吸附法净化气态污染物.pptx

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第9章吸附法净化气态污染物,气体吸附及吸附剂吸附平衡及吸附速率吸附装置及吸附工艺固定床吸附过程的分析及计算吸附剂的再生吸附法的应用,9.1气体吸附及吸附剂,气体吸附用多孔固体将气体混合物中的一种或几种组分浓集于固体表面，而与其它组分分离的过程。

吸附剂：

多孔固体吸附质：

被吸附到固体表面的物质,吸附法的优点和缺点,优点：

选择性高、分离效果好、净化效率高、设备简单、操作方便、易于实现自动控制等，特别是对于处理低浓度废气非常有效；通过吸附剂的解吸可回收污染物，实现废物资源化。

缺点：

运行和维护成本相对于吸收法较高，压力损失较高。

9.1气体吸附的分类,物理吸附：

范德华力，单层吸附或多层吸附化学吸附：

化学键力，单层吸附物理吸附的特征化：

学吸附的特征：

气固间不发1生.化明学显反的应选择性对气体无选2择.性单，分可子吸层附吸所附有气体单分子层吸3附.和放多热分过子程层，吸附兼热有大吸附过程为4放.热被过吸程附（分低子温结有构利发于生物变理化吸，附活）性显著升高吸附速率随温度的升高而增加,物理吸附与化学吸附比较表,活性碳纤维,工业专用活性炭,水处理活性炭,活性炭,净水椰壳活性炭,椰壳载银炭,山楂壳活性炭,酒类专用炭,汽油脱硫活性炭,针剂用活性炭活性炭过滤棉,活性炭过滤器,小包变色干燥剂,硅胶干燥剂,蓝色硅胶,啤酒硅胶,食品干燥剂,活矿干燥剂,活性氧化铝干燥剂,石灰干燥剂,氧化钙干燥剂,分子筛,鞋脱臭剂,地毯专用除味保养剂,纺织品专用除味保养剂,日用吸附产品,吸附剂,9.2吸附平衡与吸附速率,吸附平衡的概念：

吸附速率=脱附速率平衡吸附量：

静态吸附量、静活性,吸附平衡关系：

平衡吸附量与吸附质在流体中浓度及温度之间的关系。

吸附等温式：

朗格缪尔吸附等温式弗伦得利希吸附等温式BET方程,吸附剂对吸附质的吸附极限量,吸附的基本概念,吸附容量,静活性,动活性,吸附能力的标志,一定温度压力条件下，单位质量吸附剂上所吸附的吸附质的量（%，kg吸附质/kg吸附剂）取决于温度、吸附质的浓度或分,压,一定温度压力条件下，将气体混合物通过吸附床层，吸附质被吸附，当吸附一时间后，当从吸附剂床层流出吸附质时，床层失效，此时单位质量吸附剂上所吸附的吸附质的量,一定温度压力条件下，达到平衡时单位质量吸附剂上所吸附的吸附质的量，即平衡吸附量与温度、吸附质的浓度,或分压、操作条件有关,朗格缪尔（Langmuir）方程式,物理吸附，兼有化学吸附A饱和吸附量；K吸附、解吸常数之比；吸附剂表面覆盖率；P气体压力；V气体压力为PA时气体在标准状态下的体积；Vm吸附剂被覆盖满一层时气体在标准状态下的体积。

弗罗德里希（Freundlich）方程式,XT被吸附质质量与吸附剂质量之比；PA被吸附组分在气相中的平衡分压，Pa；B、n经验常数。

P在吸附温度下吸附质的饱和蒸气压，Pa；0,BET（Brunauer、Emmett、Teller）方程式,物理吸附，多层吸附,型：

微孔填充特征型：

多相基质上不受限制的多层吸附型：

吸附剂与吸附质之间的作用微弱型：

具有滞后回线型：

具有滞后回线且吸附剂与吸附质之间的作用微弱型：

均匀基质上的惰性气体分子分阶段多层吸附,吸附等温线,型：

80K下N2在活性炭上的吸附；型：

78K下N2在硅胶上的吸附；型：

351K下溴在硅胶上的吸附；型：

323K下苯在FeO上的吸附；型：

373K下水蒸气在活性炭上的吸附；型：

惰性气体分子分阶段多层吸附。

SO2在硅胶上的吸附等温线,NH3在活性炭上的吸附等温线,二氧化碳在活性炭上的吸附等温线,吸附过程,吸附质从气流主体穿过颗粒周围气流扩散至外表面；吸附质由外表面经微孔扩散至吸附剂微孔表面；吸附质在内表面被吸附；吸附质从内表面脱附；吸附质由吸附剂微孔表面经微孔扩散至外表面；吸附质从外表面扩散至气流主体穿过颗粒周围气流。

吸附过程两种浓度曲线,吸附速率,dqAdt时间内吸附质扩散到吸附剂表面的质量，kg/m3；ky外扩散吸附系数，kg/（m3.s）；ap单位吸附剂的吸附表面积，m2/m3；YA、YAs吸附质在气相中和吸附剂外表面上的浓度质量分数。

kx内扩散吸附系数，kg/（m3.s）；XA、XAs吸附质在气相中和吸附剂外表面上的浓度质量分数。

外扩散速率,内扩散速率,总速率方程,分吸附系数与总吸附系数间的关系：

内扩散控制,外扩散控制,影响气体吸附的因素,操作条件：

温度、压力吸附质的性质：

孔隙率、孔径、粒度、比表面积、吸附质的分子量、沸点、饱和性吸附剂的活性：

静活性、动活性比表面积，m2/g；f单位体积气体铺成单分子层时所占的面积，m2/mL；N0阿佛加德罗常数；A吸附质分子的横截面积，m2；Vm吸附剂表面单层分子铺满时的气体体积，mL；W吸附剂的重量，g。

9.3吸附装置及吸附工艺,固定床吸附器回转床吸附器吸附装置流化床吸附器移动床吸附器,固定床吸附器,移动床吸附器,流化床吸附器,变压吸附设备,变压吸附设备是指采用分子筛为吸附剂，通过压力的变化，利用空气中氧气、氮气在分子筛表面吸附量的差异达到氧、氮分离的目的。

由于变压吸附属于常温空气分离，因此具有能耗低、启动速度快（30分钟即可达到要求）、自动化程度高、结构紧凑、占地面积小、一次投资少等特点。

变压吸附制氧纯度可达93%，变压吸附制氮纯度可达98%至99.99%，适用于对使用纯度要求不高的冶金、化工等行业。

变压吸附制氮,PSA制氮机,环已烷吸附设备,活性炭纤维有机废气高效吸附装置,本发明巧妙地将一次吸附后的尾气收集起来，处理后用作二次吸附的气源或干燥风。

使得活性炭纤维吸附装置的多次吸附成为可能，也就是说达到苛刻的国家排放标准成为可能。

活性炭纤维有机废气吸附装置专用密封装置,二氯甲烷吸附回收装置,吸附工艺,吸附流程,移动床吸附流程,固定床吸附流程,流化床吸附流程,半连续式固定床吸附流程,移动床吸附工艺流程图,连续式流化床吸附工艺流程图,9.4固定床吸附过程的分析及计算,固定床吸附的分析吸附负荷曲线穿透曲线传质区高度,Xe,X0z,Xe,X0,z,z,Xe,X0,Xe,X0z,Xe,X0z,Ye,Y0,固定床吸附的分析,吸附负荷曲线横坐标：

床层离进口端的长度纵坐标：

床层中的吸附负荷量穿透曲线横坐标：

床层离进口端的长度纵坐标：

床层中的吸附负荷量传质区高度穿透时间所对应的浓度（流出物吸附质）到干点时间所对应的浓度区间内传质前沿或穿透曲线在轴上的长度,影响穿透曲线的因素,吸附质浓度吸附质分子量吸附剂颗粒大小吸附剂使用程度吸附剂种类及吸附质的差异穿透曲线形状：

陡-吸附过程速率快平缓-吸附过程速率慢当曲线为一竖立直线时，则是理想的吸附波,固定床吸附器内的浓度分布,理想穿透曲线,吸附区高度的计算,穿透曲线法气相中吸附质的浓度低等温吸附，吸附等温线是线性的传质区高度远小于吸附器高度希洛夫近似法吸附速率无穷大，吸附质进入后立即被吸附到达破点时，吸附床层即达到饱和,固定床吸附器的设计计算,设计依据吸附器的确定吸附剂的选择横截面积计算吸附区高度计算吸附剂用量计算吸附周期确定固定床压力损失计算,9.5吸附剂的再生,吸附剂的再生加热再生降压或真空解吸再生置换再生溶剂萃取再生通气吹扫再生化学再生,几种活性炭再生方法的原理和特点,加热再生法饱和活性炭的干燥阶段吸附物质的焙烧阶段炭化有机物的活性化阶段加热再生新技术微波辐照再生法高频脉冲再生法强制放电再生法,几种活性炭再生方法的原理和特点,湿式氧化再生法超声波再生法超临界二氧化碳萃取再生法,9.6吸附法的应用,吸附法净化硫氧化物吸附法净化氮氧化物吸附法净化碳氢化合物,吸附法目前的应用前景,

（1）硝酸生产尾气、烟道气、石灰窑气等各种工业废气中的NOx硝酸生产过程中要排放大量的硝酸尾气，其中含有NOx。

NOx不仅对人类、生物有剧毒，而且导致光化学烟雾的生成，其危害极大。

我国现有硝酸生产工厂50多家，硝酸尾气中NOx的浓度一般为5005000ppm，每年排入大气的NOx（以NO2计）约为6万吨。

如果能回收这些NOx，不仅控制了对环境的污染，同时可以增产硝酸，降低生产成本。

硝酸尾气的吸附法回收治理研究表明，净化气中NOx浓度可控制在低于0.02%，对应尾气中NOx浓度从0.04%到0.8%，回收气中NOx浓度变化范围可从0.8%至5%，可以返回系统生产硝酸。

对石灰窑气等废气中氮氧化物的脱除技术，对烟道气中氮氧化物的脱除，根据烟道气组成采用吸附法与其他化学技术处理法可有效控制氮氧化物的排放量。

（2）黄磷尾气净化和从黄磷尾气中提纯一氧化碳,我国每年生产黄磷40万吨，生产过程中每生产一吨黄磷会产生2500Nm3尾气，每年产生的尾气量达10亿Nm3，其主要成份为一氧化碳（约85%90%），CO是一种易燃易爆有毒的气体，尾气中含有的P、S、As、F等及其化合物的有毒组分未经处理排放到大气中也将严重污染环境；同时CO又是一种重要的碳一化工原料，尾气中含有的P、S、As等易使催化剂中毒，所以有效处理黄磷尾气具有非常重要的意义。

近年来，国内外在净化黄磷尾气和开发黄磷尾气领域已开展了较多工作，取得了可循环操作的吸附净化流程，并结合CO提纯专有技术，已生产出采用吸附法从黄磷尾气净化并提纯CO的工业装置。

（3）二氧化硫的控制硫氧化物主要是二氧化硫,目前控制的主要方法有：

高烟囱稀释法、采用低硫燃料、排放废气脱硫等，近年在采用干法（吸附剂吸附法）、湿法脱硫技术领域开展了较多研究，工业化应用已很成熟。

吸附法脱除废气中的SO2又分为物理吸附法和化学吸附法，物理吸附时被选择性吸收的SO2可通过升温或降压解吸出来，化学吸附时吸附剂同时起催化作用，被吸附的SO2被废气中的氧氧化成SO3，后者在与水生成硫酸。

（4）含三氯乙烯、三氯乙烷等卤代烃的排放废气净化含卤代烃的废气净化目前较为成熟的技术是溶剂吸收或吸附法处理，如：

（1）彩色显象管生产线清洗阴罩时挥发的三氯乙烷气体刺激人体粘膜，长期接触能使运动神经系统受损，无论从环境保护还是降低生产成本来看都必须回收利用。

活性炭纤维回收三氯乙烷，避免了环境污染，使用效果良好。

（2）在工业上应用很广的三氯乙烯，是对人体和环境都有较大危害的有毒污染物，含三氯乙烯工业废气排放前必须脱除其中超标含量的TCE，应用吸附法可有效控制排放尾气中三氯乙烯含量并回收其中的三氯乙烯。

（5）含高沸点有机物的尾气净化采用吸附法净化、回收排放尾气中的有机组份的工业应用是比较成功的，采用的通常流程为吸附或变压吸附流程，既可有效脱除有机污染物又可回收有用组份。

根据大量实验研究，采用吸附技术很好地解决含高沸点有机物的尾气净化，如苯、萘等的脱除。

（6）排放气中一氧化碳的脱除CO是一种易燃易爆有毒的气体，未经处理排放到大气中将严重污染环境，所以严格控制排放气中CO含量是非常有意义。

目前，国内北京大学开发的13X分子筛载体的Cu（I）吸附剂、南京化工大学开发的稀土复合铜（I）吸附剂都是很好的CO吸附剂。

实验表明，采用吸附技术脱除CO是一种有效的手段，排放气中的CO可控制在1ppm以内。

（7）含氟排放废气的净化含氟（主要为HF和SiF4）废气数量虽然不如硫氧化物和氮氧化物大，但其毒性较大，对人体的危害比SO2大20倍，因此工业生产排放气必须控制含氟化合物的排放量。

目前，HF回收通常生产冰晶石，尽管从理论上可采用吸附法结合其他化学法处理含氟废气，但目前国内应用吸附回收含氟排放废气的工业装置尚未见报道。

（8）从富含甲烷气源中浓缩、回收甲烷矿井瓦斯是在采煤过程中产生的，瓦斯气中含有2545的甲烷及其它一些组份，其热值仅2500kcal/m3左右，难以利用，通常排入大气，以致污染环境。

我国每年约有30亿m3瓦斯放空。

因此有效利用矿井瓦斯已成为一个热门课题。

采用吸附技术从矿井瓦斯中浓缩甲烷的实验研究，可以把甲烷浓度从20%提高到5095，浓缩后的富甲烷气热值明显提高，可以作为优质燃料和化工原料。

（9）工业二氧化碳排放的控制近年