废气净化技术有哪些
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空气废气净化可以通过许多不同的方法实现,比如,废气中的污染物可以通过过滤、重力分离、电沉积、冷凝、燃烧、膜分离、生物降解、吸收、吸附和催化转化等方法从废气中加以去除,z于是降污染物作为资源回收下来,还是将它销毁,这取决于用户的具体情况和污染物的物理、化学和生物性质。
1、吸收净化法
吸收是净化气态污染物z常用的方法。吸收法被定义为:用适当的液体吸收剂进行废气处理,使废气中气态污染物溶解到吸收液中或与吸收液中某种活性组分发生化学反应而进入液相,这样使气态污染物从废气中分离出来的方法;或者说,利用吸收剂将混合气体中一种或数种组分(吸收剂)有选择地吸收分离的过程称作吸收。
吸收常被分为物理吸收和化学吸收,其区别见下表:
2、吸附净化法
吸附是利用多孔性固体吸附剂处理流体混合物,使其中所含的一种或数种组分吸附于固体表面上,以达到分离的目的。吸附过程和吸收的区别在于:吸收后,吸收组分均匀的分布在吸收相中,吸附后,吸附组分聚积或浓缩敷在吸附剂上,只y一个非均相过程。
目前,吸附操作在有机化工、石油化工等生产部门已有较为广泛的应用。该方法在环境工程中的使用也很普遍,主要原因是吸附剂的选择性高,它能分开其他过程难以分开的混合物,有效地清除(回收)浓度很低的有害物质,设备简单,操作方便,净化效率高,且能实现自动控制。
吸附过程是一个动态过程,在这个过程中,吸附质从流体中扩散到吸附剂表面和微孔内表面上,释放热量,而被吸附在吸附剂的表面上。脱附过程是一个与吸附过程相反的过程。
吸附质在吸附剂表面吸附后,吸附质分子的内能因分子运动形式,如扩散、振动、旋转发生改变而降低,从而释放出能量,称之为吸附热。汽化热(或冷凝热)和结合热是吸附热的两个组成部分。吸附热大于物质气化热约1.5倍,不排除特殊情况的存在。总体说来,吸附热收到吸附量、吸附温度、吸附时流体空塔速度等因素的影响,如果不及时将吸附热引出去的话,其中被脱附分子所吸收的一部分热量会对吸附过程造成负面影响。
3、冷凝净化法
冷凝净化法即利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一性质,采用降温、加压方法使处于蒸汽状态的气体冷凝而与废气分离,以达到净化或回收的目的。
冷凝净化对有害气体的去除程度,与冷却温度和有害成分的饱和蒸汽压有关,冷却温度越低,有害成分约接近饱和,其去除程度越高。它特别适用于处理废气浓度在10000*10-6以上的有机溶剂蒸汽,不适宜处理低浓度的废气。在恒定温度的条件下通过提高压力的办法可实现冷凝过程,也可通过恒定压力的下降低温度来进行冷凝。废气通过冷凝可被净化,但室温下的冷却水无法达到高的净化要求,要想净化完q,需要降温、加压,这就使处理难度加大、费用增加。因此,通常将吸附、燃烧等手段与冷凝发联合使用作为净高浓度有机气体的前期处理,以达到实现降低有机负荷、回收有价值的产品的目的。另外,冷凝净化一般只适用于空气中含蒸汽浓度较高时,因此进入冷凝装置的蒸汽浓度可在爆炸极限以上,而且冷凝装置出来时的浓度可在爆炸下限以下,在冷凝中恰好是在爆炸上限与下限之间,这是不利于a全的一个缺点。
4、催化净化法
催化净化法是使气态污染物通过催化剂床层,在催化剂的作用下,经历催化反应,转化为无害物质或是易于处理和回收的物质的净化方法。催化净化法有催化氧化法和催化还原法两种。催化氧化法:是使废气中的污染物在催化剂的作用下被氧化。如废气中的SO2在催化的有机化合物的废气均可通过燃烧的氧化过程分解为H2O与CO2向外排放。催化还原法,是使废气中的污染物在催化剂的作用下,与还原性气体发生反应的净化过程。如废气中的NOx在催化剂(铜铬)作用下与NH3反应生成无害气体N2。催化净化特点是避免了其他方法可能产生的二次污染,又使操作过程得到简化,对于不同浓度的污染物都具有很高的转化率。其主要应用在于将碳氢化合物转化为二氧化碳和水,氮氧化合物转化为氮,二氧化硫转化成三氧化硫而加以回收利用,有机废气和臭气的催化燃烧,以及汽车尾气的催化净化等。其缺点是催化剂价格较高,废气预热要消耗一定的能量。
废气中污染物含量通常较低,用催化净化法处理时,往往有下述特点:1)由于废气污染物含量低,过程热效应小,反应器结构简单,多采用固定床催化反应器。2)要处理的废气量往往很大,要求催化剂能承受流体冲刷和压力降的影响。3)由于净化要求高,而废气的成分复杂,有的反应条件变化大,故要求催化剂有高的选择性和热稳定性。
5、生物法
在Genf-Villette(地名,1964年建起s个生物净化装置)d一次用生物净化装置净化废气。生物法处理废气技术在20世纪80~90年代得到了快速发展,荷兰和德国成为s批大规模应用生物技术处理废气的g家。随后,生物技术在废气处理中的应用也越来越广泛,目前使用的生物净化气体装置在欧洲已c过7500座,其中一半装置都用来处理污水以及堆肥臭气,关于可生化气体的净化原理和工程应用经验的一套重要体系也已经形成。生物净化技术弥补了传统物化处理技术的不足,传统方法需要专门的安q运行程序管理(如化学吸收),并且耗能高,经济投入高,相较之下,生物净化法属于清洁型的治理方法,成为废气治理特别是可生化废气治理的前沿和热点。
生物法废气净化技术是多学科交叉的环保高新技术。具体说来是一项低浓度工业废气净化前沿热点技术,它建立在已成熟的采用微生物处理废水方法上。国内已有的研究表明,低浓度工业废气已无法通过常规技术进行经济、有效地净化处理,但使用生物法废气净化技术处理低浓度工业废气却行之有效的,具有明显的技术和经济优势。
6、膜分离净化
膜净化法是混合气体在压力梯度作用下,透过特定薄膜时,不同气体具有不同的透过速度,从而使气体混合物中的不同组分达到分离的效果。压力差、浓度差以及电位差推动着膜分离过程的进行,膜分离技术是根据混合物中各组分的选择渗透性能的差异利用膜来分离、提纯和浓缩混合物的新型分离技术。能以特定形式限制和传递流体物质的分隔两相或两部分少有两个界面,这两个界面是两侧流体接触以及传递的桥梁。对流体来说,分离膜可以半透明也可以完q透过,但绝不能w全不透过。
膜分离的主要特点是实现混合物以及物质分子尺寸的分离,它将选择透过性的膜作为分离的手段。相变化不会发生在膜分离过程中(渗透蒸发膜除外),因此操作可在常温下进行,这就避免了浓缩和富集物质的性质因高温而改变的不利,在食品、医药等行业膜分离因此优点而被广泛使用。能耗少、成本低、效率高、无污染并可回收有用物质是膜分离的共有优点,对于同分异构体组分、性质相似组分,热敏性组分、生物物质组分等混合物的分离,膜分离方法十分适用,有时可以代替蒸馏、萃取、蒸发、吸附等化工单元操作。实践表明,若常规分离不能通过经济的方法实现,膜分离会成为一项非常有用的技术。将常规分离与膜分离相结合的技术更加经济有效。综合上述优点,膜科学和膜技术在近二三十年得到快速的发展,目前已成为工农业生产、国防、科技和人民日常生活中不ke缺少的分离方法,越来越广泛地应用于化工、环保、食品、医药、电子、电力、冶金、轻纺、海水淡化等ling域。
7、燃烧净化法
用燃烧方法来销毁有毒气体、蒸汽或烟尘、使之变成无毒、无害物质,叫做燃烧净化。燃烧净化仅能销毁哪些可燃的或在高温下能分解的有毒气体与烟尘,其化学作用主要是燃烧氧化,个别情况下是热分解。燃烧净化,可以广泛地应用于有机溶剂蒸汽及碳氢化合物的净化处理,这些有毒物质在燃烧氧化过程中浓度较高、发热量较大的可燃性有害气体(主要是含碳氢的气态物质),燃烧温度一般在600~800。C。燃烧法简便易行,可回收热能,但不能回收有害气体,易造成二次污染。
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1、低浓度S02废气的净制
(1)干法脱硫
该法是使用粉状、粒状吸收剂,吸附剂或催化剂去除废气中的80%。
优点:治理中无废水、废酸排出,减少了二次污染。
缺点:脱硫效率较低,设备废大,操作要求髙。
(2)湿法脱硫
该法是采用液体吸收剂如水或械溶液洗涂含S02的烟气,通过吸收去除其中的S02。由于使用不同的吸收剂可获得不同的副产物而加以利用,因此湿法脱硫是各国研究最多的方法。
优点:湿法脱硫所用设备较简单,操作容易,脱硫效率较高。
缺点:脱硫后烟气温度较低,于烟囱排烟扩散不利。
2、含H2S废气的净制
(1)干法脱硫
干法是利用的还原性和可燃性,以固体氧化剂或吸附剂来脱硫,或者直接使之燃烧。干法脱硫是以氧气使H2S氧化成硫或硫氧化物的一种方法,也可称为干式氧化法。
常用的有改进的克劳斯法、氧化铁法、活性碳吸附法、氧化锌法和卡太苏耳法。
所用的脱硫剂、催化剂有活性炭、氧化铁、氧化锌、二氧化锰及铝矾土,此外还有分子筛、离子交换树脂等。一般可回收硫、二氧化 硫、硫酸和硫酸盐。
(2)湿法脱硫
物理吸收法
吸收剂有甲醇、碳酸丙烯酯、聚乙二醇二甲醚等,不仅能脱除硫化氢,氧硫化碳、二硫化碳等,溶液可以再生,并将硫化氢回收,而且也能选择性地吸收二氧化碳。
化学吸收法
常用的有氨水催化法及改良蒽醌二磺酸法(砷碱法因溶液有毒已较少采用)。
二、NOx废气的净制
烟气脱硝
在烟气净化技术上控制NOx排放,目前主要方法有选择性非催化还原SNCR、选择性催化还原SCR、低氮燃烧技术和电子束照射法、臭氧氧化法、吸附法、氧化吸收法等。其中,选择性非催化还原SNCR、选择性催化还原SCR,低氮燃烧,臭氧氧化法等技术已商业化。
三、含卤素废气的净制
1、含氟废气的净制
(1)吸附法
该法是以粉状的吸附剂吸附废气中的氟化物。该净化方法首先是烟气与吸附剂的接触,完成吸附过程;二是烟气与吸附剂分开。该过程都是在吸附设备中完成的。
特点:净化效率高、工艺简单、没有水的二次污染,也不受各种气候的影响,但净化设备的体积较大。
(2) 吸收法
该法是用水、减性溶液或某些盐类溶液来吸收含氟废气中的氟化物,从而达到净化回收的目的,同时还可以得到副产品氟硅酸、冰晶石、氟硅酸钠及氟硅脲等。
水法吸收和碱吸收法是常用的两种方法。
特点:净化工艺过程可以连续操作和回收各种氟化物,净化效率高、效果好;其缺点是会造成二次污染,在寒冷地区还需保温措施。
(3)稀释法
是向含氟气体的厂房送新鲜空气或将含氟废气向高空排放进行自然稀释。这种方法一般不采用。
2、含氯废气的净制
含氯废气的治理主要是通过湿法来净化,一般是采用化学中和法、氧化还原法等过程对废气进行吸收,作到综合利用。
(1)碱液中和法
即以碱液作为吸收液对氯气进行吸收,常用的吸收剂有氢氧化钠溶液、碳酸钙溶液、石灰乳溶液等。
(2)硫酸亚铁或氯化亚铁吸收法
该方法以氯化亚铁或硫酸亚铁作为吸收剂,据氧化还原反应性质对氯气进行回收与净化。其工艺设备可采用填料塔,并以废铁屑作填料,生产的三氯化铁可作为防水剂,三价铁可被铁屑还原,再次参与吸收反应。
特点:该方法设备简单,操作容易,废铁屑来源丰富,技术合理;但反应速度比中和法要慢,效率较低。
(3)四氯化碳吸收法
当氯气浓度大于1%时,可采用四氯化碳为吸收剂,其设备可采用喷淋或填充塔,在吸收塔内将氯的吸收液通过加热或吹脱解吸回收的氯气可再次使用。
(4)水吸收法
当氯气浓度<1%时,有时可用水通过喷淋塔来吸收氯气,其效果不如碱性中和法好。用水蒸气加热解吸时可回收氯气,如国内的一些氯碱厂在“氯水”解吸时用蒸气或热交换方法回收氯气。
此外,还有用硅胶、活性炭、离子交换树脂等进行吸附的方法,但因成本太高或是技术还不十分成熟而没有得到广泛的应用。
3、氯化氢废气的净制
(1)水吸收法
处理氯化氢主要采用水吸收法。水吸收法是基于气体易溶于水的原理常常采用水直接吸收氯化氢气体。当所得氯化氢溶液达到一定浓度时,经净化浓缩可得到副产品盐酸。
同时,处理氯化氢废气还有碱液吸收法,联合吸收法以及冷凝法。
四、碳氢化合物的净化
1、燃烧法
用燃烧方法销毁有害气体、蒸气或烟尘,使其变为无害物质的过程,称为燃烧净化。燃烧净化时所发生的化学作用主要是燃烧氧化作用及高温下的热分解。
目前在实际中使用的燃烧净化方法有直接燃烧和热力燃烧。对化工、喷漆、绝缘材料等行业的生产装置中所排出的有机废气,广泛采用了燃烧净化的手段。
特点:用于净化那些可燃的或在髙温情况下可以分解的有害气体,还可以用来消除恶臭,回收热量。
2、催化燃烧法
即在催化剂作用下,使废气中的有害可燃组分完全氧化为CO2和H2O。由于绝大部分有机物均具有可燃烧性,因此催化燃烧法已成为净化含碳氧化合物废气的有效手段之一。
目前催化燃烧法已应用于金属印刷、绝缘材料、漆包线、炼焦、油漆、化工等多种行业中净化有机废气。
特点:因废气温度较高、有机物浓度较髙,对燃烧反应及热量回收有利,具有较好的经济效益,因此应用最为广泛。
3、吸附法
作为净化碳氢化合物废气的吸附剂有活性炭、硅胶、分子筛等,利用吸附剂对有机物进行吸附,其中应用最广泛、效果最好的吸附剂是活性炭。
特点:
可以相当彻底地净化废气,即可进行深度净化,特别是对于低浓度废气的净化比用其他方法显现出吏大的优势;
在不使用深冷、髙压等手段下,可以有效地回收有价值的有机物组分。
4、吸收法
在对碳氢化合物废气进行治理的方法中,吸收法的应用不如燃烧法、催化燃烧法、吸附等广泛,特别是对使用有机溶剂的各种行业,如喷漆、绝缘材料、漆包线等的生产过程所排出的废气,还不能完全达到工业应用水平。
影响应用的主要问题是合适的吸收剂的选择。
目前在石油炼制及石油化的生产及储运中采用吸收法进行烃类气体的回收利用。
1、冷凝法
利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一物理性质,采用降低系统温度或提高系统压力的方法,使处于蒸汽状态的污染物冷凝并从废气中分离出来的过程。
特点:
冷凝净化法适用范围冷凝净化法适于在下列情况下使用。
处理高浓度废气,特别是含有害物组分单纯的废气;
作为燃烧与吸附净化的预处理;特别是有害物含量较高时,可通过冷凝回收的方法减轻后续净化装置的操作负担;
处理含有大量水蒸气的高温废气。
冷凝净化法所需设备和操作条件比较简单回收物质纯度髙。
冷凝净化法对废气的净化程度受冷凝温度的限制,要求净化程度髙或处理低浓度废气时,需要将废气冷却到很低的温度,经济上不合算。
大气环境被污染的因素是:使用燃油内燃机和汽车发动机的卡车、客货车等汽车尾气排放已成为主要的空气污染源。在道路上行驶的卡车、客货车等汽车尾部所排放出的浓浓黑烟,污染了空气环境而且多少年来还没有改变。在上海市内的汽车、卡车、客货车等汽车总量只相当于日本东京的1/12,但空气中主要由汽车排放的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和氮氧化合物(NOx)的总量却基本相同。由此可见,对减少使用燃油内燃机和汽车发动机的卡车、客货车等汽车的尾气排放物的处理,其紧迫性和采取净化空气相应的有效措施,是对我们处理废气、保护空气环境的研究设计人员激发一个研究和开发的重大课题。在利用处理废气和净化空气的技术特长和优势以及长期所积累经验,研究和开发出具有我国特性的、其内部构造不同于多微孔蜂窝状陶瓷载体的,高效率且行之有效的废气净化 。其使用燃油内燃机和汽车发动机的卡车、客货车等汽车尾气排放处理之后可达到甚至高于欧Ⅳ的排放标准,可于国外的卡车、客货车等汽车尾气排放处理装置相媲美的废气净化 。填补了我国的使用燃油内燃机和汽车发动机的卡车、客货车等汽车尾气排放处理装置的空白。改变了仅仅使用多微孔蜂窝状陶瓷载体在处理卡车、客货车等汽车尾气排放,对我国处理使用燃油内燃机和汽车发动机等汽车尾气排放处理上多了一个可行性处理装置和重大科研项目空白的重大突破。
废气净化 的技术特点
1、废气净化 对使用燃油内燃机和汽车发动机的卡车、客货车等汽车尾气排放中含有的微尘颗粒和废气,利用载体涂附上三元催化剂把一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)有害的三种气体被催化和高度净化程度达到90%无害气体之后排放。
2、废气净化 利用载体上的三元催化剂把碳氢化合物、一氧化碳起到氧化反应成二氧化碳和水份、再利用氧化反应所生成的水份,附加喷洒化学成分稀释水溶液的方式,发挥对微尘颗粒的吸附能力,增加对氮氧化合物的还原反应,可提高对废气净化处理的效率。
3、设置了收集吸附微尘颗粒的废液收集箱,可把含有微尘颗粒的废液及时得到排放、并可以清洗微尘废液收集箱和处理废液。既不会在废气净化 内形成堵塞的可能,而达到一个安定且有效的分离微尘颗粒、并使用寿命长的净化装置。
4、废气净化 即利用涂附三元催化剂把一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物有害的三种气体被净化成无害气体排放之外,使用分离装置还可以将废气中的微尘颗粒和水分和与真正要处理的废气气体进行分离,其分离效果达到≥99%以上。
5、废气净化 在催化、净化的同时又实施气体与尘雾的分离处理。
目前废气净化的技术介绍如下
吸附设备(活性炭吸附设备):
该设备主要是处理有机废气跟恶臭气体,其原理是利用活性炭表面上存在的未平衡跟未饱和的分子引力吸附气体分子,当废气中的污染物被吸附到固体表面就达到了污染物跟空气的分离净化效果。
吸收设备(化学溶液吸收技术):
利用柴油、煤油、酸碱液、植物液等介质,采用错流的方式让废气跟吸收液充分接触发生化学反应,以此来达到吸收跟净化废气的效果。
低温等离子废气处理设备:
该技术是利用污染物在外加电场的作用下,介质等离子体放电产生的大量电子会轰击污染物,让污染物产生电离、解离、激发等反应,然后转化成简单的小分子安全物质,让有害物质变为无毒无害或者低毒物质,从而达到净化废气的效果。
光催氧化废气处理设备:
利用光氧化跟光微波产生的高强度紫外线直接照射污染物分子,使污染物分子被打断分子链产生裂解、结构改变,将高分子污染物质分解为无害的二氧化碳或者水,以此来完成废气的净化目的。
生物除臭废气处理设备:
生物除臭废气处理技术是利用微生物可以通过新陈代谢来吸收废气物质,将污染物质作为微生物的营养物质,以此来在新陈代谢活动中不断的将有害物质转化为乌海的二氧化碳、水、细胞质等。
分子筛转轮蓄热焚烧废气处理工艺:
次技术跟催化燃烧很相似,只不过在原有的催化燃烧上添加了转轮分子筛,同时其蓄热式的氧化炉能更有效的利用催化剂进行燃烧。
废气净化 的技术特点
1、废气净化 对使用燃油内燃机和汽车发动机的卡车、客货车等汽车尾气排放中含有的微尘颗粒和废气,利用载体涂附上三元催化剂把一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)有害的三种气体被催化和高度净化程度达到90%无害气体之后排放。
2、废气净化 利用载体上的三元催化剂把碳氢化合物、一氧化碳起到氧化反应成二氧化碳和水份、再利用氧化反应所生成的水份,附加喷洒化学成分稀释水溶液的方式,发挥对微尘颗粒的吸附能力,增加对氮氧化合物的还原反应,可提高对废气净化处理的效率。
3、设置了收集吸附微尘颗粒的废液收集箱,可把含有微尘颗粒的废液及时得到排放、并可以清洗微尘废液收集箱和处理废液。既不会在废气净化 内形成堵塞的可能,而达到一个安定且有效的分离微尘颗粒、并使用寿命长的净化装置。
4、废气净化 即利用涂附三元催化剂把一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物有害的三种气体被净化成无害气体排放之外,使用分离装置还可以将废气中的微尘颗粒和水分和与真正要处理的废气气体进行分离,其分离效果达到≥99%以上。
5、废气净化 在催化、净化的同时又实施气体与尘雾的分离处理。