第二章-化工废气处理

化工环境保护技术—第二章化工废气处理技术第一节化工废气及其处理原则一、化工废气的分类第一类为含有无机污染物的化工废气，废气含有SO2、H2S、CO等无机物，主要来自氮肥、磷肥、无机酸、无机盐等制造业；第二类为有机废气，废气中含有苯系物、酚、醛、醇等，主要来自有机原料及合成材料、农药、染料、涂料等行业；第三类为既含无机物与含有有机物的废气，大部分石油炼制和石油化工排放的废气属于这一类。二、化工废气的特点易燃易爆气体较多含有毒或腐蚀性气体浮游颗粒种类多危害大目前对环境和人类产生危害的大气污染物约有100种左右，具有普遍性的污染物有颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物等。三、大气污染物的治理技术1、气溶胶态污染物，如粉尘、烟尘、雾滴等颗粒状污染物；可利用其质量较大的特点，通过外力的作用，将其分离出来，通常称为除尘2、气态污染物，如SO2、NOx、CO等分子态污染物。可利用其物理性质和化学性质，通过采用冷凝、吸收、吸附、燃烧、催化等方法进行处理。化工废气处理原则环境空气质量标准大气污染物综合排放标准第二节除尘技术一、粉尘的特性粉尘本身固有的各种物理、化学性质叫做粉尘特性。与防尘方法关系最密切的有颗粒尺寸和密度，此外还有比电阻率、粘附性、粒子形状、亲水性、腐蚀性、磨损性、爆炸性、毒性等等。1．粒子大小粉尘的颗粒大小不同，不但对人体和环境的危害不同，而且对粉尘的吸捕方法以及除尘器的除尘机理和性能都有很大影响，所以，粒径是粉尘的最基本特性之一2．尘粒的密度尘粒的密度对于重力除尘及离心除尘等装置的性能有很大影响。尘粒的密度有视密度和真密度之分。3．尘粒的电阻率粉尘的电阻率对电除尘器和过滤除尘装置的效率有很大的影响，当粉尘的比电阻不利于电除尘器捕尘时，需要采取措施来调节粉尘的比电阻，使其处于适合电捕集的范围。改变尘粒电阻率的常用方法有：①调节温度：一般温度越高则电阻越大；②加入水分：如采取喷雾增湿，加湿后尘粒导电率增加而电阻率降低；③添加化学药品：添加化学药品可调节尘粒电阻，如在烟气中加入导电添加剂三氧化硫，可降低粉尘的电阻。二除尘装置的技术性能指标粉尘的浓度处理量除尘装置的效率（总效率、分级效率）压力损失1．总除尘效率的计算（1）根据除尘器进口、出口管道内烟气的流量和烟尘浓度计算已知气体进除尘装置时的含尘流量为S1，气体含尘浓度为C1除尘装置出口的含尘流量为S2，气体含尘浓度为C2，则除尘器除尘总效率η为：%1001%10012121sssss如果除尘器进口处的气体流量为Q1（m3/s），出口处的气体流量为Q2（m3/s），则除尘器除尘总效率η也可表示为：%10011122QcQc若除尘器完全密闭，稳态等温操作，则进出除尘器的气体量不变，即Q1＝Q2时，则上式可变为：%100112cc（2）根据除尘器进口或出口管道内烟气流量、烟尘浓度和除尘器灰斗收集的尘量计算:式中：Mc——除尘器灰斗收集的尘量，kg/h。%1006.322QcMMcc（3）两级除尘时总效率的计算采用二级除尘时，其总效率可按下式计算：式中：η1、η2分别为第一级、第二级除尘器的除尘效率两个型号相同的除尘器串联运行时，由于它们处理粉尘的粒径不同，η1和η2是不相同的。21212．分级除尘效率的计算总除尘效率是除尘器在一定运行工况下对某种特性粉尘的总捕集效果。但是，对粒径分布不同的粉尘和同一特性粉尘中不同粒径的粒子，除尘器的具有不同的除尘效率。要正确评价除尘器的除尘效果，必须按粒径标定除尘器效率，这种效率称为分级效率，用ηi表示，i表示粒径的大小。一般粒径越大，则去除越容易，分级率越高；而粒径越小，捕集越困难，分级除尘效率也越低。根据除尘器的进口烟尘和除尘器收尘中某一粒级的频率密度来计算式中：△η——分级效率，%；fc，fi——除尘器灰斗收入尘和进口尘某一级的频率密度，%。iciff3．除尘效率与处理烟气量的关系每一种形式的除尘装置，都有一个标准的处理气体量QH各种形式的除尘器都具有各自的特点，为了发挥不同类型除尘器的优点，实际上常常采用组合的方式，将低效率的除尘装置放在前面高效率的除尘装置放在后面。4．压力损失除尘器压力损失是指除尘器气体进出口压强差，单位Pa，即指含尘气体通过除尘器的阻力，为除尘器的重要性能之一压力损失的来源有：气体的黏滞性、器壁的粗糙度、气体在除尘器内流动时产生的涡流等。W＝2.73×10-5Q△P式中：W——耗电量，kW·h；Q——气体流量，m3/h；△P——压力损失，Pa。三除尘装置的类型类别除尘设备型式除尘效率（%）设备费用运行费用机械式除尘器重力除尘器惯性除尘器离心除尘器多管旋风除尘器40~6050~7070~9280~95少少少中少少中中湿式（洗涤式）除尘器喷淋（雾）洗涤器文丘里洗涤器自激式洗涤器（旋风）水膜洗涤器75~9590~99.585~9985~99中少中中中高较高较高电除尘器干式静电除尘器湿式静电除尘器80~99.980~99.9高高少少过滤式除尘器颗粒层除尘器袋滤式除尘器85~9980~99.9较高较高较高较高1）机械式除尘器：它是在质量力(重力、惯性力、离心力)的作用下，使粉尘与气流分离沉降的装置，通常分为三类：重力除尘器（重力沉降室）、惯性力除尘器（惯性分离器）、离心力除尘器（旋风除尘器）。①重力沉降室重力沉降室是利用重力沉降作用使粉尘从气流中分离的装置。优点结构简单，投资少，使用方便，维护管理容易。适用于颗粒粗、净化密度大、磨损强的粉尘。一般作为多级净化系统的预处理。②惯性除尘器是利用惯性力作用使粉尘从气流中分离的装置，其工作原理是以惯性分离为主，同时还有重力和离心力的作用。惯性除尘器一般分为回转式和碰撞式两类，阻挡物用档板、槽形条等③旋风除尘器是利用旋转气流的离心力使粉尘从含尘气流中分离的装置。旋风除尘器设备简单、占地小、效率高、适合处理较高浓度烟气，但是压力损失大、不适于腐蚀性气体。（2）湿式（洗涤式）除尘器：在除尘设备内水通过喷嘴喷成雾状，当含尘烟气通过雾状空间时，因尘粒与液滴之间的碰撞、拦截和凝聚作用，尘粒随液滴降落下来。包括各种喷雾洗涤器、旋风水膜除尘器和文丘里洗涤器等。（3）电除尘器：静电分离是利用静电力，使粉尘从气体中分离而得到净化的方法，可用于分离0.1～1.0μm之间的低速粒子。通过三个阶段实现尘气分离：①粒子荷电②粒子沉降③粒子清除（4）过滤式除尘器：它是利用含尘气流体通过多孔滤料层或网眼物体进行分离的装置，包括颗粒层过滤器等、袋式过滤器。这种方法效率高，操作方便，适应于含尘浓度低的气体；其缺点是维修费高，不耐高温高湿气流。以上是按除尘器的主要除尘机理进行分类，但在实际的除尘器中，为了提高除尘效率，往往采用多种除尘机理。此外，还按除尘器是否用水而分为干式除尘器与湿式除尘器两类。此外，还有一类叫做声波除尘器，高频声压波会引起颗粒强烈振动、碰撞并结合在一起，波除尘器可用于沉降室或旋风分离器中以加速液体或固体颗粒的分离。四、除尘装置的选用作为除尘器的性能指标，通常有下列六项(1)含尘气体的处理量(2)除尘效率(3)压力损失(4)设备投资及运行费用(5)占地面积(6)设备可靠性和使用寿命等。根据含尘气体的特性，可以从以下几方面考虑除尘装置的选择和组合。(1)若尘粒粒径较小，几微米以下粒径占多数时，应选用湿式、过滤式或电除尘式等；若粒径较大时，以10μm以上粒径占多数时，可用机械除尘器。(2)若气体含尘浓度较高时，可用机械除尘；若含尘浓度低时，可采用文丘里洗涤器；若气体的进口含尘浓度较高，而又要求气体出口的含尘浓度低时，则可采用多级除尘器串联的组合方式除尘(3)对于黏附性强的尘粒，最好采用湿式除尘器(4)如采用电除尘器，尘粒的电阻率应在104～1011Ω·m范围内。另外，电除尘器只适用于500℃以下的情况。(5)气体的温度增高，黏性将增大，流动时的压力损害增加，除尘效率也会下降。但温度太低，低于露点温度时，易有水分凝出，使尘粒易黏附于滤布上造成堵塞。(6)气体的成分中如含有易燃易爆的气体时，应先将该气体去除后再除尘。第三节气态污染的一般处理技术化学工业所排放废气中的主要气态污染物有二氧化硫、氮氧化物，氟化物及各种有机气体等。目前处理气态污染物的主要方法有吸收、吸附、催化转化、冷凝和燃烧等。一、吸收法1．原理及分类吸收：是利用气体混合物中不同组分在吸收剂中的溶解度的不同，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。吸收法操作简单、技术成熟、适用性强。分类：气体吸收可分为物理吸收和化学吸收。（1）物理吸收：溶解的气体与溶剂或溶剂中的某种成分之间不产生明显的化学反应的吸收过程，仅仅是被吸收的气体组分溶解于液体的过程。例如用水吸收醇类和酮类物质。（2）化学吸收：溶解的气体与溶剂或与溶剂中的某种成分产生明显的化学反应的吸收过程。反应速度快，物质发生变化。从废气中去除气态污染物多用化学吸收法。例如用碱液吸收烟气中的SO2，用水吸收NOX等。2．吸收液在吸收法中，选择合适的吸收液至关重要，是处理效果好坏的关键。有化学反应的吸收和单纯的物理吸收相比，前者吸收速率较大。吸收液的选择应考虑以下因素：①对有害组分的溶解度尽量大，而对其余组分应尽量小；②其蒸气压应尽量低，减少其蒸发损失；③不采用腐蚀性介质；④黏度要低，比热容不大，不起泡；⑤尽可能无毒、难燃，化学稳定性好，冰点要低；⑥来源充足，价格低廉，易再生重复使用；⑦使用中有利于有害组分的回收利用。用于吸收气态污染物质的吸收液有下列几种：(a).水，用于吸收易溶的有害气体，当废气中有害物质含量很低时，水的吸收效率很低。(b).碱性吸收液，用于吸收那些能够和碱起化学反应的有害酸性气体，如SO2、NOX、H2S、等。常用的碱吸收液有：氢氧化钠、氢氧化钙、氨水等。(c).酸性吸收液，可以增加有害气体在稀酸中的溶解度或发生化学反应。如一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）气体能够在稀硝酸中溶解，而且其溶解度比在水中高得多。(d).有机吸收液，用于有机废气的吸收，如洗油、聚乙醇醚、冷甲醇、二乙醇胺都可作为吸收液，并能够去除一部分酸性气体，如H2S、CO2等。二、吸附法1．原理及分类吸附是一种固体表面现象。它是利用多孔性固体吸附剂处理气态污染物，使其中的一种或几种组分，在固体吸附剂表面，在分子引力或化学键力的作用下，被吸附在固体表面，从而达到分离的目的。吸附法具有分离效率高、能回收有效组分、设备简单，操作方便，易于实现自动控制等优点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。物理吸附是由固体吸附剂分子与气体分子间的静电力或范德华力引起的，两者之间不发生化学作用，是一种可逆过程。化学吸附是由于固体表面与被吸附分子间的化学键力所引起，两者之间结合牢固，不易脱附。该吸附需要一定的活化能，故又称活化吸附。吸附剂再生：当吸附速度和脱附速度相等时，就达到了吸附平衡。此时，被吸附物质的量不再增加，可以认为吸附剂失去了吸附能力。为使吸附剂恢复吸附能力，必须使吸附质从吸附剂上解脱下来，这种过程称为吸附剂的再生。再生的方法一般有：①加热解吸再生（变温吸附）。等压下，一般吸附容量随温度升高而减少，故可在低温下吸附，然后在高温加热下吹扫脱附；②降压或真空解吸（变压吸附）。恒温下，吸附容量随压力降低而减少，则可采用加压吸附，减压或真空下脱附；③溶剂置换再生（变浓度吸附）。对不饱和烯烃类等某些热敏性吸附质，可以采用亲合力较强的解吸溶剂进行置换，使吸附质脱附，然后加热，使吸附剂再生。2．吸附剂吸附剂的选择要求：工业吸附剂应具备的条件为：①具有巨大内表面积、较大的吸附容量的多孔性物质；②对不同的气体分子具有很强的吸附选择性；③吸附快且再生特性良好；④具有足够