第七章 气态污染物控制技术
七章节气态污染物控制技术基础-精选
临界直径－吸附质不易渗入的最小直径 吸附质的分子量、沸点、饱和性 例：同种活性炭做吸附剂，对于结构相似的有机物分
子量和不饱和性越高，沸点越高，吸附越容易。
吸附剂活性
单位吸附剂吸附的吸附质的量。以被吸附物质的重量 对吸附剂的重量或体积分数表示。
吸附剂的活已性所 吸用 附吸 吸附 附剂 质量 的 10质 % 0 量
希洛夫方程
b v0
L 0
K (L
h)
a－静活度，％
S－吸附层截面积,m2
L－吸附层厚度,m
b －吸附剂堆积密度，kg/m3
v－气体流速，m/s
0 －污染物浓度，kg/m3
0 －保护作用时间损失；h－死区长度
τ－L实际曲线与理论曲线的比较 1－理论线 2实际曲线
固定床吸附计算
1 Y Y*
645 200 101 69 55 48.3 45.0
热
容
/kJ(kg·K)-1
操作温度上 限/K
平均孔径/Å
活性炭
200～600
0.836～ 1.254 423
15～25
活性氧化 铝
750～ 1000 0.836～ 1.045 773
18～48
硅胶 800 0.92 673 22
沸石分子筛
4A
5A
13x
800
800
800
0.794
0.794
——
873
若θ= V/Vm 其中： V—气体分压为P时被吸附气体在标准状态下的体积；
说明：
V BP Vm 1 BP
P 1 P V BVm Vm
（1）P/V对P作图，得一直线；
环境工程学第7章气态污染物控制方法
合乎工业要求的吸附剂应满足要求：
• 具有大的比表面积 • 具有良好的选择性吸附作用 • 吸附容量大 • 具有良好的机械强度和均匀的颗粒尺寸 • 有足够的热稳定性和化学稳定性 • 有良好的再生性能
• 来源广泛、价格低廉
▪ 吸附剂的再生
• 纯物理吸附 将吸附热Q重新转给吸附剂 • 存在化学反应 再活化能（解吸附能Ed+反应热Qc）
➢ 应用
碳氢化合物转化为二氧化碳和水，氮氧化物转化成氮， 二氧化硫转化成三氧化硫而加以回收利用，有机废气和 臭气的催化燃烧，以及汽车尾气的催化净化等。
➢ 缺点
催化剂价格较高，废气预热要消耗一定的能量。
催化作用和催化剂
➢ 催化作用 ▪ 概念 ▪ 催化剂加速反映速度的实现 ▪ 催化剂的特性
➢ 催化剂 ▪ 催化剂的组成 ▪ 催化转化法选用催化剂的原则
ZG
ZL
液相主体
CAL
NA kAG ( pAG pAi) kAL (CA CAL )
伴有化学反应的传质系数 根据实测法或增强系数法，后者用较多。
若反应中A组分保持几乎不变，增强系数可用下式近 似计算：
2(M 1)
1 1 4( M )2
R
液相
式中，M与组分在液相 中的扩散速率有关
M
CB
DB
若 [M ] [N ]
[M ] K'[A]
CA [A][M ] [A] K'[A]
被吸收组分与溶剂反应
A( g ) A(l) B(l) M (l)
K' [M ]
x
[ A][ B] [ A](1 x)
[ A] H APA 代入上式
CA
气态污染物控制技术
K x x K c c
Al A
南
* A
通
大
學
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大 气
污
染
控
制
工
程
吸收系数的不同形式
南
通
大
學
12 / 52
大 气
污
染
控
制
工
程
吸收系数——传质阻力的倒数
传质总阻力＝气相传质阻力＋液相传质阻力
例：
1 1 m K y k y kx
由于在连续操作中GB、LS、y1、x1都是恒定的，所 以用摩尔分率表示较方便
LS L1 x G B G1 y x y X Y 1 x 1 y
南 通 大 學
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大 气
污
染
控
制
工
程
根据吸收质的物料平衡有
LS LS Y X Y X 1 1 GB G B
南 通 大
x p /E
*
y* m x
學
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大 气
污
染
控
制
工
程
二、吸收速率存在气膜和液膜,膜内为层流, 传质阻力只 在膜内 气膜和液膜外湍流流动,无浓度梯度, 即无扩散阻力 气液界面上,气液达溶解平衡 即:CAi=HpAi 膜内无物质积累,即达稳态
kg
DAg Zg
气液两相传质过程示意图
南 通 大 學
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大 气
污
染
控
制
工
程
液相分传质速率方程
N A k x x Ai x A N A kl c Ai c A
《大气污染控制工程》教案 第七章
第七章气态污染物控制技术基础从污染气体中脱除二氧化硫等气态污染物的过程，是化工及有关行业中通用的单元操作过程。
这种单元操作的内容包括流体输送、热量传递和质量传递。
其中质量传递过程主要采用气体吸收、吸附和催化操作。
第一节气体扩散气体的质量传递过程是借助于气体扩散过程来实现的。
扩散过程包括分子扩散和湍流扩散两种方式。
一、气体在气相中的扩散气态污染物通过惰性气体组分B的运动，可用A在B中的扩散系数D AB给出。
D AB与气体B通过气体A的扩散系数D BA相等，可由修正的吉里兰方程给出。
扩散系数是物质的特性常数之一，同一物质的扩散系数随介质的种类、温度、压强及浓度的不同而变化。
二、气体在液体中的扩散第二节气体吸收一、吸收机理气体吸收是溶质从气相传递到液相的相际间传质过程，对于吸收机理以双膜理论模型的应用较广。
把吸收过程简化为通过气液两层层流膜的分子扩散，通过此两层膜的分子扩散阻力就是吸收过程的总阻力。
吸收质在单位时间内通过单位面积界面而被吸收剂吸收的量称之为吸收速率。
根据双膜理论，在稳态吸收操作中，从气相主体传递到界面吸收质的通量等于从界面传递到液相主体吸收质的通量，在界面上无吸收质积累和亏损。
吸收传质速率方程的一般表达式为：吸收速率＝吸收推动力×吸收系数，或吸收速率＝吸收推动力/吸收阻力。
吸收系数和吸收阻力互为倒数。
吸收速率方程表达式有多种，有气相分传质速率方程，液相分传质速率方程及总传质速率方程。
二、气液平衡1.气液相平衡关系式（1）气体在液体中的溶解度（2）亨利定律（3）亨利定律式参数的换算2.吸收系数3.界面浓度（1）作图法（2）解析式三、物理吸收1.吸收操作线方程在吸收操作中，一般采用逆流连续操作，通过对逆流操作吸收塔进行物料衡算，可得出吸收操作线。
2.吸收剂用量与液气比设计吸收塔时，所处理的气体流量、进出塔气体溶质浓度均由设计任务而定，吸收剂的种类和入塔浓度由设计者选定，而吸收剂用量和出塔溶液中吸收质浓度需通过计算确定。
第七章-气态污染物控制技术基础
气体的质量传递过程是借助于气体扩散过程来实现 的。 扩散过程包括分子扩散和湍流扩散两种形式。 分子扩散：物质在静止或垂直于浓度梯度作层流流 动中的流体中传递，是由分子运动引起的，称为 分子扩散。 湍流扩散：物质在湍流流体中的传递，除了由于分 子运动外，更主要的是由于流体中的质点的运动 引起的。 扩散的结果：会使气体从浓度较高的区域转移到浓 度较低的区域。
二、常用的工业吸附剂
常用的工业吸附剂: 活性炭、活性氧化铝、硅胶和沸石分子筛 工业吸附剂必须具备的条件: 具有巨大的内表面； 对不同气体具有选择性的吸附作用； 吸附容量大； 具有足够的机械强度、热稳定性和化学稳定性； 来源广泛，价格低廉。
各种硅胶
B
细
型
孔
硅
硅
胶
胶
蓝色硅胶
粗孔微球硅胶 粗孔硅胶
对难溶气体，H很小，即总阻力近似等于 液膜阻力，这种情况称为液膜控制。 对于中等溶解度的气体，气膜阻力和液膜 阻力处于同等数量级，二者皆不能忽略。
1 1 KL kL
二、化学吸收与物理吸收
物理吸收是气体组份在吸收剂中的单纯物理溶解过程。 吸收速率决定于吸收质在气膜和液膜中的扩散
速度。 化学吸收是气体组份在液相中与反应组分发生化学
3、催化剂的性能 活性、选择性和稳定性。
3.1活性 表示方法：工业上常用单位体积（或质量）催化剂在一 定反应条件下，单位时间内所得
到的产品数量来表示。效能大小。
A W t WR
A : 催化剂活性，kg /(h.g) W : 产品质量，kg t：反应时间，h WR：催化剂的质量，g
3.2 催化剂的选择性 一种催化剂往往只对一种化学反应起作用，当化学反应 在动力学上有几个反应方向时，一种催化剂在一定条件 下只对其中的一个方向起加速作用，这种特性称为催化 剂的选择性。 选择性的大小用B表示 B=反应所得的目的产物摩尔数/反应了的反应物的摩尔数 选择性与活性是有关联而又相互独立的。分别度量催化 剂加速化学反应速度的两种不同结果，活性表示催化剂 对提高产品产量的作用，选择性表示催化剂对提高原料 利用率的作用。
第七章气态污染物控制技术基础[李]
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第二节 气态污染物的吸收净化
（2）亨利定律 物理吸收时，当总压不高（不超过5×105Pa）时，在恒温下，
稀溶液上方溶质的平衡压力与它在溶液中的摩尔分率成正比， 此即亨利定律，表达式：
C=H•P* C——溶质的平衡浓度mol/m3（溶解度） H——亨利系数mol/(m3 • Pa) P*——平衡时气相中的组分分压Pa（平衡分压）
面两侧各有一个很薄的停滞膜，相界面两侧的传质阻力 全部集中于这两个停滞膜内，吸收质以分子扩散方式通 过此二膜层由气相主体进入液相主体； 2、在相界面处，气、液两项瞬间即可达到平衡，界面上没 有传质阻力，溶质在界面上两相的的组成存在平衡关系， 即所需的传质推动力为零或气、液两相达到平衡。 3、在两个停滞膜以外的气、液两相主体中，由于流体充分 流动，不存在浓度梯度，物质组成均匀。溶质在每一相 中的传质阻力都集中在虚拟的停滞膜内。
通过喷雾技术质的提高来获得高的脱硫效率。超 微液滴和大的覆盖面使吸附剂在整个治理管道中最大 限度地充满整个空间段，达到高效率除尘脱硫。
第二节 气态污染物的吸收净化
2.双碱法 用氢氧化钠、纯碱或亚硫酸钠水溶液吸收烟气中的
SO2。 脱硫塔内的吸收反应为：
用石灰料浆进行再生时，沉淀池内的再生反应为：
第二节 气态污染物的吸收净化 用石灰石粉末进行再生时：
第二节 气态污染物的吸收净化
吸收过程为溶质通过气膜和液膜的分子扩 散过程。所以，两项间传质的速率方程 分别为：
气膜： (NA)g=Kg(PA-PA,i) 液膜： (NA)l=Kl(CA,i-CA) 式中： (NA)g，(NA)l——溶质通过气膜和
【环境课件】第十八、十七讲 第七章 气态污染物控制
第7章 气态污染物控制（4学时）本章教学内容：气态污染物的种类与特点，气态污染物的吸收净化技术、吸附净化技术本章教学要求：(1) 了解气态污染物的特点，熟悉气态污染物的种类；(2) 掌握净化吸收法的原理与设备，了解其设计过程；掌握吸附净化法的原理与装置，了解其设计过程。
本章教学重点：气态污染物的吸收净化法和吸附净化法的净化原理与装置 本章习题: P 456 1, 3,4气态污染物的净化，就是利用化学、物理及生物等方法，将污染物从废气中分离或转化。
气态污染物的净化有多种方法，广泛采用的吸收法、吸附法、燃烧及催化转化法，其他的方法还有冷凝、生物净化、膜分离及电子辐射-化学净化等。
气态污染物的净化可采用一种净化方法，或多种方法联合使用。
下面介绍几种主要的净化方法。
第一节 气态污染物的吸收净化方法吸收是利用气态污染物对某种液体的可溶性，将气态污染物（溶质）溶入液相(吸收剂或溶剂)，又称湿式净化。
吸收分为物理吸收和化学吸收，前者是简单的物理溶解过程，后者在吸收过程中气体组分与吸收剂还发生化学反应。
由于工业废气往往是气量大、气态污染物含量低、净化要求高，物理吸收难于满足要求，化学吸收常常成为首选的方案。
（一）气体的溶解与平衡在一定的温度与压力下，混合气体与吸收剂接触时，混合气体中的A 组分向液相迁移而被吸收，同时，液相中的A 组分也会从液体逸出而被解吸，当气液之间的吸收与解吸速度相等时，达到动态平衡状态。
此时吸收剂所能溶解的气体量称为平衡溶解度，它是吸收过程的极限。
对于非理想溶液，吸收溶液中被吸收组分A 浓度较低的情况，平衡状态时气相A 组分的分压(平衡或饱和分压)与液相中A 组分的浓度(平衡或饱和浓度)之间的关系可用亨利定律来描述，即：*A A A p E x = (7－1)式中 *A p —组分A 在气相中的平衡分压，MPa ；EA —亨利系数，MPa ；xA —组分A 在液相中的摩尔分数。
难溶解气体的EA 值较大，而易溶解气体的EA 值较小。
气态污染物控制技术基础
第七章 气态污染物控制技术基础[教学目的] 通过本章的学习，使同学们了解气态污染物控制的原理及相关计算，掌握气体扩散、气体吸收、吸附和催化的基本原理、工艺及气态污染物控制中的一些问题。
[教学重点] 掌握气体扩散、气体吸收、吸附和催化的基本原理和过程了解常用吸收剂、吸附剂和催化剂的特性 初步学会设计吸收塔、吸附床和催化转化器 [教学难点] 双膜理论传质计算及气固相催化反应器的设计。
[教学方法及手段] 课堂讲授 [课外作业][学时分配] 6学时[教学内容] (1)吸收过程的气液平衡；(2)伴有化学反应的吸收动力学；(3)催化作用原理及气体催化净化；(4)吸收法净化其他气态污染物；(5)吸附理论；(6)吸附设备及其计算方法；(7)吸附法净化有机蒸气；(8)吸附法净化其他气态污染物 [自学内容] 亨利定律参数的换算第一节 气体扩散分子扩散：物质在静止的或者垂直于浓度梯度方向作层流流动的流体中传递，是由分子运动引起的。
湍流扩散：物质在湍流流体中的传递，除了由于分子运动外，更主要的是由于流体中质点的运动而引起的扩散的结果：气体从浓度较高的区域转移到浓度较低的区域一、气体在气相中的扩散1.Gilliland 方程气态污染物A 通过惰性气体组分B 的运动，可用A 在B 中的扩散系统D AB 给出。
D AB 与气体B 通过气体A 的扩散系数D AB 相等，可由修正的吉里兰Gilliland 方程给出：5.025.05.05.04]11[][108.1BA AAB AAB M M M V VT D ++⨯=---ρ T ——绝对温度，D AB ——扩散系数，cm 2/s ，M ——气体的摩尔质量，-V ——气体在沸点下呈液态时的摩尔体积，cm 3/mol ；A ρ——气体密度，g/cm 3.扩散系数是物质的特性常数之一。
同一物质的扩散系数随介质的种类、温度、压强及浓度的不同而变化。
2.Stephan 过程液体表面位于L 1时，污染物的浓度非常低。
气态污染物控制技术基础
四、化学吸收 为了增大对气态污染物的吸收率和吸收速
度，多采用化学吸收。 化学吸收是伴有显著化学反应的吸收过程，
被溶解的气体与吸收剂或原先溶于吸收剂中 的其他物质进行化学反应，也可以是两种同 时溶解进去的气体发生化学反应。
化学吸收机理远比物理吸收复杂，而且因 反应系统的情况不同而各有差异。
一、吸附剂 1、吸附剂的性质
硅胶和活性炭的内表面分别高达500和 1000m2/g
适合工业要求的吸附剂，必须具备以下条件：
（1）要具有巨大的内表面，
（2）对不同气体具有选择性的吸附作用。
一般地说，吸附剂对各种吸附组分的吸附能力，随吸附组 分沸点的升高而加大，在与吸附剂相接触的气体混合物中，首 先被吸附的是高沸点的组分。在多数情况下，被吸附组分的沸 点与不被吸附组分（即惰性组分）的沸点相差很大，因而惰性 组分的存在，基本上不影响吸附的进行。
U—喷淋密度，即单位时间内喷淋在单位 塔截面积上的液相体积。【重要概念】
3、界面浓度
气液界面上气相浓度和液相浓度难以用 取样分析法测定，常用作图法和解析法求算。
（1）作图法：稳定传质过程，气液界面两侧 气相传质速率和液相传质速率相等。（见 P19，图7-12）
（2）解析法：稀溶液服从亨利定律，可用解 析法求算。
气体吸收
吸收机理 气液平衡 物理吸收 化学吸收
第七章 气态污染物控制技术基础
第一节 吸收法净化气态污染物 第二节 吸附法净化气态污染物 第三节 催化法净化气态污染物
第一节 吸收法净化气态污染物
一、吸收机理
气体吸收是溶质从气相传 递到液相的相际间传质过程， 对于吸收机理以双膜理论模型 的应用最广。
第07章 气态污染物控制技术108.ppt
气态污染物
气
液
气相 界 液相
面
气体扩散
气体在气相中的扩散系数（Gilliland 方程）
DAB
1.8
104
[V
T 0.5
0.5
A V
0.5 B
]2
MA
A
[1 MA
1 ]0.5 MB
T－绝对温度，K DAB－扩散系数，cm2/s M－气体的摩尔质量 V －气体在沸点下呈液态时的摩尔体积,cm3/mol
相平衡方程
在工业计算中因气体和液体的量都随吸收过程 进行而不断变化，因此常用X液相中溶质与吸 收剂的摩尔分数和Y气相中溶质与惰性组分的 摩尔分数表示。
Y
1
mX
1 mX
Y y /(1 y) X x /(1 x）
相平衡方程式在吸收操作上的作用
确定了传质的方向： 如某混合气体中某组分的摩尔分率为y，而溶液中该 组分的摩尔分率为x1，当两者混合时，首先确定在该 温度下的m值，然后求出与x1相平衡的y1*＝mx1来， 如果y>y1*该组分将被溶液吸收，反之解吸。
时间内的吸收速率是变
化的
液体主相
吸收机理
3.表面更新模型
➢假定:
各表面微元具有不同的暴露时间,t=0～
各表面元的暴露时间(龄期)符合正态分布
4. 其它模型
➢表面更新模型的修正
气液界面 流体微元
➢基于流体力学的传质模型
➢界面效应模型
液体主相
双膜理论
双膜模型
➢ 气相分传质速率
NA k y ( y A yAi )
x1 1 x1
)
500 ( 0.005
0.1 0 ) /(
0.0027
第07章 气态污染物控制技术-催化
2、表面反应的动力学方程
(1)动力学方程的形式
从研究反应速度和反应物浓度的关系来考虑
n1 A n2 B
—— n3 E n4 D
n n VA kCA1 CB2
假设反应不可逆 对于基元反应 反应级数为
m m2
n1 n2
对于非基元反应
VA KC A 1 CB
通过中间反应，间接生成，其中 m1、m2 由实验测定 对于可逆反应
总速度=外扩散速度
气相
传质距离 边 界 中 心
b.内扩散控制
总阻力=内扩散阻力
PAG ≈ PAS PAC ≈ P * A
PAG
PA* 传质L
主体
边 界
中 心
C．表面反应控制，(化学动力学控制)
总阻力=表面反应阻力
PAG PAS PAC P
总速度=表面反应速度
* A
PAG
PA* 主体 传质距离
边 界
中 心
二、表面反应速度和化学动力学方程： 1、表面化学反应速度
(1)表面化学反应速度 ①静止体系：单位空间中反物A随着时间的浓度化率 d n A / V
VA d
mol/ m3 h
VA nA
—反应速度 —反应时间
—反应物 A 的摩尔数 mol
h
V
—反应空间体积
m3
②恒温过程(体积不发生变化)
第七章 气态污染物控制技术基础(3)
气体催化净化
催化作用和催化剂
气固催化反应动力学
气－固相催化反应器的设计
第四节
概述：
气体催化净化
1、催化转化法：依靠催化剂的催化用作，使气态污染
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水
含有约为初
始浓度进0气.3%S的O2
尾气
水
预除尘 和水分
段间冷却 的四层催
化床
填充 床吸 收塔
第二级 催化床
填充 床吸 收塔
单级吸收工艺 二级吸收工艺
SO2 1/ 2O2 VanadiumSO3 SO3 H2O H2SO4
SO2单级和二级净化工艺的流程图 催化反应：420～550℃
催化净化工艺
(1),(7)：外扩散；(2),(6)内扩散 (3),(4),(5)：动力学过程
主 气 流
微孔 固相
催化剂粒子示意图
第二节 二氧化硫污染控制技术
燃烧前燃料脱硫 燃烧过程脱硫 高浓度二氧化硫尾气的回收与净化 低浓度二氧化硫烟气脱硫
湿 法：进入湿吸收剂；排出湿物质
湿法是利用碱性溶液为脱硫剂，应用吸收原理在气、液、 固三相中进行脱硫的方法，脱硫产物和残液混合在一起，为 稀糊状的流体。湿法脱硫的操作温度在44－55ºC。
ɑ：常数，随温度不同而不同。
吸收设备
吸收设备
喷淋塔
污染气体 入口
搅拌器
清洁气体 出口
水洗喷管
去湿器 浆液喷嘴
循环泵
氧化空气 入口
多孔板
吸收设备
填料塔
第二节 吸附净化
吸附 用多孔固体吸附剂将气体（或液体）混合物中的组分 浓集于固体表面 吸附质－被吸附物质 吸附剂－附着吸附质的物质
（4）在界面上气液两相呈平衡态， 即在相界面上无扩散阻力；
由此可见：吸收过程简化为通过气液 两层层流膜的分子扩散，通过此两层 膜的分子扩散阻力就是吸收过程的总 阻力。
传质过程
吸收系数的影响因素
吸收质与吸收剂 设备、填料类型 流动状况、操作条件
吸收系数的获取
实验测定；经验公式计算；准数关联计算
半干法：进入湿吸收剂；排出干物质
半方法是指在有液相和气相介入脱硫方法，脱硫产物为干粉 状。半方法的操作温度控制在60－80ºC。
干 法：进入干吸收剂；排出干物质。
干法是指无液相介入完全在干燥状态下进行脱硫的方法。 如向炉内喷干燥的生石灰或石灰石粉末，即脱硫产物为粉状。 干法的操作温度在800－1300ºC。
气体的溶解度与温度有关，多数气 体的溶解度随温度的升高而降低；
温度一定时，P总增大，溶解度增大
（H,E,m为亨利系数）
吸收系数
➢ 吸收系数的不同形式（由于吸收推动力表示方法不同， 吸收速率方程式呈现了多种不同的形式，对应地出现 了多种形式的吸收系数。）
吸收机理模型
双膜理论
关于气液两相的物质传递理论，有 “双膜理论” （又称“滞留膜理论”）、“溶质渗透理论”、“表 面更新理论”等，但以双膜理论的应用最广泛。它不 仅适用于分析物理吸收过程,也可用来分析伴有化学 反应的化学吸收过程。
基本论点：
（1）在气液两相接触时存在一个相界面。相界面两 侧分别存在一层稳定的滞留膜层——气膜和液膜。
（2）气液主体流速愈大，膜厚度愈薄。质量传递过 程为：
吸收质从气相主体湍流扩散 气膜表面分子通过气膜扩散 相界面 分子通过液膜扩散 液膜表面湍流扩散 液相主体
（3）两相主体中不存在传质阻力， 仅在薄膜中发生浓度变化；存在分子 扩散阻力。
一般来说，化学反应的存在能提高反应速度，并使吸 收的程度更趋于完全。结合大气污染治理工程中所需 净化治理的废气，具有气量大，污染物浓度低等特点， 实际中多采用化学吸收法。
吸收机理
1. 气液相平衡
气液平衡－吸收过程的传质速率等 于解吸过程的传质速率
平衡分压-平衡时气相中的组分分压。 平衡溶解度-平衡时液相吸收剂所溶解
常用吸收系数经验式
水吸收氨（易溶气体吸收）
kga 6.07 104 G0.9L0.39 G、L－气、液相空塔流量
水吸收CO2（难溶气体吸收） kla 2.57 U 0.96 U－喷淋密度，m3/(m2·h)
水吸收SO2（中等溶解气体吸收）
kga 9.81 104 G0.7L0.25; kla a L0.82
34
第三节 催化转化
气体通过催化床层发生催化反应，使污染物 转化为无害或易于处理的物质
应用
工业尾气和烟气去除SO2和NOx 有机挥发性气体VOCs和臭气的催化燃烧净化 汽车尾气的催化净化
催化净化工艺
来自冶炼厂或硫 含 有 约 为 初
磺燃烧的富含 SO2的尾气
始 度3进%的气尾SO气2 浓
VOCs的催化氧化
催化剂：Pt (Pd,过渡金属，稀土)/Al2O3 等
催化净化工艺
NOx Combustor
NH3 filter
Mixer
Reactor
NOx的选择性催化还原（SCR）
8NH3 6NO2 7N2 12H2O
4NH3 6NO 5N2 6H2O
催化剂200～300℃：Pt (Pd,Fe,Cu,Mn)/Al2O3 (TiO2,V2O5)
气态污染物控制技术基础
吸收净化 吸附净化 催化转化
第一节 吸收净化
利用吸收剂将混合气体中的一种或多种组分有选择地 吸收分离的过程——吸收。 具有吸收作用的物质——吸收剂或者溶剂； 被吸收的组分——吸收质或者溶质。
根据吸收过程中发生化学反应与否，将吸收分为①物 理吸收： ②化学吸收。
吸收净化法：是利用混合气体各组分在吸收剂中溶解 度不同，或与吸收剂中的活性组分发生化学反应，从 而将有害物从废气中分离出来。
优点：效率高、可回收、设备简单，易实现自动化控制 缺点：吸附容量小、设备体积大
吸附机理
扩散至吸附剂表面
迁移进入吸附剂微孔 吸附剂单层累积
物理吸附和化学吸附
物理吸附
化学吸附
1.吸附力－范德华力；
1.吸附力－化学键力；
2.不发生化学反应；
2.发生化学反应；
3.过程快，瞬间达到平衡； 3.过程慢；
• 脱硫产物处理方式
–再生法
–脱硫剂的再生使用。 –流程较复杂，运行难度较大，投资和运行费用均较高。
–抛弃法
–设备简单，操作容易，投资及运行费用较低。 –废渣需要占用场地堆放，容易造成二次污染。 –当烟气中SO2浓度较低、脱硫产物无回收价值或投资有限，
且大气污染物排放控制严格时，多采用抛弃法。
• 脱硫剂：钙法（石灰石/石灰法）、氨法、镁
气固催化反应动力学
反应过程
➢ (1)反应物从气流主体-催化剂外表面 ➢ (2) 进一步向催化剂的微孔内扩散 ➢ (3)反应物在催化剂的表面上被吸附 ➢ (4)吸附的反应物转为为生成物 ➢ (5)生成物从催化剂表面脱附下来 ➢ (6)脱附生成物从微孔向外表面扩散 ➢ (7)生成物从外表面扩散到气流主体
4.放热反应；
4.升高温度有助于提高速率；
5.吸附可逆；
5.吸附不可逆；
物理吸附和化学吸附
• 同一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
吸附剂
吸附剂需具备的特性
内表面积大 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
石灰石在水中离解后，由于H＋被OH－中和生成H2O,使得 反应平衡向右进行。OH－离子是由水中溶解的石灰石产生 的，鼓入的空气将生成的CO2带走：
废气处理设施运行与管理 培训
一、石灰石（石灰）一石膏法工艺
同时鼓入的空气氧化HSO3－和SO32一 离子，最后生成 石膏沉淀物：
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二、气体吸附
3、吸附速率
➢ 化学吸附速率方程
动力学过程控制：
dM A dt
ห้องสมุดไป่ตู้
K
YA (M
MA)
MA m
式中： K——化学平衡常数 M∞——系统平衡时的吸附量，kg/m3
活性炭吸附二氧化硫、二硫化碳、甲苯及氨的吸附速率:
dM A dt
=
k
(M¥ - MA) tn
对上式积分，可得
k, n—常数
ln M¥ = ktn M¥ - MA
法、钠法、碱铝法、氧化铜/锌法、活性炭法、磷 铵法
• 净化原理：吸收法、吸附法、催化氧化法、
催化还原法
3）目前主要的脱硫工艺
• 石灰石／石膏湿法，80%以上 • 喷雾干燥法 • 炉内喷钙加尾部增湿活化(LIFAC) • 烟气循环流化床法(CFDB) • 电子束辐照烟气脱硫脱氮净化工艺 • 海水洗涤脱硫 • 氨洗涤
催化剂的性能
活性
A W tWR
选择性
W－产品质量 WR－催化剂质量 t－反应时间
B
反应所得目的产物摩尔数 通过催化剂床层后反应了的反应物摩尔数
100％
催化剂的性能
稳定性
➢ 热稳定性、机械稳定性和化学稳定性 ➢ 表示方法：寿命 ➢ 老化
活性组分的流失、烧结、积炭结焦、机械粉碎等 ➢ 中毒
对大多数催化剂，毒物：HCN、CO、H2S、S、 As、Pb
主要烟气脱硫工艺
❖ 1.石灰石/石灰法
➢ 目前应用最广泛的脱硫技术
主要烟气脱硫工艺
❖ 1. 石灰石/石灰法
➢ 影响因素：pH、液气比、钙硫比、气流速度、浆液的固体含量、 SO2浓度、吸收塔结构
废气处理设施运行与管理 培训
一、石灰石（石灰）一石膏法工艺 1.化学原理
传统石灰石（石灰）一石膏法是以石灰石或石灰浆液与烟 气中SO2反应，脱硫产物为石膏，脱硫石膏可以综合利用。 石灰石（石灰）一石膏法脱硫的基本化学原理是：
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二、气体吸附
4、吸附工艺与设备计算
➢ 吸附设备与工艺 依据：穿床速度—气体通过吸附器的速度
固定床 流化床 移动床
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二、气体吸附
(1)固定床吸附器 立式
环式
卧式