氣體吸收是氣體混合物中一種或多種組分溶解於選定的液體吸收劑中，或者與吸收劑中的組分發生選擇性化學反應，從而將其從氣流中分離出來的操作過程。從大氣污染控制的角度看，用吸收法淨化氣態污染物，不僅是減少或消除氣態污染物向大氣排放的重要途徑，而且還能將污染物轉化為有用的產品。例如，用吸收法淨化石油煉製尾氣中硫化氫的同時，還可回收有用的元素硫。能夠用吸收法淨化的氣態污染物主要包括SO2、H2S、HF和NOx等。
基本介紹
- 中文名：有機廢氣吸收處理法
- 外文名：Organic waste gas absorption treatment method
- 套用學科：環境工程等
- 適用領域範圍：大氣污染控制
- 套用：有機廢氣
- 性質：環境生態專業術語
釋義,化學吸收的基本概念,相平衡與化學平衡的關係,對吸收設備的基本要求及類型,典型的幾種吸收設備,
釋義
用吸收法淨化氣態污染物，與化工生產中的吸收過程相比較具有處理氣體量大、吸收組分濃度低及要求吸收效率和吸收速率較高等特點。所以，採用一般簡單的物理吸收是不能滿足要求的，多採用化學吸收過程。如用鹼性溶液或漿液吸收燃燒煙氣中低濃度SO2的過程。另外，需要淨化的氣體成分往往較複雜。例如，燃燒煙氣中除含有SO2外，還含有NOX、C02、C0和煙塵等，會給吸收過程帶來困難。多數情況下，吸收過程僅是將污染物由氣相轉入液相，還需對吸收液進一步處理，以免造成二次污染。
化學吸收的基本概念
在物理吸收中，氣體組分在吸收劑中只是單純物理溶解過程。在化學吸收中，由於吸收質在液相中與反應組分發生化學反應，降低了液相中純吸收質含量，因而增加了吸收過程推動力，從而提高了吸收速率。同時，由於溶液表面上被吸收組分的平衡分壓大為降低，增大了吸收劑的吸收能力，使出塔氣體中吸收質含量進一步降低，達到使氣體進一步淨化之目的。
在物理吸收過程中，吸收速率決定於吸收質在氣膜和液膜中的擴散速率。在化學吸收過程中，吸收速率除與擴散速率有關外，還與化學反應的速率有關。如果反應進行迅速，以至在氣液界面附近便把溶人的溶質消耗淨，使溶質在液膜內的擴散阻力大為降低，因而加大了總傳質係數。例如，水吸收SO2為氣、液膜共同控制，若改用鹼液吸收，則變為氣膜控制。
相平衡與化學平衡的關係
化學吸收過程既應服從被吸收組分的氣液平衡關係即相平衡關係，也應服從化學平衡關係。在這種情況下，亨利定律僅可適用於被溶解氣體沒有變化的分子的濃度，此濃度決定於溶液中進行反應的平衡條件。
對吸收設備的基本要求及類型
(1) 對吸收設備的基本要求為了強化吸收過程，降低設備的投資和運行費用，吸收設備必須滿足以下基本要求：
① 氣液之間有較大的接觸面積和一定的接觸時間；
② 氣液之間擾動強烈，吸收阻力小，吸收效率高；
③ 操作穩定，並有合適的操作彈性；通氣流通過時的壓降小；
⑤ 結構簡單，製作維修方便，造價低廉；
⑥ 針對具體情況，要求具有抗腐和防堵能力。
(2)吸收設備的分類 由吸收過程的分析指出，氣液兩相界面的狀況對吸收過程有著決定性影響。吸收設備的主要功能就在於建立最大的並能迅速更新的相接觸表面。因此，對各種吸收設備進行分類時，主要根據氣液兩相界面形成的原理。為此，吸收設備可以分為三類：
①具有固定相界面的吸收設備；②在氣液兩相流動過程中形成相界面的吸收設備；③有外部能量引入的吸收設備。
上述三類吸收設備中所包含的典型設備見表6—3。
氣態污染物吸收淨化過程，處理一些低濃度的組分，且氣體量大，因而多選用氣相為連續相、湍流程度較高、相界面大的吸收設備。最常用的是填料塔，其次是板式塔，此外還有噴灑塔和文丘里吸收器，文丘里吸收器是近代高效率吸收設備之一。
表6—3吸收設備的分類
(1) 具有固定相界面 | (2) 在氣液兩相流動過程中形成 | (3) 有外部能量引入的吸收設備相界面的吸收設備的吸墳設備 |
陶瓷吸收壇 石英管吸收器 石墨板吸收器 列管式濕壁吸收器 | 填料吸收塔 湍球塔吸收器 篩板吸收器 泡罩吸收塔 穿流式孔板吸收器 泡沫吸收塔 | 帶有機械攪動的臥式吸收器 噴灑式吸收器 |
典型的幾種吸收設備
（1）填料塔
塔內裝有支板，板上堆放填料層，噴淋的液體通過分布器灑向填料。在吸收器內，填料在整個塔內堆成一個整體。有時也將填料裝成幾層，每層的下邊都設有單獨的支承板，當填料分層堆放時，層與層之間常裝有液體再分布裝置，在吸收塔內，氣體和液體的運動經常是逆流的，即吸收劑自塔頂向下噴淋，在填料表面分散成薄膜，經填料間的縫隙下流，亦可形成液滴落下，氣體從塔底被送人，沿填料間空隙上升，填料層的潤濕表面就成為氣液接觸的傳質表面。填料種類很多，常用的有拉西環、鮑爾環，鞍形和波紋填料等。對填料的基本要求是：單位體積填料所具有的表面積大，氣體通過填料時的阻力低。
填料塔的優點是結構簡單、便於用耐腐蝕材料製造，氣液接觸效果較好，壓降較小。缺點是當煙氣中含有懸浮顆粒時，填料容易堵塞，清理榆修時填料損耗大。
（2）湍球塔
湍球塔是近年來新發展的一種吸收設備。它是填料塔的一種特殊情況，其填料為在塔內不斷湍動的空心或實心小球，由塔內開孔率較大的篩板支承和限位。支承板的開孔率約為0.35-0.45；限位板取0.8-0.9。氣流通過篩板時，小球在其中湍動旋轉，相互碰撞，吸收劑自上向下噴淋，潤濕小球表面，進行吸收。由於氣、液、固三相接觸，小球表面的液膜不斷更新，增強了氣液相之間的接觸和傳質，提高了吸收效率。
小球應質輕、耐磨、耐腐蝕、耐高溫。通常由聚乙烯、聚丙烯或發泡聚苯乙烯等塑膠製作，塔的直徑大於200mm時，可以採用直徑25、30、38mm的小球。填料的靜止床層高度為0.2—0.3m。
湍球塔的空塔速度一般為2-6m/S。湍球塔被推薦用於處理含顆粒物的氣體或液體以及可能發生結晶的過程。在這種設備中由於填料劇烈地湍動，不易被固體顆粒堵塞。一般情況下，每段塔的阻力約為0.4—1.2kPa。在相同的氣流速度下，湍球塔的阻力要比填料塔小。
湍球塔的優點是氣流速度高，處理能力大；設備體積小，吸收效率高。它的缺點是隨小球的運動，有一定程度的返混；段數多時阻力較高；塑膠小球不能承受高溫，使用壽命短，需經常更換。
（3）篩板塔
要使操作正常、穩定，氣液量必須適當。在正常的氣體負荷下，液體是不會從篩孔泄漏下來的，須經溢流管逐板下流。但若氣體負荷過小，氣體的壓力不足以維持與溢流堰高度相應的液層，液體便會通過篩孔泄漏，使操作效率降低。若氣體負荷過大，則氣流通過篩板後猛烈將液體推開，以連續迅速通過塔板液層，尤如氣體短路，造成氣液接觸不良，形成嚴重的霧沫夾帶現象，且使壓降增長很快。
氣體通過篩板塔的空塔速度一般為1.0-2.5m/s，氣體穿過篩孔的氣速約為4.5-12.8m/s。液體流量按空塔截面計約為1.5-3.8m(h·m)。每塊板的壓降為0.8-2.0kPa。
篩板塔與其它板式塔相比，具有處理能力大，壓降小，在一定負荷範圍內容易操作，塔板效率高及製作安裝簡單，金屬耗量省，造價低等優點。主要缺點是必須維持恆定的操作條件，負荷範圍比較窄。另外，小孔徑篩孔容易堵塞。
板式塔種類很多，除篩板塔外，還有浮閥塔、噴射塔等，它們各有特點，並在氣體淨化中得到套用。
（4）填料塔與板式塔的比較
選用吸收設備時，需要考慮的因素很多。在下述情況下，應優先考慮選用填料塔：
① 所處理的物料具有強腐蝕性。因為填料形體簡單，可以方便的用陶瓷、玻璃、石墨、塑膠等化學惰性材料製造。
② 為了降低氣相壓降。因為填料塔的氣流阻力遠比板式塔低。
③ 傳質阻力為氣相控制的傳質過程。由於在填料塔中氣相處於湍流狀態，有助於降低氣相傳質阻力。
④ 易發沫的物料。板式塔在處理此類物料時易出現液乏現象。
⑤ 直徑小於0.8m的塔。小直徑的板式塔在板結構上有困難，造價高，而填料塔的經濟性能更好一些。
在下述情況下，以選板式塔為宜：
① 對於生產能力大的塔，即採用較大塔徑時，宜採用板式塔。因為板式塔以單位面積計的價格隨塔徑增大而減少，對於大塔而言，板式塔檢修、清理比填料塔容易。
② 對於含有固體顆粒的物系宜選用液流通道較大的板式塔型。
③ 傳質阻力為液膜控制的傳質過程。因為板式塔中，氣體在液層鼓泡，有利於處理液相阻力為主的系統。
④ 對於操作彈性要求高的場合。板式塔中以浮閥或其它浮動型塔板的操作彈性為大。
⑤ 若占地面積受限制，用板式塔較適宜。因為對於同樣處理氣體量，填料塔直徑較大。
