第6章吸附法净化气态污染物

大气污染控制工程第六章吸附法净化气态污染物第六章吸附法净化气态污染物利用多孔性固体吸附剂处理气体混合物，使一种或数种气体组分吸附于固体表面上，达到气体分离目的。吸附质——被吸附物质吸附剂——附着吸附质的物质优点：选择性高、分离效果好、设备简单缺点：吸附容量小、吸附体积大第六章吸附法净化气态污染物本章学习内容：吸附及吸附剂吸附装置及工艺吸附净化法的应用物理吸附与化学吸附吸附剂的选择原则及工业吸附剂第一节吸附及吸附剂一、物理吸附与化学吸附物理吸附：作用力为分子间引力化学吸附：作用力为化学键力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，发生化学吸附项目物理吸附化学吸附吸附剂一切固体某些固体吸附物低于临界点的一切气体某些能与之起反应的气体温度范围低温通常是高温吸附热低，与凝结热数量级相同高，与反应热的数量级相当速率及活化能非常快，活化能低非活性吸附活化能低，活性吸附活化能高覆盖情况单层或多层吸附单分子层或单原子层可逆性可逆通常是不可逆某些应用用于测量固体表面积以及孔隙大小；分离或净化气体和液体用于测定表面浓度，吸附及解附速率；估计活性中心的面积；阐明表面反应动力学一、物理吸附与化学吸附吸附过程：外扩散（气体主体外表面）内扩散（外表面内表面）吸附脱附内扩散(内表面外表面)外扩散(外表面气体主体)控制步骤：扩散阻力吸附过程示意图一、物理吸附与化学吸附二、吸附平衡当吸附速率＝脱附速率时，吸附平衡，此时吸附量达到极限值平衡吸附量：在一定温度下，吸附剂上所吸附的吸附质与气相中吸附质的初始浓度成平衡的最大吸附量，一般用单位质量吸附剂在吸附平衡时所能吸附的吸附质量表示。平衡吸附量又称为静态吸附量或静活性，常用am表示。二、吸附平衡几种常见污染物在活性炭上的吸附等温线吸附平衡可用吸附等温线。常见的吸附等温式有：朗格谬尔(Langmuir)吸附等温式、弗伦得利希(Freundlich)吸附等温式、捷姆金(Temkin)吸附等温式、BET方程等。三、吸附剂的选择原则及工业吸附剂1.吸附剂的选择原则吸附容量大，吸附能力强巨大的比表面积和孔隙率良好的选择性良好的机械强度、化学稳定性和热稳定性颗粒均匀再生能力好来源广泛，成本低廉2.工业吸附剂活性氧化铝活性氧化铝是一种极性吸附剂，含氧化铝大于92%，也常用作催化剂的载体。含水氧化铝加热脱水而制成的多孔物质，有粒状、片状和粉状活性炭活性炭是许多具有较高吸附性能的碳基物质的总称。一般来说是指比表面积大于500m2/g、含碳大于95%的碳基物质。活性炭的结构特点是具有非极性的表面，为疏水性和亲有机物质的吸附剂。三、吸附剂的选择原则及工业吸附剂硅胶硅胶是一种坚硬无定形链状和网状结构的硅酸聚合物颗粒，其中含硅大于95%。硅胶对极性分子和不饱和烃基具有明显的选择性，并对芳香族的π键有很强的选择性，与活性炭相比较，孔径分布比较单一和窄小。三、吸附剂的选择原则及工业吸附剂分子筛分子筛是一种人工合成的泡沸石，孔径0.3～1nm，与天然泡沸石一样是水合铝硅酸盐的晶体。分子筛的结构是有许多孔径均匀的孔道和孔穴构成的，提供了很大的比表面积，且只允许直径比孔径小的分子进入，故称为分子筛。吸附选择性强，吸附能力强，较高温度下仍具有较强的吸附能力。三、吸附剂的选择原则及工业吸附剂常见吸附剂的主要特性吸附剂类别颗粒活性炭活性氧化铝硅胶沸石分子筛4A5AX堆积密度／（kg·m-3)350～600750～1000800800800800热容/(kJ·kg-1·K-1)0.836～1.2540.836～1.0450.920.7940.794－操作温度上限/K423773673873873873平均孔径/Å1.2～4.018～45224513再生温度/K373～413473～523393～423473～573473～573473～573比表面积/(m2·g-1)700～1500210～360600－－－三、吸附剂的选择原则及工业吸附剂2.工业吸附剂第二节吸附装置及工艺吸附装置吸附工艺吸附剂再生固定床吸附器结构简单、操作简便、操作弹性大、适用浓度范围广。对单台吸附器来说，吸附操作是间歇过程。一、吸附装置固定床吸附器（a)(b)立式吸附器（c)卧式吸附器二、吸附工艺1、2-净化气3-蒸汽4-固定床5-废气6-冷凝器7-分离器8-吸附质9-冷凝水有机气态污染物固定床吸附工艺流程两台固定床轮流进行吸附与再生操作，使气体的吸附操作得以连续进行三、吸附剂再生当吸附床层达到饱和时，就必须对吸附床进行再生，也称为吸附质的解吸。吸附剂再生过程是吸附过程的逆过程再生首先必须破坏吸附平衡，使吸附过程向着解吸的方向进行，然后将解吸出来的气体移走。三、吸附剂再生吸附剂再生方法特点热再生使热气流（蒸汽、热空气或惰性气体）与床层接触直接加热床层，吸附质可解吸释放，吸附剂恢复吸附性能。不同吸附剂允许加热的温度不同。降压再生再生时压力低于吸附操作时的压力，或对床层抽真空，使吸附质解吸出来，再生温度可与吸附温度相同。通气吹扫再生向再生设备中通入基本上无吸附性的吹扫气，降低吸附质在气相中的分压，使其解吸出来。操作温度愈高，通气温度愈低，效果愈好。置换脱附再生采用可吸附的吹扫气，置换床层中已被吸附的物质，吹扫气的吸附性愈强，床层解吸效果愈好，比较适用于对温度敏感的物质。为使吸附剂再生，还需对再吸附物进行解吸。化学再生向床层通入某种物质使吸附质发生化学反应，生成不易被吸附的物质而解吸下来。吸附剂再生方法第五节吸附净化法的应用吸附法净化含氮氧化物废气吸附法净化含二氧化硫废气一、吸附法净化含氮氧化物废气1.吸附原理活性炭不仅能吸附NO2，还能促进NO氧化成NO2，特种活性炭还可使NOx还原成N2，2NO+C=N2+CO22NO2+2C=N2+2CO2活性炭定期用碱液再生处理2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O2.工艺流程NOx尾气进入固定床吸附装置被吸附，净化后气体经风机排至大气，活性炭定期用碱液再生。活性炭吸附NOx的工艺流程1－酸洗槽2－固定吸附床3－再生器4－风机一、吸附法净化含氮氧化物废气3.影响因素含氧量：NOx尾气中含氧量越大，则净化效率越高。水分：水分有利于活性炭对NOx的吸附，当湿度大于50%时，影响更为显著。吸附温度：吸附是放热过程，低温有利于吸附。接触时间和空塔速率：接触时间长，吸附效率高；空塔速率大，吸附效率低。一、吸附法净化含氮氧化物废气二、吸附法净化含二氧化硫废气1.吸附净化原理利用活性炭对烟气中SO2进行吸附，既有物理吸附，也有化学吸附；在烟气中存在氧和蒸汽时，化学吸附尤为明显因为活性炭是SO2与O2反应的催化剂，反应生成SO3，SO3溶于水生成硫酸二、吸附法净化含二氧化硫废气1.吸附净化原理(1)吸附物理吸附（以*表示吸附态分子）：SO2SO2*1/2O21/2O2*H2OH2O*化学吸附：SO2*＋1/2O2*SO3*SO3*＋H2O*H2SO4*H2SO4*＋nH2OH2SO4·nH2O*总反应方程：SO2＋H2O＋1/2O2活性炭H2SO4(2)再生洗涤再生：洗涤再生首先用水洗出活性炭微孔中的硫酸，得到稀硫酸，再将经过洗涤后的活性炭进行干燥，得以再生。加热再生：加热再生是对吸附有SO2的活性炭加热，使炭与硫酸发生反应，使H2SO4还原为SO2。二、吸附法净化含二氧化硫废气2.活性炭法烟气脱硫工艺流程活性炭吸附烟气中二氧化硫工艺的吸附装置主要有两种形式：固定床与移动床。其再生方法也有两种，即水洗再生法与加热再生法。二、吸附法净化含二氧化硫废气德国的Lurgi法脱硫工艺流程1－文丘里洗涤器2－除沫器3－液体供应槽4－燃料油5－燃烧器6－尾气（去硫酸生产车间）7－吸附器8－尾气9－冷却器10－过滤器11－水12－H2SO4(70%)13－H2SO4(10%～15%)14－H2SO4(25%～30%)固定床吸附水洗再生由吸附器中出来的水洗液中含10%～15%的硫酸，被送至硫酸浓缩装置中提浓，最后得到70%的硫酸。二、吸附法净化含二氧化硫废气