净 化 气 态 污 染 物 方 法

5.1 净化气态污染物方法控制SO2 、NO x 碳氢化合物、氟化物等气态污染物的排放，主要的途径是净化工艺尾气。

目前常用的方法有吸收法、吸附法、催化法、燃烧法、冷凝法等。

5.1.1吸收法5.1.1.1吸收法的基本原理（1）吸收的概念利用吸收剂将混合气体中的一种或多种组分有选择地吸收分离过程称作吸收（absorption）。

具有吸收作用的物质称为吸收剂（absorbent），被吸收的组分称为吸收质（absorbate）。

吸收操作得到的液体称为吸收液或溶液，剩余的气体称为吸收尾气根据吸收过程中发生化学反应与否，将吸收分为物理吸收和化学吸收。

物理吸收（physical absorption）是指在吸收过程中不发生明显的化学反应，单纯是被吸收组分溶于液体的过程，如用水吸收HCl气体。

化学吸收（chemical adsorption）是指吸收过程中发生明显化学反应，如用氢氧化钠溶液吸收SO2，用酸性溶液吸收NH3等气体。

吸收法净化气态污染物就是利用混合气体中各成分在吸收剂中的溶解度不同，或与吸收剂中的组分发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来。

由于化学反应增大了吸收的传质系数和吸收推动力，加大了吸收速率，因此对于废气流量大、成分比较复杂、吸收组分浓度低的废气，大多采用化学吸收。

吸收法是分离、净化气体混合物最重要的方法之一，被广泛用于净化含SO2、NO x、HF、HCL等废气。

（2）吸收平衡假定某一个容器中盛有液体（图5-1），在液体上面有一定的气体空间，液体中溶解某种气体，达到平衡状态时，同一时间里溶解于液体中的气体分子数等于从液体中解脱出来的气体分子数。

气体组分能溶于吸收剂中是吸收操作的必要条件。

溶解于吸收剂中的气体量不仅与气体、液体本身性质有关，而且还与液体温度及气体的分压有关。

在一定温度下，气体的分压越大，溶解于吸收剂中的气体量就越多。

亨利定律表明了气体中某种组分的分压与液体中含有该组分的浓度之间的平衡关系，用公式表示为PA=HXA式中 PA 物质A在气相中的平衡分压，H 亨利常数；XA 物质A在液相中的摩尔分数。

(3)吸收流程根据吸收剂与废气在吸收设备中的流动方向，可将吸收工艺分为逆流操作、并流操作和错流操作。

逆流操作是指被吸收气体由下向上流动，而吸收剂则由上向下流动，在气、液逆向流动的接触中完成传质过程。

并流操作是指被吸收气体与吸收剂同时由吸收设备的上部向下部流动。

错流操作是指被吸收气体与吸收剂呈交叉方向流动。

在实际吸收工艺流程中一般采用逆流操作。

根据对吸收剂的再生与否，将吸收过程分为非循环过程（图5-2）和循环过程（图5-3）非循环过程中对吸收剂不经行再生，而循环过程中吸收剂可以循环使用。

5.1.1.2吸收剂(1) 常用的吸收剂水是常用的吸收剂，用水可以吸收废气中能溶于水的组分，如SO2、HF、NH3、HCL及煤气中的CO2等。

碱金属和碱土金属的盐类、铵盐等属于碱性吸收剂，能与酸性气体发生化学反应，因此可以除去SO2、HF、HCL、NO x等组分。

硫酸、硝酸等属于酸性吸收剂，可以用来吸收SO3、NOx 等。

有机吸收剂可以吸收有机废气，如聚乙烯醚、二乙醇胺等。

表5-1列出了工业上净化有害气体所用的吸收剂。

表5-1常见气体的吸收剂（2）吸收剂的选择一般来说，选择吸收剂的基本原则如下所述。

①具有比较适宜的物理性质，如黏度小，较低的凝固点，适宜的沸点，比热容不大，不起泡等；同时还要求具有低的饱和蒸气压，以减少吸收剂的损失；要求对有害成分的溶解度要大，以提高吸收效率，减少吸收液用量和设备尺寸。

②具有良好的化学性质，如不易燃，热稳定性高，无毒性；同时还要求吸收剂对设备的腐蚀性小，以减少设备费用。

③廉价易得，最好能就地取材，易于再生重复使用。

④有利于有害物质的回收利用。

在选择吸收剂时要根据吸收剂的特点权衡利弊，有的吸收剂虽然具有很好的性能，但不易得到或价格昂贵，使用就不经济。

有的吸收剂虽然吸收能力强，吸收容量大，但不易再生或再生时能耗较大，在选择时应慎重。

5.1.1.3常用吸收设备目前工业上常用的吸收设备可分为表面吸收器、鼓泡式吸收器和喷洒式吸收器三大类（1）表面吸收器凡能使气液两相在固定的接触面上进行吸收操作的设备均称为表面吸收器。

常见的表面吸收器如填料塔、液膜吸收器、水平液面的表面吸收器等。

净化气态污染物普遍使用的是填料塔，特别是逆流填料塔。

填料塔（packed tower）是一种筒体内装有环形、波纹形或其他形状的填料，吸收剂自塔顶向下喷淋于填料上，气体沿填料间隙上升，通过气液接触使有害物质被吸收的净化设备。

填料塔的优点是：①吸收效果比较可靠；②对气体变动的适用性强；③可用耐腐蚀材料制作，结构简单制作容易；④压力损失较小（490Pa/m塔高）。

填料塔的缺点主要是：①当气流过大时发生液泛而不易操作；②吸收液中含固体或吸收过程中产生沉淀时，使操作发生困难；③填料数量多，质量大，检修不方便。

图5-4是典型的逆流填料吸收塔示意图。

废气由塔底进入塔体，自下而上穿过填料层，最后由塔顶排出。

吸收剂由塔顶通过分布器均匀地喷淋到填料层中，并沿着填料层向下流动，从塔底排出塔外。

在废气沿塔上升的同时，与吸收剂在填料层中充分接触，污染物浓度逐渐降低，而塔顶喷淋的总是新鲜的吸收液，因而吸收传质的平均推动力大，吸收效果好。

（2）鼓泡式吸收器鼓泡式吸收器内均有液相连续的鼓泡层，分散的气泡在穿过鼓泡层时有害组分被吸收。

常见的设备有鼓泡塔、湍球塔和各种板式吸收塔。

净化气态污染物中应用较多的是鼓泡塔和筛板塔。

板式塔的优点是：①结构简单，空塔速度高；②气体处理量大；③增加塔板数可提高净化效率或者处理浓度较高的气体。

板式塔的主要缺点是：①安装要求严格；②操作弹性小，气量急剧变化时不能操作；③压力损失较大（980~1960Pa/板）。

鼓泡塔的优点是：①塔不易堵塞；②压力损失小。

其主要缺点是受气流速度影响大，当气流速度过小时，不能发挥应有的效能；当气流速度过大时，吸收效率降低。

图5-5是简单的连续鼓泡式吸收器示意图。

气体由下面的多孔板进入，通过支撑板上面的液体时形成鼓泡层。

图5-6所示的是筛板式吸收塔示意图。

沿塔高装有塔板，两相在每块塔板上接触。

塔板分为错流式、穿流式、气液并流式等几种。

在错流式板式吸收塔内，气体和液体以错流的方式运动，塔板上装有专门的溢流装置，使液体从上一块塔板流到下一块塔板，而气体不通过溢流装置从塔底进入，从塔顶排出。

在穿流式板式吸收塔内，气体从塔底进入，从塔顶排出，液体流动的方向则相反。

气液两相在塔板上的接触是以完全混合的方式进行的。

在气液并流式板式吸收塔内，气、液的流动方向是一致的。

（3）喷洒式吸收器用喷嘴将液体喷射成为许多细小的液滴，以增大液相的接触面，完成传质过程。

比典型的设备是空心喷洒吸收器和文丘里吸收器。

图5-7所示是几种空心喷洒吸收器示意图。

在吸收器中，气体通常是自下而上流动，而液体则是由装在塔顶的喷射器呈喇叭状喷洒。

当塔体比较高时，可将喷洒器分层放置，也可以采用如图5-8所示的组合喷洒方式。

空心喷洒吸收器结构简单，造价低廉，阻力小，但吸收效率不是很高，因此应用受到了极大的限制。

文丘里吸收器结构简单，设备体积小，处理气量大，净化效率高，具有同时除尘、吸收气体和降温的特性，但其阻力大，动力消耗大。

因此，在净化一般气态污染物时应用受到限制，比较适宜净化含尘废气。

5.1.1.4 吸收设备的选择吸收设备是实现气相和液相传质的设备，选择时要充分了解生产任务的要求，以便于选择合适的吸收设备。

一般可从物料的性质、操作条件和对吸收设备自身的要求三个方面来考虑。

（1）物料的性质对于溶解度大的气体，宜优先采用填料塔或喷淋塔；对于溶解度小的气体，只能选择鼓泡塔或填料塔；对于易起泡沫、高黏性的物料系统易选择填料塔；对于有悬浮固体、有残渣或易结垢的物料，可选用大孔径筛板塔、十字架形浮阀塔或泡罩塔；对于有腐蚀性的物料宜选用填料塔，也可以选择无溢流筛板塔；对于在吸收过程中有大量的热量交换的系统，宜选用填料塔或筛板塔。

（2）操作条件几种常见塔型操作参数可参考表5-2。

对气体处理量大的系统宜选用板式塔，而气相处理量小的则用填料塔;对于有化学反应的吸收过程，或处理系统的液气比较小时，选用填料塔或板式塔比较有利；对气膜控制的吸收过程，一般应选择填料塔；对于液膜控制的吸收过程宜选用板式塔。

表5-2 几种常见塔型操作参数（3）对吸收设备的要求对吸收设备的一般要求是：吸收设备处理废气能力大；净化效率高（达到规定分离要求的塔高要低）；气液比值范围宽，操作稳定；压力损失小；结构简单，造价低，易于加工制造、安装和维修等。

5.1.2吸附法5.1.2.1吸附法基本原理（1）吸附的概念由于固体表面上存在着分子引力或化学键力，能吸附分子并使其浓集在固体表面上，这种现象称为吸附（adsorption）。

将具有吸附作用的固体物质称为吸附剂（adsorbent），被吸附的物质称为吸附质。

根据吸附过程中吸附剂和吸附质之间作用力的不同，可将吸附分为物理吸附和化学吸附。

在吸附过程中，当吸附剂和吸附质之间的作用力是范德华力（或静电引力）时称为物理吸附（physical adsorption）；当吸附剂和吸附质之间的作用力是化学键时称为化学吸附（chemical adsorption）物理吸附的特点是：①吸附剂和吸附质之间不发生化学反应；②吸附过程进行较快，参与吸附的各相之间迅速达到平衡；③物理吸附是一种放热过程，其吸附热较小，相当于被吸附气体的升华热，一般为20KJ/mol左右；④吸附过程可逆，无选择性。

化学吸附的特点是：①吸附剂和吸附质之间发生化学反应，并在吸附剂表面生成一种化合物；②化学吸附过程一般进行缓慢，需要很长时间才能达到平衡；③化学吸附也是放热过程，但吸附热比物理吸附热大得多，相当于化学反应热，一般在84~417KJ/mol；④具有选择性，常常是不可逆的。

在实际吸附过程中，物理吸附和化学吸附一般同时发生，低温时主要是物理吸附，高温时主要是化学吸附。

吸附法净化气态污染物就是使废气与大比表面多孔的固体物质相接触，将废气中的有害组分吸附在固体表面上，从而达到净化的目的。

（2）吸附过程吸附方法的广泛应用促进了吸附理论的发展，为了阐明吸附过程的实质相继提出了各种理论和学说，如位势论、BET学说、毛细管凝聚学说、静电学说、电吸附学说和朗格缪尔（Langmuir）化学学说等。

目前尚没有一种理论能概括各种吸附现象。

吸附的全过程可分为外扩散、内扩散、吸附和脱附四个过程。

外扩散过程是吸附剂外围空间的气体吸附质分子穿过气膜，扩散到吸附剂表面的过程，是吸附全过程的第一步。

内扩散过程是吸附质分子进入吸附剂微孔中并扩散到内表面的过程。