附质分子的横截面积
3、气体吸附的影响因素
③ 吸附质的性质与浓度

吸附剂中孔径分布不均匀，主要起吸附作用的是直径与被吸附分子 大小相等的微孔。

临界直径－吸附质不易渗入的最小直径。代表了吸附质的特性，且 与吸附质的分子有关。
催化净化工艺
NOx NH3 filter Combustor Mixer Reactor
NOx的选择性催化还原（SCR）
8 N H 3 6 N O 2 7 N 2 1 2 H 2O
4 N H 3 6 N O 5 N 2 6 H 2O
催 化 剂 2 0 0 ～ 3 0 0 ℃ ： P t (P d ,F e,C u ,M n )/A l 2 O 3 (T iO 2 ,V 2 O 5 )
一、吸附剂
1、气体吸附分类
气体吸附分为物理吸附和化学吸附 物理吸附
1. 吸附力－范德华力； 2. 不发生化学反应； 3. 过程快，瞬间达到平衡； 4. 放热反应； 5. 吸附可逆；
化学吸附
1. 吸附力－化学键力； 2. 发生化学反应； 3. 过程慢； 4. 升高温度有助于提高速率； 5. 吸附不可逆；
概念
气体吸附

定义：用多孔性固体吸附剂将气体（或液体）混合物 中的一种或数种组分浓集于固体表面，而与其他组分 分离的过程。

吸附质－被吸附物质 吸附剂－附着吸附质的物质
二、 吸附机理

吸附过程的净化效果取决于吸附平衡与吸附速率。
1.

吸附平衡
吸附平衡：吸附质与吸附剂接触后，当吸附速度＝脱附速度
– 活性组分的流失、烧结、积炭结焦、机械粉碎等
– 温度对老化影响较大，工作温度越高，老化速度越快。

中毒 – 是指反应物中少量的杂质使催化剂活性迅速下降的现象。 – 中毒的化学本质是由于毒物比反应物对活性组分具有更强的亲和 力。 – 对大多数催化剂，毒物：HCN、CO、H2S、S、As、Pb
一．催化净化法的一般工艺
3）需贵金属作催化剂。 4）投资大。
非选择性催化还原法

非选择性催化还原法消除硝酸尾气中的NOX，采用CH4和
H2同时做还原剂。

含有NOX的硝酸尾气经加热升温，与CH4和H2混合，通过 装有钯触媒的催化燃烧器进行催化反应， NOX最终转化为 无害的N2。
加热 含有NOX的硝酸尾气
催化法治理废气的一般工艺过程包括：
（1) 废气预处理去除催化剂毒物级固体颗粒物（避免催化剂 中毒）； （2) 废气预热到要求的反应温度（如选择性催化还原去除 NOX废气的预热温度须达200~220OC以上）； （3）催化反应； （4）废热和副产品的回收利用等。
一．几种主要污染物的催化净化
（一）SO2气体的催化净化
吸附等温线
2. 吸附速率
• 吸附速率：单位重量的吸附剂（或单位体积的吸附层）在单 位时间内所吸附的吸附质的量。 • 吸附速率的变化范围很大，可从百分之几秒到几十小时。

吸附过程可分为以下三步：
（1）外扩散（气膜扩散）：吸附质从气流主体 穿过颗粒周围气膜扩散至吸附剂外表面。 （2）内扩散（微孔扩散）：吸附质由吸附剂外 表面经微孔扩散至吸附剂微孔表面。 （3）吸附：到达吸附剂微孔表面的吸附质被吸 附。对于化学吸附第三步还伴有化学反应。
第三节 吸附操作方式与设计
一、吸附过程的工艺流程
1、按吸附剂在吸附器中的工作状态分为：
固定床、移动床（超吸附）、沸腾流化床
2、按操作过程的连续与否分为： 间歇吸附过程、连续吸附过程
含污染物的气体

固定床
吸附剂在吸附器中固定不动，
最常见的是将两个以上固定床
组成一个半连续式吸附流程。

移动床
吸附剂在床层中进行移动，吸附 气态污染物后的吸附剂，送入脱 附剂中进行脱附，脱附后的吸附 剂重新返回吸附器中循环利用。
第七章 气态污染物控制技术基础(2)

气体吸附


吸附机理
吸附工艺与设备计算 吸附剂
引
1、吸附净化的概念：
言
（1）多孔性固体物质具有选择性吸附废气中的有害组分的特点。
（2）吸附净化是利用多孔性固体物质的这一特点，实现净化废气 的方法。
2、吸附净化法的特点
（1）适用范围
① 常用于净化浓度低、毒性大的有害气体，但处理的气体量不宜

吸附质的分子量、沸点、饱和性
④ 吸附剂活性

吸附剂活性：单位吸附剂所能吸附的吸附质量

静活性－吸附达到饱和时的吸附量 动活性－未达到平衡时的吸附量
已吸附吸附质的质量 所用吸附剂量 100%
吸附剂的活性
常见分子的临界直径
分子 氦 氢 乙炔 氧 一氧化碳 二氧化碳 氮 水 氨 氩 甲烷 乙烯 环氧乙烷 乙烷 甲醇 乙醇 环丙烷 丙烷 正丁烷-正二十二烷 临界直径/Å 2.0 2.4 2.4 2.8 2.8 2.8 3.0 3.15 3.8 3.84 4.0 4.25 4.2 4.2 4.4 4.4 4.75 4.89 4.9 分子 丙烯 1-丁烯 2-反丁烯 1,3-丁二烯 二氟-氯甲烷(CFC-22) 噻吩 异丁烷-异二十二烷 二氟二氯甲烷(CFC-12) 环己烷 甲苯 对二甲苯 苯 四氯化碳 氯仿 新戊烷 间二甲苯 邻二甲苯 三乙胺 临界直径/Å 5.0 5.1 5.1 5.2 5.3 5.3 5.58 5.93 6.1 6.7 6.7 6.8 6.9 6.9 6.9 7.1 7.4 8.4
3、气体吸附的影响因素
① 操作条件


低温有利于物理吸附；高温利于化学吸附
增大气相分压（吸附质）利于吸附过程的进行
② 吸附剂的性质

比表面积（孔隙率、孔径、粒度等）
fV m W N0 A 2 2 .4 1 0
3

－ 比 表 面 积 ， m 2 /g

f
f － 单 位 体 积 气 体 铺 成 单 分 子 层 的 面 积 ,m 2 /m L N 0－ 阿 佛 加 德 罗 常 数 A － 吸 附 质 分 子 横 截 面 积 ,m 2 Vm－ 吸 附 剂 表 面 被 单 层 分 子 铺 满 时 的 气 体 体 积 ， m L W－吸附剂的重量，g
过大；
② 对有机溶剂蒸汽具有较高的净化效率；
③ 当处理的气体量较小时，用吸附法灵活方便。
（2）优点
净化效率高，可回收有用组分，设备简单，易实现自动化控制。 （3）缺点 吸附剂容量往往有限，吸附容量小，需频繁再生，间歇吸附过 程的再生操作麻烦且设备利用率低；设备体积大 。 （4）应用 广泛应用于有机化工、石油化工等部门。 环境治理方面：废气治理中，脱除水分、有机蒸汽、恶臭、HF 、SO2、NOX等。 成功的例子：用变压吸附法来处理合成氨废气，可回收纯度很 高（>98%）的氢气，实现废物资源化。
（二）NOX的催化净化
（三）汽车尾气的催化净化
（二）NOX的催化净化
１．该法是利用不同还原剂，在一定的温度和催化剂 作用下，将NOX还原为无害的N2和H2O。
２．按还原剂是否与空气中的O2 发生反应分为 非选 择性还原和选择性还原（用氨作还原剂对含NOX的 气体进行催化还原处理，使氨能有选择的和气体中 的NOX进行反应，而不和氧反应)。
1. 活性
催化剂的活性是衡量催化剂效能大小的标准。
公式表示为：
式中：A--------催化剂活性，
A W t W R
kg/(h.g)； kg；
W--------产品量，
t----------反应时间，
h；
WR-------催化剂质量， g。 工业中，常把产品量换算为转化率X表示
X 反应物反应了的摩尔数 通过催化剂床层的反应物摩尔数 100%
2. 催化剂的选择性

催化剂的选择性：是指当化学反应在热力学上有几个反应
方向时，一种催化剂在一定条件下只对其中的一个反应起
加速作用的特征，表示为：
B
反应所得目的产物摩尔数 通过催化剂床层后反应的反应物摩尔数
100%
（二）催化剂的性能

活性与选择性 是催化剂本身最基本的性能指标，
二者均可度量催化剂加速化学反应速度的效果，

催化净化：是指废气通过催化剂床层的催化反应，使其中的污染
物转化为无害或易于处理与回收利用物质的净化方法。

优 点：



由于有催化剂的存在，对不同浓度的污染物都具有很高转化 率； 污染物与主气流不需要分离，避免了可能产生的第二次污染； 操作过程简化。 催化剂较贵，并且废气预热需耗一定能量，这样使净化处理 费用增加。

流化床
吸附剂在多层流化床吸附
器中借助于被净化气体的
较大的气流速度使吸附剂 呈悬浮流态。
固定床吸附计算
2、吸附剂

吸附剂需具备的特性


具有巨大的内表面积
具有选择性吸附作用 高机械强度、化学和热稳定性 吸附容量大 来源广泛，造价低廉

良好的再生性能
2、吸附剂
常用吸附剂特性
吸附剂类型 堆 积 密 度 /kg·m-3 热 容 -1 /kJ(kg· K) 操作温度上 限/K 平均孔径/Å 再 生 温 度 /K 比表面积 / ㎡·g-1 活性炭 200～600 0.836～ 1.254 423 15～25 373～413 600～ 1600 活性氧化 铝 750～ 1000 0.836～ 1.045 773 18～48 473～523 210～360 沸石分子筛 硅胶 4A 800 0.92 673 22 393～ 423 600 800 0.794 873 4 473～573 —— 5A 800 0.794 873 5 473～573 —— 13x 800 —— 873 13 473～573 ——