吸附法净化气态污染物课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,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,a,m,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,500m,2,/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,4A,5A,X,堆积密度（,kg,m,-3,),350,600,750,1000,800,800,800,800,热容,/(kJ,kg,-1,K,-1,),0.836,1.254,0.836,1.045,0.92,0.794,0.794,操作温度上限,/K,423,773,673,873,873,873,平均孔径,/,?,1.2,4.0,18,45,22,4,5,13,再生温度,/K,373,413,473,523,393,423,473,573,473,573,473,573,比表面积,/(m,2,g,-1,),700,1500,210,360,600,三、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,NO,2,，还能促进,NO,氧化成,NO,2,，特种活性炭还可使,NO,x,还原成,N,2,，,2NO+C=N,2,+CO,2,2NO,2,+2C=N,2,+2CO,2,活性炭定期用碱液再生处理,2NO,2,+2NaOH =NaNO,3,+NaNO,2,+H,2,O,2.,工艺流程,NO,x,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：,NO,x,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,NO,x,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,SO,2,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,SO,2,与,O,2,反应的催化剂，反应生,成,SO,3,，,SO,3,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）：,SO,2,SO,2,*,1/2O,2,1/2 O,2,*,H,2,O,H,2,O,*,化学吸附：,SO,2,*,1/2O,2,*,SO,3,*,SO,3,*,H,2,O,*,H,2,SO,4,*,H,2,SO,4,*,n,H,2,O,H,2,SO,4,n,H,2,O,*,总反应方程：,SO,2,H,2,O,1/2O,2,活性炭,H,2,SO,4,(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,SO,2,的活性炭,加热，使炭与硫酸发生反应，使,H,2,SO,4,还原为,SO,2,。,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,H,2,SO,4,(70%) 13,H,2,SO,4,(10%,15%) 14,H,2,SO,4,(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,