气态污染物控制[1]

燃烧法
利用氧化燃烧或高温分解的原理把有害气体转化为无害物质的方法。 该方法可回收燃烧后产物或燃烧过程中的热量。
直接燃烧
热力燃烧
催化燃烧
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生物处理法
利用微生物以废气中有机组分作为其生命活动的能源或养分的特性， 经代谢降解，转化为简单的无机物（HO2和CO2）或细胞组成物质。
a、吸收液的选择应从下类因素考虑： ①增大对有害组分的吸收，减少吸收液的用量； ②减少吸收液的损失，使其蒸汽压尽量降低； ③粘度小，比热不大，不起泡； ④尽可能无毒、难燃、化学稳定性好； ⑤来源充足，价格低廉，易再生可重复使用； ⑥有利于有害组分的回收利用； ⑦尽可能不采用腐蚀性介质，以延长设备寿命。
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催化转化
使气态污染物通过催化剂床层，经历催化反应，转化为无害物质或 易于处理和回收利用的物质。
如：可以用催化氧化法将SO2转化为SO3以回收硫酸； SO2和NOx 均可以用催化还原法净化。
净化效率较高，在净化过程中可直接将主气流中的有害物转化为无 害物，避免了二次污染；但催化剂价格高，操作要求高，难以回收有 用物质。
面气膜达到吸附剂表面。 Ⅱ微孔扩散（内扩散）--吸附物在吸附
剂微孔中扩散，直到扩散到孔深处的吸附剂 表面。
Ⅲ吸附—在吸附剂表面吸附。
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源自文库
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四、气—固催化反应 1、催化作用 在化学反应体系中，加入少量某些物质， 可以极大的提高反应速度。在大气污染控 制中，反应物均为气体，所得产品也是气 体，而所作用的催化剂多为固体，反应属 于气—固多相催化反应。
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b、弗兰德利希 指数函数型经验公式 q=k·Ce1/n 或 XT=k·p1/n k—弗兰德利希常数 n>1的常数 将上式两边取对数 lgq=lgk+(1/n)lgCe 或 lgXT=lgk+(1/n)lgp
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则由实验数据可得：lgk与lgCe呈线性关 系，斜率为1/n，截距为lgk。
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对于易溶气体 总阻力=气膜阻力-------气膜控制
对于难溶气体 总阻力=液膜阻力-------液膜控制
对于中性气体 总阻力要考虑气膜阻力和液膜阻力
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4、吸收液 在吸收操作中，选择合适的吸收液非常重要。
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吸附—催化步骤： ①气相中反应物先扩散到催化剂表面上， ②催化剂吸附一种或几种反应物， ③吸附的反应物之间进行化学反应， ④生成物从催化剂表面解吸， ⑤生成物离开催化剂扩散到气相中。
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催化净化工艺
来自冶炼厂或硫 含 有 约 为 初
接触冷凝
表面冷凝
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膜分离法
使气体混合物在压力梯度作用下，透过特定薄膜，因不同气体具有 不同的透过速度，从而使气体混合物中不同组分达到分离的效果。
过程简单，控制方便，操作弹性大，能在常温下工作。 目前已用于石油化工、合成氨气中回收氢、天然气体净化、空气中 氧的富集、以及CO2的去除与回收等。
物理吸附—易再生。因为可逆，高温既 可脱出吸附质；
化学吸附—难再生。即提供吸附能，又 提供反应热。
③吸附装置及流程
吸附和再生进行的场所，主要有：固定 床、流动床、沸腾床。
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3、吸附剂： 广而言之，所有固体表面都具有吸附作用，但实际上合乎工业要
求的吸附剂必须具有： ①巨大的内表面积，多孔性物质，其外表面只占总表面积的极小
稀释法控制包括大气扩散和烟囱设计两方面的内容。
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二、气体吸收法
1、定义：利用气体混合物中不同组分在吸收剂 中的溶解度不同，或吸收剂发生选择性化学反应不同 而将气体混合物分离的单元操作。
这种方法用于治理气态污染物，技术比较成熟， 操作经验丰富，适用性比较强。
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催化净化工艺
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VOCs的催化氧化
催化剂：Pt (Pd,过渡金属，稀土)/Al2O3 等
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催化净化工艺
NOx Combustor
NH3 filter
Mixer
Reactor
NOx的选择性催化还原（SCR）
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催化净化工艺
• 车用催化转化器
一部分； ②强选择性； ③高沸点的组分易被吸附； ④便于再生； ⑤价格低廉，易得； ⑥化学稳定性好。
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4、吸附法净化气态污染物的适用范围 ①对于低浓度气体，净化效率比吸收法
高，处理量不宜过大； ②净化有机溶剂蒸汽，效率较高； ③当处理量小时，吸附法较灵活方便。
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2、吸附过程 ①分类 物理吸附：主要依靠分子间的范德华引
力产生，可以单层吸附，也可以多层吸附， 在较低温度下发生。
化学吸附：靠吸附剂与吸附质之间的化 学键力产生，只是单层吸附。
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②吸附剂的再生：当吸附剂达到饱和吸附后， 为了重复使用吸附剂或回收有效成分，需要 再生。
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③吸附速率 a、定义：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物质量。
吸附速率决定了需要净化的混合气体和 吸附剂的接触时间；吸附速率取决于吸附剂 对吸附质的吸附过程。
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b、吸附过程： Ⅰ气膜扩散（外扩散）--吸附物通过表
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2、分类：气体吸收可分为物理吸收和化学 吸收。
①物理吸收：溶解的气体不与溶剂中的 某成分发生化学反应。
②化学吸收：溶解的气体与溶剂中的某 种成分发生化学反应，导致气体平衡压降低。
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3、吸收过程的相平衡 （1）气液相平衡
a.气体在液体中的溶解度
b.亨利定律：
物理吸收时，常用亨利定律来描述气液 相间的相平衡关系。
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b.亨利定律： 物理吸收时，常用亨利定律来描述气液 相间的相平衡关系。 Pi*=Ei·xi 或 Pi*=Hi-1·Ci 或Ci=HiPi*
Pi ----组分分压 Pa Ei ----组分的亨利系数，Pa
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五 、可燃气体组分的燃烧 1、混合气体的燃烧条件 ①混合气体的燃烧 燃烧的条件：⑴含有O2和可燃组分，且在一定的浓度 范围内；⑵具有明火，达到某一点着火点后，产生的热量 可以继续引燃周围的混合气体。 ②爆炸极限范围 与混合气体的温度、压力、含尘量、流动情况等有关， 因此并非一个定值，是一个范围。
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5、吸附理论 ①吸附平衡：是两相平衡。 a、平衡：吸附和解吸这一可逆的平衡过程，当二者速度相等时，就达 到了吸附平衡。
吸附量q—吸附平衡时，单位重量吸附剂上，吸附的吸附质重量。
V—溶液或气体的体积 L Co ,Ce—吸附质初始浓度和最终浓度 W—吸附剂的投加量 g
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2020/11/22
气态污染物控制[1]
一、气态污染物 有害的气体污染物进入大气后，使大气
在成分、气味、颜色和性质等方面发生变 化，危害到生物的健康和动植物的生存。
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▪ 气态污染物控制
气态污染物控制的方法和设备主要有两大类:
➢ 分离法：是利用污染物与废气中其它组分的物理性质的差异使 污染物从废气中分离出来，如：
捕集效率高、设备简单、一次性投资低。 广泛地用于气态污染物的处理，例如：SO2、H2S、HF、NOx等。 物理吸收；化学吸收。
吸附净化
使气体混合物与适当的多孔性固体接触，利用固体表面存在的未平 衡的分子引力或化学键力，把混合物中某一组分或某些组分吸留在固 体表面上，达到气体混合物分离的目的。
效率高，能回收有用组分，设备简单，操作方便，易于实现自动控 制。
xi----摩尔分数
Ci---平衡浓度
Hi……i气体在溶液中的溶解度系数，mol/(m3·Pa)
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c、传质吸收过程的判断
相平衡过程是质量传递的动态平衡过程。 若气相中溶质组分浓度y高于气相平衡时的 气相组分平衡浓度，即y>yi*则传质过程为吸 收过程；反之，y<yi*则传质过程为解吸过程。
主要的处理方法：吸收法；过滤法。
电子束照射法
可用于脱除硫氧化物、氮氧化物。
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▪污染物的稀释法控制
稀释法就是采用烟囱排放污染物，通过大气的输送和扩散作用降 低其“着地浓度”，使污染物的地面浓度达到规定的环境质量标准。
烟囱排放本身并不减少排入大气污染物的量，但它能使污染物从局 部地区转移到大得多的范围内扩散，利用大气的自净能力使地面污染 物浓度控制在人们可以接受的范围内。
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b、常用的吸收剂： ①水 优点：价廉易得；缺点：溶解度随温
度变化； ②碱性吸收液 用于与碱起反应的有害气体； ③酸性吸收液 ④有机吸收液 洗油吸收苯和沥青烟等。
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5、吸收设备： 作用： ①使气液两相充分接触，以便很好的传
递； ②提供大的接触面； ③最大限度的减少阻力和增大推动力。
结构与湿式除尘器基本相似。
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三、吸附法 1、定义： 把气体混合物中的有害组分吸留在固体 表面，而达到净化作用，这样分离气体混合 物过程叫做“气体吸附”。 吸附剂：具有吸附作用的固体； 吸附质：被吸附的物质。
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a、“双膜理论” 气液两相间物质传递过程的理论， 适用于物理吸收和气液相反应。 气液两相接触时，存在一个相界面，在界面两侧分别 存在着层流流动的稳定膜层，溶质必须以分子扩散的 方式连续通过这两个膜层，在相界面上，气液两相互 成平衡，主体中无浓度梯度存在，浓度梯度全部集中 在两个膜层内，这样，整个吸收过程的传质就简化为 两个膜层的扩散。
已广泛地应用于化工、冶金、石油、食品、轻工及高纯气体的制备 等部门。
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冷凝净化
冷凝法是利用气态污染物在不同温度及压力下具有不同的饱和蒸汽 压，在降低温度和加大压力下，某些污染物凝结出来，以达到净化或 回收的目的。
特别适用于处理废气度在10000ppm以上的有机溶剂蒸汽，常作 为吸附、燃烧等净化高浓度废气的前处理 。
吸收
吸附
冷凝
膜分离
➢ 转化法：是使废气中污染物发生某些化学反应，把污染物转化 成无害物质或易于分离的物质，如：
催化转化
燃烧法
生物处理法 电子束法
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吸收净化
吸收是利用气体混合物中不同组分在吸收剂中的溶解度不同，或者 与吸收剂发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来的 过程。
磺燃烧的富含 SO2的尾气
始 度3进%的气尾SO气2 浓
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
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单级吸收工艺 二级吸收工艺
SO2单级和二级净化工艺的流程图 催化反应：420～550℃
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②吸附等温式 常用的有： a、朗格缪尔吸附等温式（Longmuir） 用于恒温下，均一表面上的单层可逆吸
附。
q0—吸附剂表面吸满单层时的吸附量g /g a—常数
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为了计算方便，常改写倒数关系：
说明1/q与1/Ce呈直线关系，即可求出q0、a
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（2）化学吸收的气液相平衡 如果气体在吸收过程发生了化学反应，
那吸收组分的气液相平衡就服从相平衡和化 学平衡，亨利定律不再适用。
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应用实例
• 硫氧化合物的污染控制工程 • 室内气态污染物控制