气态污染物种类繁多,特性各异,因此相应采用的治理气流入口方法也各不相同,常用的有:吸收法、吸附法、催化法、燃烧法、冷凝法等。本文主要介绍气态污染物吸收法
吸收法是分离、净化气体混合物最重要的方法之一,在气态污染物治理工程中,被广泛用于治理SO2、NOx、氟化物、氯化氢等废气中。1.吸收基本原理
当采用某种液体处理气体混合物时,在气-液相的接触过程中,气体混合物中的不同组分在同一种液体中的溶解度不同,气体中的一种或数种溶解度大的组分将进入到液相中,从而使气相中各组分相对浓度发生了改变,即混合气体得到分离净化,这个过程称为吸收。用吸收法治理气态污染物即是用适当的液体作为吸收剂,使含有有害组分的废气与其接触,使这些有害组分溶于吸收剂中,气体得到净化。
在用吸收法治理气态污染物的过程中,依据吸收质(被吸收的组分)与吸收剂是否发生化学反应,而将其分为物理吸收与化学吸收。前者在吸收过程中进行的是纯物理溶解过程,如用水吸收CO2或吸收SO2等;而后者在吸收中常伴有明显的化学反应发生,如用碱液吸收CO2,用酸溶液吸收氨等。化学反应的存在增大了吸收的传质系数和吸收推动力,加大了吸收速率,因而在处理以气量大、有害组分浓度低为特点的各种废气时,化学吸收的效果要比物理吸收效果好得多,因此在用吸收法治理气态污染物时,多采用化学吸收法。
2.吸收流程
(1)吸收工艺根据吸收剂与废气在吸收设备内的流动方向,可将吸收工艺分为:
①逆流操作。即在吸收设备中,被吸收气体由下向上流动,而吸收剂则由上向下流动,在气、液逆向流动的接触中完成传质过程。
②并流操作。被吸收气体与吸收剂同时由吸收设备的上部向下部同向流动。
③错流操作,被吸收气体与吸收剂呈交叉方向流动。
在实际的吸收工艺中,一般均采用逆流操作。
(2)吸收流程吸收流程布置可分为循环过程与非循环过程两种
①非循环过程。流程布置的主要特点是对吸收剂不予再生,即没有吸收质的解吸过程,具体流程如图3-11所示。图3-11中右侧所示流程中虽有部分吸收剂进行循环,但循环部分与非循环部分均无吸收剂的再生步骤。
②循环过程。流程的主要特点是吸收剂的封闭循环,在吸收剂的循环中对其进行再生,具体流程如图3-12所示。待净化气体进人吸收塔进行吸收,塔底排出的吸收液进入解吸塔或再生塔,用适当的方法使吸收质从吸收液中释出,再生后的吸收剂入吸收塔重新使用。
3.常用吸收设备
吸收设备种类很多,每一种类型的吸收设备都有着各自的长处与不足,选择一适宜的吸收设备,应考虑如下的因素:对废气处理能力大;对有害组分吸收净化效率高;设备结构简单,操作稳定;气体通过阻力小;操作弹性大,能适应较大的负荷波动;投资省等。
目前工业上常用的吸收设备主要有三大类。
(1)表面吸收器 凡能使气液两相在固定接触表面上进行吸收操作的设备均称为表面吸收器。属于这种类型的设备有水平表面吸收器、液膜吸收器以及填料塔等。在气态污染物治理中应用最普遍的是填料塔,特别是逆流填料塔。由于在这种类型的塔中,废气在沿塔上升的同时,污染物浓度逐渐下降,而塔顶喷淋的总是较为新鲜的吸收液,因而吸收传质的平均推动力最大,吸收效果好。典型逆流填料塔如图3-13所示。
(2)鼓泡式吸收器 在这类吸收器内都有液相连续的鼓泡层,分散的气泡在穿过鼓泡层时有害组分被吸收。属于这一类型的设备有鼓泡塔和各种板式吸收塔。在气态污染物治理中应用较多的是鼓泡塔和筛板塔,图3-14和图3-15分别是连续鼓泡吸收塔和筛板塔的示意。
(3)喷洒式吸收器 这类吸收器是用喷嘴将液体喷射成为许多细小的液滴,或用高速气流的挟带将液体分散为细小的液滴,以增大气-液相的接触面积,完成物质的传递。比较典型的设备是空心喷洒吸收器和文丘里吸收器。空心喷淋吸收塔(见图3-16)设备结构简单,造价低廉,气体通过的阻力降很小,并可吸收含有黏污物及颗粒物的气体,但其吸收效率很低,因此应用受到极大限制。
文丘里吸收器(见图3-17)结构简单,处理废气量大,净化效率高,但其阻力大,动力消耗大,因此对一般气态污染物治理时应用受限制,比较适于处理含尘气体。
4.吸收法特点
采用吸收法治理气态污染物具有工艺成熟、设备简单、一次性投资低等特点,而且只要选择到适宜的吸收剂,对所需净化组分可以具有很高的捕集效率。此外,对于含尘、含湿、含黏污物的废气也可同时处理,因而应用范围广泛。但由于吸收是将气体中的有害物质转移到了液体中,这些物质中有些还具有回收价值,因此对吸收液必须进行处理,否则将导致资源的浪费或引起二次污染。