1、气体废物的净化及利用方法1、气体废物的吸收净化方法 1、吸收分离概述 1.1吸收过程的分类 1）物理吸收和化学吸收 物理吸收：是溶质与液体溶剂之间不发生显著的化学反应，可以当做是单纯的气体溶解于液相中的物理过程。物理吸收过程应注意考虑在操作温度下，溶质在溶剂中的溶解度，吸收速率主要取决于气相与界面上溶质的浓度差，以及溶质从气相向液相传递的扩散速率。化学吸收：是指在吸收过程中发生明显化学反应的吸收。对于化学吸收，不仅考虑气体溶于吸收剂的问题，而且要考虑化学反应速率问题。2）单组份吸收与多组分吸收 单组分吸收：在气体吸收过程中，若气体混合物中只有一个组分在吸收剂中有显著的溶解度，其他组分的溶解度很
2、小，甚至忽略时，则这类吸收为单组份吸收。多组分吸收：当气体混合物中各组分在吸收剂中的溶解度不同，但多个组分在吸收剂中有显著的溶解度，这种吸收称为多组分吸收。对于理想溶液，A=0，则有：在低压下，可用平衡分压pi代替fi,变成亨利定律的表达式：若以浓度 代替 ，则有：只和温度有关，随温度的升高而增大，与溶液的总压和组成无关。可查表iiVixHfiiixHp icixiiixHpiH2）吸收过程的传质理论双膜理论 相界面气膜液膜气相主体液相主体pAiZLZGpA0CAiCAL理论假设：1、在气液界面两侧各存在一个很薄的滞流区，分别称为气膜和液膜，薄膜内的质量传递主要依靠分子扩散；2、在该膜以外的流
3、体主体内，质量传递主要为对流来完成；3、当气相中溶质A从气相主体经气膜、液膜迁移到液相主体时，其阻力主要集中在两膜内，其传递速率取决于两膜的阻力大小；4、在气液界面处，界面两侧的浓度符合相平衡关系。传质速率（费克定律）：根据分子扩散的费克定理，单位时间内，通过单位截面积的A物质量，正比于扩散方向上的浓度梯度。即 气膜控制与液膜控制:溶解度较小的溶质的吸收过程,如用水吸收二氧化碳、氢气、氧气、氮气、一氧化碳、硫化氢等难溶气体时，过程阻力主要集中在液膜之内，称该过程为液膜控制过程；易溶气体的吸收过程，如水对氯化氢、氨气的吸收，过程阻力主要集中在气膜内，故称为气膜控制过程；气体溶解度适中时，气液膜阻
4、力差不多，称为两膜控制过程。如水对二氧化硫、丙酮；硫酸对二氧化氮等。dZdCDJAAA 1.2吸收在工业生产中的应用 1）制取产品和中间体：可以利用气体吸收制取产品，如水吸收氯化氢气体制备工业盐酸；水吸收二氧化氮生产硝酸；氨水吸收二氧化碳生产碳酸氢铵；水吸收甲醛蒸汽制取甲醛溶液等。2）分离气体混合物 如石油裂解气油吸收，将C2以上的组分与氢、甲烷分开；用水吸收乙醇氧化脱氢制取乙醛；用醋酸亚铜氨液从C4馏分中提取丁二烯；用N-甲基吡啶烷酮作溶剂将天然气部分氧化所得裂解化气中的乙炔分离等。3）从气体中回收有用组分 如用硫酸从煤气中回收氨生成硫铵；用洗油从煤气中回收粗苯；从烟道气中回收高纯度二氧化碳
5、等。4）气体净化 原料气的净化、尾气废气的净化。5）生化工程：水对氧气的吸收。2、吸收过程操作条件及因素 2.1吸收过程的必须条件 当气相组分的实际分压大于平衡分压，组分实际摩尔分数大于平衡摩尔分数，溶质由气相转入液相，从而被吸收。反之，溶质将从液相转入气相，从而被解吸。2.2吸收过程的操作因素 1）操作压力的影响：2）操作温度的影响 3）液气比的影响 4）吸收因子和塔板数的影响 2.3吸收剂的选择 具有足够大的吸收能力 易于再生 具有选择性 吸收剂本身的蒸汽压应该不大 应该稳定性好 廉价易得 无腐蚀性 传质系数足够大 3、多组分吸收液的解吸 1）减压闪蒸解吸 2）加热升温解吸 3）解吸剂作用
6、下解吸 4）精馏 4、吸收设备 4.1填料塔 4.2板式塔 4.3喷淋塔 4.4鼓泡塔 4.5降膜吸收器 4.6超重力吸收器2、工业废气的吸附净化法 2.1吸附的基本理论 2.1.1物理吸附与化学吸附现象 1）吸附现象，根据吸附剂表面与吸附质之间作用力的不同，分为物理吸附和化学吸附。2）物理吸附：是分子间引力引起的，通常称为范德华力，它是定向力、诱导力和散逸力的总称。它的特征是吸附质与吸附剂不发生化学作用，是一种可逆过程。3）化学吸附：是由于固体表面与被吸附物质之间的化学键力起作用的结果，该吸附需要一定的活化能，故又称活化吸附。4）物理吸附与化学吸附的区别 吸附热：一般化学吸附热很大（大于42
7、KJ/mol），物理吸附热则很小，仅几百焦耳/摩尔左右。选择性：化学吸附具有较高的选择性，而物理吸附则没有多大选择性。温度的影响：温度升高，化学吸附和脱附速度都显著增加；物理吸附和脱附速度一般不受温度的影响，但吸附量随温度的升高而降低。吸附层厚度：化学吸附总是单分子层或单原子层的，且不易解吸；物理吸附可以是单分子层，也可以是多分子层，解吸容易。2.1.2吸附剂 1）活性炭：疏水性，常用来回收湿空气中的有机溶剂、恶臭物质以及工业废气中的氮氧化合物、二氧化硫等。使用温度一般不超过200。活性炭是由各种含碳物质经炭化后再经水蒸气或药品进行活化处理而得。2）硅胶：亲水性，常用于废气的干燥脱水、回收处理
8、有机蒸汽。硅胶是粒状无晶性氧化硅，由水玻璃（硅酸钠）用酸处理，将得到的硅凝胶经老化、水洗、干燥脱水制得。3）分子筛：是一种人工合成沸石，为多孔型硅酸盐骨架结构。通式为：分子筛的特点是孔径整齐均一，具有高的吸附选择性；同时分子筛又是一种离子型吸附剂，对极性分子、不饱和有机物具有选择吸附能力；常用于废气脱硫、脱氮、含汞蒸气等的净化和治理。4）活性氧化铝：是将含水氧化铝在严格升温条件下，加热到464，使之脱水而制得。活性氧化铝对水有强的吸附能力，主要用于气体和液体的干燥、石油气的浓缩和脱氢、含氟废气的治理等。OmHSiOOAlMeyxnx2232 5）几种吸附剂应用举例 2.1.3吸附基本理论 1）
9、吸附平衡 朗格缪尔方程：理论假设：吸附仅是单分子层的；气体分子在吸附剂表面的吸附和脱附呈动态平衡；吸附剂表面性质是均一的，被吸附的分子之间相互不受影响；气体的吸附速率与该气体在气相中的分压成正比。吸附剂表面被吸附分子覆盖的百分数；吸附系数，是吸附作用的平衡常数；气相分压pp1p弗罗因德利希方程：上式两边取对数：BET方程：V为压力为P时的吸附总量；Vm为单分子层铺满的吸附量；P0为实际温度下的饱和蒸汽压；C为常数。吸附等温线：是指某一吸附温度下，吸附量-气体分压的曲线。nkpmxq1pnkqlg1lglg0011CpVpCCVPPVpmm 2）吸附过程 外扩散：气体组分从气相主体穿过吸附剂离子
10、周围的边界膜扩散到达吸附剂的外表面；内扩散：气体组分从吸附剂表面扩散进入微孔道内，在微孔道内扩散到微孔表面；吸附与脱附：到达微孔表面的吸附质分子被吸附到吸附剂上，并最终达到吸附与脱附的动态平衡。脱附出来的气体经内、外扩散到气相主体。2.2吸附剂的再生 1）吸附剂再生有两种情况：一种是单纯脱除污物，再生吸附剂，脱附出来的废气可送去燃烧；另一种是在脱除吸附质的同时回收脱除的吸附质。2）吸附剂再生方法：加热解吸再生：降压或真空解吸：溶剂置换再生：其他再生方法：2.3吸附设备 2.3.1固定床吸附器 2.3.2移动床吸附器 2.3.3流化床吸附器3、工业废气的燃烧及催化净化法 3.1燃烧基本概念 1）
11、燃烧净化法：是利用工业废气中污染物的可以燃烧氧化的特性，将其燃烧、转变为无害物质的方法。2）着火温度与爆炸浓度极限：着火温度是指在某一条件下开始正常燃烧的最低温度；爆炸浓度极限一般指空气中可燃组分的相对浓度的上限燃烧浓度范围及下限燃烧浓度范围。4）动力燃烧、扩散燃烧、混合燃烧 整个燃烧过程的时间等于可燃物与氧化剂接触时间和燃烧反应时间之和。动力燃烧：即燃烧反应时间远大于可燃物与氧化剂接触时间；总燃烧速率取决于化学动力学因素，即反应时的温度、压力、反应物浓度等，与流体力学因素无关。扩散燃烧：即燃烧反应时间远小于可燃物与氧化剂接触时间；混合燃烧：介于二者之间 3）火焰传播理论 热传播理论：认为火焰
12、是由燃烧放出的热量，传递到周围的混合气体，使之达到着火温度而燃烧并传播的。自由基连锁反应理论：认为火焰中十分快速的氧化作用，是自由基连锁反应的结果。自由基是在火焰中离解生产的、具有不饱和价的自由原子或原子团，活性很强，在火焰中引起连锁反应。例如：氢气的燃烧3.2燃烧类型1）直接燃烧：是用可燃有害气体作为燃料来燃烧的方法。3）催化燃烧：是利用催化剂使空气中气态污染物在较低温度（250-450）下氧化分解的方法。2）热力燃烧：主要依靠辅助燃料燃烧产生的热力，提高废气的温度，使废气中烃及其他污染物迅速氧化，转化为无害的二氧化碳和水蒸气的过程。4、冷凝净化法 1）冷凝净化法比较适宜于用来净化有价值的或
13、高浓度的有机废气；2）通常将冷凝法与其他净化方法如吸附、吸收、燃烧等结合起来使用；3）冷凝设备分为直接接触式冷凝器和表面冷凝器两种。4）冷凝原理：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，在降低温度或加压条件下，某些污染物凝结出来，以达到净化或回收的目的。可以借助于控制不同的冷凝温度，分离出不同的污染物来。5、生物净化法 1）生物净化法概述：生物净化法是利用微生物对污染物有较强、较快的适应能力的特点，用污染物对其进行驯化，微生物可以以污染物作为代谢底物，使其降解、转化为无害、简单的物质，从而达到净化气态污染物的目的。该法适用于低浓度（小于3g/m3）有机废气的治理。2）生物净化原理
14、 生物净化有机废气的历程有三步：有机废气首先与水接触，使有机污染物从气相进入到液相；进入液相或固体表面生物层的有机物被微生物吸收或吸附；进入微生物细胞的有机物在微生物代谢过程中作为能源和营养物质被分解、转化成无害化合物。生物净化的工艺条件：即微生物生长的最佳条件，温度、供氧量、PH值等。3）生物净化设备及工艺6、高能电子辐射-化学净化法 1）概述 概念：这是一类利用高能电子射线激活、电离、裂解工业废气中各组分，从而发生氧化等一系列复杂化学反应，将有害物转化为无害物或有用的副产品加以回收的方法。优点：是干法净化过程，不产生废水、废渣，不会导致二次污染；能同时净化一种以上的气态污染物；系统工艺简单
15、、操作方便、过程容易控制等。2）电子束辐照法 电子辐照法是应用电子加速器产生的高能电子束（500-800eV）通过靶窗对烟气进行辐照后，烟气中的水分、氧气、氮气等被激活、分裂，产生大量 自由基,这些自由基具有强烈的氧化性，能将烟气中的二氧化硫及氮氧化物氧化为硫酸和硝酸。呈雾状的硫酸和硝酸与电子束照射以前注入反应器内的氨进一步反应，生产白色粉状的硫酸铵和硝酸铵混合物，由静电除尘器捕集回收后，作为农用化肥使用。2,HOOOH 3）脉冲电晕法 概念：脉冲电晕法是在直流高压（20-80KV）上叠加一脉冲电压（如辐射值为200-250KV，周期20ms，脉冲宽度为1us左右，脉冲前后沿约200ns），形
16、成超高压脉冲放电。由于这种脉冲前后沿陡峭，峰值高，使电晕极附近发生激烈、高频率的脉冲电晕放电，从而使基态气体获得足够大能量，发生强烈的辉光放电，空间气体迅速成为高浓度等离子体。应用这种超高压脉冲放电技术处理烟气，可在极短的时间内，使空间电场强度发生突然的巨大变化，反应器内烟气瞬间被激活，自由能猛增成为活化分子。这些活化分子在发生频繁碰撞的瞬间，将动能转化为分子内部的势能，原有化学键发生断裂，生成新的单一原子气体或单质固体颗粒。7、膜净化法 概念：膜净化法是利用固体膜或液体膜作为一种渗透介质，废气中各组分由于分子量大小不同或荷电、化学性质不同，透过膜的能力不同，而得以分离开来，从而达到脱除有害物质或回收有价值物质的目的。优点：分离因子大、分离效果好；由于过程中不发生相变，不必耗费相变能，节约能量；膜净化法操作简单、控制方便、操作弹性大。
