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第4章 气态污染物的净化技术
　　本章主要介绍气态污染物的净化方法。目前，常用的控制各种气态污染物排放的主要途径是吸收法、吸附法、催化法、燃烧法、冷凝法等。大气中的气体状态污染物又简称为气态污染物，它是以分子状态存在的，常见分子状态的气体污染物为SO2、NOx。通过学习本章，使学习者能了解各种气态污染物的净化方法及净化基本原理、净化工艺、净化设备，掌握低浓度SO2的净化技术，了解NOx的净化方法，可以利用学到的基本理论知识，对各种气态污染物提出可行的控制和处理方法。
学习指南：
4.3.1 吸收法净化NOx
4.3 NOx的净化技术
　　按吸收剂的种类和净化原理可将液体吸收法分为水吸收法、酸吸收法、碱吸收法、氧化—吸收法、吸收—还原法及液相配合法等。
4.3.1.1 碱溶液吸收法
1 . 化学原理
用碱溶液(NaOH、Na2CO3、NH3·H2O等)与NOx反应，生成硝酸盐和亚硝酸盐，反应如下。
2NaOH+2NO2==NaNO3十NaNO2+H2O
2NaOH+NO+NO2==2NaNO2+H2O
Na2CO3+2NO2==NaNO3+NaNO2+CO2
Na2CO3+NO+NO2==2NaNO2+CO2
当用氨水吸收NOx时，挥发性的NH3在气相与NOx和水蒸气反应生成NH4NO3和NH4NO2。
2NH3+NO+NO2+H2O==2NH4NO2
2NH3+2NO2+H2O==NH4NO3+NH4NO2
2. 影响吸收的因素
A. 废气中的氧化度 NO2与NOx的体积之比称为氧化度，当氧化度为50％～60％时，吸收速率最大，吸收效率最高。
B. 吸收设备和操作条件 除了尾气中的氧化度对吸收效率有较大影响外，吸收设备、气速、液气比和喷淋密度等操作条件对碱液吸收效果也有一定的影响。
4.3.1.2 硝酸氧化--碱溶液吸收法
1 . 化学原理
用较高浓度的硝酸与NO反应可将NO氧化成NO2反应式如下：
2H NO3+NO==3NO2十H2O
碱与NO2反应生成硝酸盐与亚硝酸盐：
2NaOH十2NO2==NaNO2十NaN3+OH2O
2NaOH+NO2+NO==2NaNO2+H2O
2. 工艺流程
硝酸氧化—碱吸收法的流程如图所示
3. 影响氧化效率的因素
A. 硝酸浓度的影响
B . 硝酸中N2O4含量的影响的影响
C．NO的初始氧化度的影响
D．NOx的初始含量
E．氧化温度的影响
F．气体空塔速度的影响
4.3 NOx的净化技术
4.3.2 吸附法净化NOx
4.3.2.1 分子筛吸附法
1. 分子筛吸附法
2. 丝光沸石吸附法工艺流程和工艺条件
　　丝光沸石吸附NOx工艺流程见图，一般采用两个或三个吸附器，吸附和再生交替进行。
1-风机；
2-酸泵；
3-冷却；
4-丝网过滤器；
5-吸附器；
6-加热器；
7-冷凝冷却器；
8-酸计量泵；
9-转子流量计
　　用作吸附剂的分子筛有氢型丝光沸石、氢型皂沸石、脱铝丝光沸石、13X型分子筛等。
丝光沸石分子筛为笼型孔洞骨架的晶体，脱水后空间十分丰富，具有很高的比表面积(一般在500—1 000m2／g)，可容纳相当数量的吸附质分子，同时内表面高度极化，微孔分布单一、均匀，并有普通分子般大小，适于吸附分离不同物质的分子。
分子筛吸附法工艺流程图
4.3 NOx的净化技术
4.3.2吸附法净化NOx
4.3.2.2.活性炭吸附法
1.化学原理
2.工艺流程
　　图为活性炭吸附净化NOx的工艺流程，NOx尾气进入固定床吸附装置被吸附，净化后的气体排放至大气。活性炭失效后，经过再生处理可以重新使用。
　　活性炭对低浓度的NOx有很强的吸附能力，活性炭不仅能吸附NO2，促进NO氧化成NO2，而且还可以将NOx还原为N2。
活性炭吸附净化流程
1-酸洗槽；
2-固定吸附床；
3-再生器；
4-风机
4.3 NOx的净化技术
4.3.3 选择性催化还原法
　　该法用NH3、H2S、CO等为还原剂，通常以NH3为还原剂。其原理为：
　　主反应 4NH3十6NO→5N2十6H2O
8NH3+6NO2→7N2十12H2O
　　催化还原法是在催化剂作用下，利用还原剂将氮氧化物还原为氮气。依据还原剂是否与O2。发生反应，将催化还原法分为选择性催化还原法和非选择性催化还原法。
1.化学原理：
副反应 4NH3+3O2→2H2+6H2O （a）
2NH3→N2十3H2 （b）
4NH3+5O2→4NO+6H2O （c）
2.工艺流程
3.影响因素
a.催化剂
b.反应温度
c.空速
d.还原剂用量
4.3 NOx的净化技术
4.3.3 选择性催化还原法
　　该法用NH3、H2S、CO等为还原剂，通常以NH3为还原剂。其原理为：
主反应 4NH3十6NO→5N2十6H2O
8NH3+6NO2→7N2十12H2O
　　催化还原法是在催化剂作用下，利用还原剂将氮氧化物还原为氮气。依据还原剂是否与O2。发生反应，将催化还原法分为选择性催化还原法和非选择性催化还原法。
1.化学原理：
副反应 4NH3+3O2→2H2+6H2O （a）
2NH3→N2十3H2 （b）
4NH3+5O2→4NO+6H2O （c）
2.工艺流程
3.影响因素
a.催化剂
b.反应温度
c.空速
d.还原剂用量
4.3 NOx的净化技术
(3)主要工艺控制条件
处理能力 40000m3／h(标准状态)
NOx的进口浓度 1800mg/ m3 (标准状态)， NOx的出口浓度 200 mg/ m3 (标准状态)
气体进口温度 249℃， 气体出口温度 273℃
上段催化剂装填量 4 m3 ， 下段催化剂装填量 4 m3
转化率 90%
(4)主要技术经济指标
主要技术经济指标如下。
设备及催化剂费用 28．9万元 运行费用8．97万元／年
热回收价值 13．8万元／年 处理成本0．333元／100m。
4.3 NOx的净化技术
(1)废气组成及排放量
　　废气排放量为3.8 × 104m3／h(标准状态)，NO2的浓度为1800 × 10-6～2500 × 10-6，主要污染物是NO和NO2。
工程应用实例简介： 氨选择性催化还原法净化硝酸尾气中的NOx。
(2)净化原理及工艺流程
　　氨选择性催化还原法处理硝酸废气，是在铜一铬催化剂的作用下，使NH3与尾气中NOx进行选择性还原反应，将NOx还原为N2。
　　从吸收塔中出来的废气，经过两个预热器加热至249 oC，进入废气与氨气混合器，再进入反应器进行反应，处理后的废气经交换器回收能量后，由80m高的烟囱排入大气。
4.3 NOx的净化技术
1. 填空题：
（1）处理NOx的方法有（ ）、（ ）、（ ）等多种。
（2）工业上应用较多的是（ ）法、（ ）法。
（3）活性炭吸附法控制在200℃以下的原因是（ ）；得到的再生产物是（ ）；
（4）丝光沸石吸附法中吸附剂的再生经过（ ）、（ ）、（ ）、（ ）四个步骤完成。
（5）选择性催化法的还原剂一般是（ ）；常用的催化剂有（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、（ ）等
2. 简答
（1）简述以丝光沸石为吸附剂吸附NOx废气的工作原理。
（2）什么是催化还原法。
（3）什么是选择性催化还原法。
（4）简述选择性催化还原法处理NOx尾气的工艺流程。
习题4.3
4.3 NOx的净化技术
4.4 汽车尾气净化技术
控制汽车排放的主要措施有三种．一是机内净化 ，二是机外净化，第三种为改变燃料组分
4.4.2.1 机内净化法
4.4.1 净化途径
1.控制汽油机混合气空燃比
　　空气和燃料按一定的比例组成的混合物称为可燃混合气．混合气中空气的质量与燃料质量比称为空燃比。混合气的空燃比对发动机的动力性、经济性、和排放性能均有很大的影响。
2.控制废气再循环
　　废气再循环系统(Exhaust Gas Recirculation)简称EGR，是将一部分排气引入进气系统，和混合气一起再进入汽缸燃烧，废气再循环是控制NOx排放的主要措施。
4.4.2.2 机外净化法
1.氧化法
通过催化反应，使有害物质HC、CO转化为无害物质。这种化学反应是氧化反应，是净化方法的依据，因此称为氧化法。
2.氧化还原法
HC+NOx→CO2+H2O+N2 CO十NOx→CO2+N2
HC、CO作为还原剂被氧化，NOx作为氧化剂被还原，这是净化HC、CO、NOx的依据，因此这种方法称为氧化还原法．
4.4.2 净化原理
4.4.4.3 改变燃料性能
汽车用燃料的改进
可燃性气体替代燃料
1
2
可燃性液体替代燃料
3
常见的可燃性气体如石油液化气、天然气、工业煤气等，均可作为汽油替代燃料
（1）直馏汽油
（2）裂化汽油
液体燃料主要有甲醇、乙醇、苯等
4.4 汽车尾气净化技术
4.4.2.4 净化材料及产品
　　对尾气净化器所用催化剂的基本要求是：能同时净化CO、HC和NOx三种有害物质必须同时具有高温(800C以上)和低温(0℃以下)活性，以保证其在高温下不被烧结，在低温时又能发挥催化作用．
1. 活性物质
第一代催化剂的活性组分为普通金属(Cu、Cr、Ni)氧化物
第二代催化剂以贵金属铂(Pt)、钯(Pd)、铹(Rh)和铱(lr)为主要催化活性组分
第三代和第四代催化剂主要是稀土金属的氧化物
2. 催化剂载体
3.三元催化净化器
在早期，汽车排气的二元净化催化剂载体主要采用氧化铝小球
目前蜂窝陶瓷载体多用堇青石 作原料，
三元催化净化器是装有三元催化剂能够同时净化汽车排气中的HC．CO和NOx的汽车净化器．
4.4 汽车尾气净化技术
4.4.2.5 净化设备
　　对尾气净化器所用催化剂的基本要求是：能同时净化CO、HC和NOx三种有害物质必须同时具有高温(800C以上)和低温(0℃以下)活性，以保证其在高温下不被烧结，在低温时又能发挥催化作用。
（1）分层燃烧系统
在分层燃烧系统中，使进入气缸的混合气浓度依次分层，在火花塞周围充有易于点燃的浓混合气(空燃比为12—13.5)以保证可靠的点火，在燃烧室的大部分区域充有稀的混合气。这样，燃烧室内总的空燃比平均在18：1以上，以减少CO和NOx的排放量。
(2)发动机外安装废气净化装置
①二次空气喷射
②热反应器
③氧化催化反应器
4.4 汽车尾气净化技术
1.填空题：
（1）汽车尾气主要排放哪三种有害气体（ ）、（ ）、（ ）。
（2）在汽车尾气净化中三元催化剂是指（ ）、（ ）、（ ）。
（3）目前汽车代用燃料主要有（ ）、( )、 ( )等。
2.简答
（1）对汽车尾气净化的三个途径？
（2）什么是三元催化净化器？
（3）什么是选择性催化还原法？。
（4）汽车代用燃料是什么？
（5）乙醇作为汽车代用燃料的主要优点？
习题4.4
4.4 汽车尾气净化技术
4.5 挥发性有机物治理技术
4.5.1 氧化分解技术
4.3.1.1 热氧化技术
热氧化技术又称燃烧法，对于有毒、有害、无须回收的 VOCs是一种比较彻底的处理方法，虽不能回收有用的物质，但可以回收热量。燃烧法可分为传统燃烧技术和蓄热燃烧技术，传统燃烧技术包括直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧。
4.3.1.2 生物净化技术
（1）净化原理：其实质是附着在滤料介质中的微生物在适宜的环境条件下，利用废气中的有机成分作为营养物质和能源，维持其生命活动，将污染物经代谢分解成简单小分子物质、CO2和 H2O 的过程。其主要包括五个过程，即 VOCs从气相传递到液相，再从液相扩散到生物膜表面，然后在生物膜内部的扩散，生物膜内的降解反应后将代谢产物排出生物膜。
4.5 挥发性有机物治理技术
4.3.1.2 生物净化技术
（2）净化工艺：在废气生物净化过程中,根据系统的运转情况和微生物的存在形式,可将生物处理工艺分成悬浮生长系统和附着生长系统。常用的工艺设备:生物洗涤器、生物滴滤塔和生物过滤塔。
生物洗涤器净化工艺流程
生物滴滤塔工艺流程
生物过滤塔工艺流程
4.5 挥发性有机物治理技术
4.5.2 回收技术
回收技术是通过物理方法，在一定温度、压力下，用选择性吸收剂、吸附剂或选择性渗透膜等方法来分离 VOCs,主要包括直接回收技术如冷凝法、膜分离法和间接回收技术如吸附法、吸收法等。
4.5.3 组合技术
根据不同治理技术的优势，采用组合工艺不仅可以满足排放要求，同时可降低设备运行费用。近年来在 VOCs治理中,基本都采用2种或2种以上的净化技术组合工艺来处理。对于低浓度有机废气多采用吸附浓缩－冷凝回收技术和吸附浓缩－燃烧技术，如吸附－蒸气脱附－冷凝回收组合工艺是国内目前 VOCs治理的重要技术，主要用于低浓度、大风量、回收价值较高的有机物的净化。
4.5 挥发性有机物治理技术
1.填空题
(1)蓄热燃烧法处理VOCs工艺在实际中使用的有( )。
(2)在污染物控制技术中常用于VOCs废气净化的吸附剂是( )。
(3)VOCs控制技术中回收技术包括( )、( )、( )和( )。
2.简答题
(1)分析比较VOCs燃烧净化处理中各方法的工艺特点(处理浓度、处理过程及效果)。
(2)分析比较生物净化技术处理有机废气的各工艺性能。
3.社会实践活动
到安装有气态污染物净化设备的工厂参观学习。要求:
(1)了解气态污染物的来源和性质。
(2)掌握该工厂采用的净化方法、净化设备和工艺流程。
(3)了解净化效率，分析影响净化效率的因素。
(4)了解设备成本运行费用及综合利用情况。
(5)结合所学知识，利用各种资源(如图书馆、资料室、阅览室、书店、网络媒体等)、查找信愿资 科，其编万出对某一种气态河染物的简单治理方案。字教在1500左右。
习题4.5

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