气态污染物控制原理—2010年7月

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吸收限度取决于气体在液体中的平衡浓度; 吸收速率主要取决于污染物从气相转入液相的扩散速度。 吸收速率主要取决于污染物从气相转入液相的扩散速度
化学吸收: ② 化学吸收:吸收过程中组分与吸收剂发生化学反应。
吸收限度同时取决于气液平衡和液相反应的平衡条件; 吸收速率同时取决于扩散速度和反应速度。 吸收速率同时取决于扩散速度和反应速度。
(4)碳氧化物的形成机理 )
碳氧化物主要是指CO和 碳氧化物主要是指 和CO2。CO和CO2是各种大气污 和 染物中发生量最大的一类污染物,主要来自燃料燃烧和 染物中发生量最大的一类污染物, 机动车排气。 机动车排气。
(5)硫酸酸雾和硫酸盐气溶胶 )
大气中的SO 等硫的化合物, 大气中的 2等硫的化合物,在一定条件下会生成 SO3, 当有水存在时便生成了硫酸酸雾。 当有水存在时便生成了硫酸酸雾。如果大气中存在成盐 离子( ),便生成了硫酸盐气 溶胶。 离子(如NH4+等),便生成了硫酸盐气 溶胶。 硫酸酸雾和硫酸盐气溶胶的危害要比SO 倍以上。 硫酸酸雾和硫酸盐气溶胶的危害要比 2大10倍以上。 倍以上
气体溶于液体中,若发生化学反应,则被吸收组分的 气液平衡关系应既服从相平衡关系,又应服从化学平衡关 系。即有: c A = [A]物理平衡 + [A]化学平衡 --------------- 1 设设备吸收组分A与溶液中所含的组分B发生相互反应:
化学吸收的气液平衡
aA ↑↓ aA
g
l
+ bB

cC
气态污染物的净化方法
分离
吸收法 吸附法 冷凝法 膜分离法 催化净化法 燃烧转化法 生物法 电子束法
1、熟悉吸收、吸附、催化净 熟悉吸收、吸附、 燃烧转化、冷凝、 化、燃烧转化、冷凝、生物 净化等气态污染物控制技术 的基本原理及其适用场合 2、了解相关的设备类型和结 构
转化
1.4.2 气体吸收净化
相同点: 相同点:依据的基本原理以及所采用的吸收设备大致相同。 不同点: 提高反应速度,使吸收的程度更趋 不同点:化学反应的存在能提高反应速度 提高反应速度
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。
2008年考题 年考题
答案:( ) 答案:(D) :(
注册环保工程师专业考试培训
大气污染控制工程
刘建伟
2010年 2010年7月
1.4 气态污染物控制原理
1.4.1 气态污染物成因与控制 1.4.2 气体吸收净化 1.4.3 气体吸附净化 1.4.4 气态燃烧净化 1.4.5 气体催化净化
1.4.1气态污染物成因与控制 气态污染物成因与控制
1 气态污染物形成机理
p = ExA(8.2.1) xA —— 溶质在液相中的摩尔分数
* A
物理吸收
典型气体在水中的亨利系数 25度时 E (kPa) 度时 CO CO2 H2S SO2 5.88 ×106 1.66 ×105 0.552 ×105 0.413 ×104
上述气态物质被水溶解的难易程度? 上述气态物质被水溶解的难易程度?
2、燃烧过程中气态污染物的形成与控制 、 (1)燃烧过程 2的控制方法 )燃烧过程SO 控制燃烧过程中SO 排放量的主要方法是采用洁净煤技术。 控制燃烧过程中 2排放量的主要方法是采用洁净煤技术。 a.洗煤技术 洗煤技术 b.煤炭的转化 煤炭的转化 c.型煤固硫技术 型煤固硫技术 d.流化床燃烧脱硫技术 流化床燃烧脱硫技术 (2)燃烧过程中的 )燃烧过程中的NOx控制 控制 燃烧过程中的控制主要是采用低NOx生成燃烧技术。 生成燃烧技术。 燃烧过程中的控制主要是采用低 生成燃烧技术 a.烟气再循环燃烧法 烟气再循环燃烧法 b.二段燃烧法 二段燃烧法 c.低过量空气系数燃烧法 低过量空气系数燃烧法 机动车排放的NOx,一是改善燃料的燃烧状况,使之少排 机动车排放的 ,一是改善燃料的燃烧状况, 甚至不排放NOx ;二是安装尾气净化装置,如目前大力推广 二是安装尾气净化装置, 甚至不排放 并大量使用的三元汽车尾气催化净化器。 并大量使用的三元汽车尾气催化净化器。
(1)SO2的形成机理 ) SO2 中的硫处于中间价态 价 , 因此 , 它可以由低价态的 2- 、 中的硫处于中间价态+4价 因此, 它可以由低价态的S S0氧化生成,也可以由高价态的 6+还原生成。大量的 2都来 氧化生成,也可以由高价态的S 还原生成。大量的SO 自于单质硫或硫化物的氧化。如煤、 自于单质硫或硫化物的氧化。如煤、油或矿物中的硫在燃烧中 被氧化,硫磺制硫酸等工业过程中,都会产生SO 被氧化,硫磺制硫酸等工业过程中,都会产生 2: S + O2 = SO2 硫化氢的氧化、金属冶炼过程中都会产生 硫化氢的氧化、金属冶炼过程中都会产生SO2: 2H2S +3O2 =2 SO2+2H2O MS + O2 = SO2 + MO 化石燃料燃烧产生的SO 约占70% 每年向大气中排放的SO 每年向大气中排放的 2 中 , 化石燃料燃烧产生的 2约占 以上。 以上。
(2)NOx的形成机理 通常所说的NOx主要是指NO和NO2。主要是在化石燃料的 燃烧过程中生成的。其生成机理主要是指NO、NO2在燃烧过 程中生成的机理。在燃烧过程中,产生的NOx分为以下三类: ①热力型NOx:在高温燃烧时,空气中的N2和O2在燃烧中 形成的NOx: N2 + O2 = 2NO N2 + 2O2 = 2NO2 ②燃料型NOx:燃料中有机氮经过化学反应而生成的NOx 。 ③快速型NOx:是在火焰边缘形成的快速型NOx,由于生成 量很少,一般不考虑。
亨利定律
对于非理想溶液,当总压不高(一般不超过5×105Pa) 非理想溶液,当总压不高(一般不超过 × 非理想溶液 ) 温度一定,稀溶液中溶质的溶解度与气相中溶质的 时,温度一定 稀溶液中溶质的溶解度与气相中溶质的 平衡分压成正比
c = H ⋅ p* x = p* / E y* = m ⋅ x
式中:H、E、m均称为亨利系数,但其单位不同。 若c—mol/m3,p*—Pa,则H—mol/m3·Pa; x取摩尔分数,p*—Pa,则E—Pa; y*,x分别为溶质在气相、液相中的摩尔分数 m无量纲,又称相平衡常数。
该方法是利用气体混合物中不同组分在吸收 剂中溶解度的不同 溶解度的不同,或者与吸收剂发生选择性 溶解度的不同 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 化学反应 的技术。分物理吸收法和化学吸收法。 捕集效率高、设备简单、投资和运行成本低。
物理吸收: ① 物理吸收:较简单,可看成是单纯的物理溶解过程;
+ dD
------------------2 ------------------3
①亨利定律关系式: ②化学平衡关系式:
[A] = H A p *A
[C ]c [D ]d [A ]a [B ]b
k =
吸收设备的设计
(一)吸收设备的设计计算依据和步骤
1.设计计算依据: ①单位时间内所处理的气体流量; ②气体的组成成分; ③被吸收组分的吸收率或净化后气体的浓度; ④使用何种吸收液; ⑤吸收操作的工作条件,如工作压力、操作温度等。 其中③④⑤多数情况下是设计者选定的,但是确定时 要考虑到经济效益,取最佳条件。
p*A —— 溶质在气相中的平衡分压,Pa 溶质在气相中的平衡分压, E —— 亨利系数,Pa。 亨利系数, 。 • 亨利系数取决于物系的特性和体系的温度。 亨利系数取决于物系的特性和体系的温度。 • 亨利系数越大,说明气体越难以溶解于溶剂。 亨利系数越大,说明气体越难以溶解于溶剂。 • 气体在溶剂中的溶解度随着温度的升高是降低的,因此, 气体在溶剂中的溶解度随着温度的升高是降低的,因此, 亨利系数是增大的。 亨利系数是增大的。 • 气体在各种条件下的亨利系数通常可以在手册中查到。 气体在各种条件下的亨利系数通常可以在手册中查到。
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(一)气液平衡和亨利定律
1.气液平衡 气液平衡 溶质A溶 溶质 溶 解速度 气体
平衡分压, pA* 摩尔分数, yA 摩尔比,YA 相际动态平衡 …….
溶质挥 发速度
液体
如果温度和总压一定, 如果温度和总压一定,溶质在液体 中的溶解度只取决于溶质在气相的 组成。 组成。 气-液相平衡关系ห้องสมุดไป่ตู้称溶解度曲线 液相平衡关系又称溶解度曲线
(6)光化学烟雾的形成机理 )
光化学烟雾是在阳光照射下,大气中的 光化学烟雾是在阳光照射下,大气中的NOx、碳氢化 、 合物和氧化剂之间发生一系列的光化学反应而生成的蓝 色烟雾(有时带些紫色或黄褐色)。 )。它的生成机理很复 色烟雾(有时带些紫色或黄褐色)。它的生成机理很复 有以下主要反应过程: 杂,有以下主要反应过程: 污染空气中NO2的光解是光化学烟雾形成的起始反 ①污染空气中 应; 碳氢化合物被HO、O等自由基和 3氧化,导致醛、 等自由基和O ②碳氢化合物被 、 等自由基和 氧化,导致醛、 酸等产物以及重要的中间产物——RO2、HO2、 酮、醇、酸等产物以及重要的中间产物 RCO等自由基的生成; 等自由基的生成; 等自由基的生成 过氧自由基引起NO向 的转化,并导致O ③过氧自由基引起 向NO2的转化,并导致 3和PAN 过氧化乙酰硝酸酯)等的生成。 (过氧化乙酰硝酸酯)等的生成。
(3)碳氢化合物的形成机理
碳氢化合物种类很多, 碳氢化合物种类很多,从甲烷到长链聚合物的烃 大气中的挥发性有机物(VOCs),一般是C ),一般是 类。大气中的挥发性有机物(VOCs),一般是C1-C10化 合物及其衍生物, 合物及其衍生物,它不完全相同于严格意义上的碳氢 化合物,因为它除含有碳和氢原子外,还含有氧、 化合物,因为它除含有碳和氢原子外,还含有氧、氮、 硫和卤素原子。 硫和卤素原子。碳氢化合物主要来自燃料燃烧和汽车 排气,以及石油炼制和有机化工生产等。 排气,以及石油炼制和有机化工生产等。除一些简单 的未燃尽的挥发成分外,其余主要是多环芳烃,如蒽、 的未燃尽的挥发成分外,其余主要是多环芳烃,如蒽、 萤蒽、苯并、苯并蒽、晕蒽等,大多数具有致癌作用, 萤蒽、苯并、苯并蒽、晕蒽等,大多数具有致癌作用, 特别是苯并( 是一种很强的致癌物质。 特别是苯并(a)芘,是一种很强的致癌物质。
③ 燃烧过程中碳的氧化物的控制 控制固定污染源排放的CO的方法很简单 的方法很简单, 控制固定污染源排放的 的方法很简单,主要是保证 燃的充分燃烧。 燃的充分燃烧。 对于CO2的控制主要是减排。由于 2的排放因产生 的控制主要是减排。由于CO 对于 温室效应而备受各国重视, 温室效应而备受各国重视,联合国有关组织已制定了相应 的公约——《京都议定书》,该议定书已于 的公约 《京都议定书》 该议定书已于2005年2月16 年 月 日正式生效,其目标是在2008年至 年至2012年间,将发达国家 年间, 日正式生效,其目标是在 年至 年间 的二氧化碳等6种温室气体的排放总量在 种温室气体的排放总量在1990年的基础上 的二氧化碳等 种温室气体的排放总量在 年的基础上 平均减少5.2%,其中欧盟减少8%。 %,其中欧盟减少 平均减少 %,其中欧盟减少 %。
饱和浓度 质量浓度, 质量浓度,ρA 物质的量浓度, 物质的量浓度,cA 摩尔分数, 摩尔分数,xA 摩尔比, 摩尔比,XA
物理吸收
2.亨利(Henry)定律 亨利( 亨利 ) 在稀溶液条件下,温度一定,总压不大时, 在稀溶液条件下,温度一定,总压不大时, 气体溶质的平衡分压和溶解度成正比: 气体溶质的平衡分压和溶解度成正比:
2.设计步骤 .
(1)吸收剂的选择:吸收剂性能的优劣是决定吸收操作效果的关 )吸收剂的选择: 键之一。要求如下: ①对溶质的溶解度 溶解度大,以提高吸收速度并减少吸收剂的需用量; 溶解度 选择性好,对溶质组分以外的其它组分的溶 ②对溶质的选择性 选择性 解度要很低或基本不吸收; ③挥发性低,以减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发损失 挥发性低 较低的粘度,且不易产生泡沫以实现 ④操作温度下吸收剂应具有较低的粘度 较低的粘度 吸收塔内良好的气流接触状况; 腐蚀性小或无腐蚀性,尽可能无毒; ⑤对设备腐蚀性小或无腐蚀性 腐蚀性小或无腐蚀性 ⑥要考虑到价廉,易得,化学稳定性好,便于再生,不 价廉,易得,化学稳定性好,便于再生, 价廉 易燃烧等经济和安全因素。 易燃烧 大气污染治理工程中,常见气态污染物与适宜的吸收剂的组合 。
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