安徽重生环保工程技术有限公司：吸收法处理**废气的常用方法—化学吸收的技术概况及其相关设备产品

导读：**挥发性废气在治理时，吸收法是常用的方法之一，尤其是化学吸收。
01 技术概述
1.1 化学吸收原理
化学吸收法的机理是用液体处理气体中的污染物的方法，使废气与液体紧密接触，气体混合物中的一种或多种组分溶解于液体中，或者与液体中的组分进行选择性化学反应，从而将物质从气相中分离出来。吸收质与吸收剂或液相中的某种活性组分发生化学反应即是化学吸收。化学吸收基于的基本理论是双膜理论。双膜理论描述了吸收过程是一个相际传质过程，即溶质先从气相主体扩散到气液界面，穿过界面，再向液相主体扩散。
双膜理论的基本要点是：

（1）相接触的气、液两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧附近各有一层很薄的稳定的气膜或液膜，溶质以分子扩散方式通过此两膜层。
（2）界面上的气、液两相呈平衡。相界面上没有传质阻力。
（3）在膜层以外的气、液两相主体区无传质阻力，即浓度梯度(或分压梯度)为零。
1.2 化学吸收优缺点
1.2.1 优点（1）化学吸收提高了吸收的选择性；（2）化学吸收加快吸收速率，从而减小设备容积；（3）化学吸收增加了溶质在液相的溶解度，减少吸收剂用量；（4）化学吸收降低了溶质在气相中的平衡分压，可较彻底地除去气相中很少量的有害气体。1.2.2 缺点（1）化学吸收流程较长；（2）设备较多；（3）操作较复杂；（4）吸收剂价格较贵；（5）吸收剂再生困难；（6）能耗和化学品消耗较大。
1.3 化学吸收的应用情况
化学吸收法处理VOCs废气的典型工艺流程是：含VOCs的气体由底部进人吸收塔，在上升的过程中与来自塔**的吸收剂逆流接触，吸收液与吸收质发生选择性化学反应，被净化后的气体由塔**排出。吸收了VOCs的吸收剂通过热交换器后，进人汽提塔**部，在温度**吸收温度或（和）压力低于吸收压力时得以解吸，吸收剂再经过溶剂冷凝器冷凝后进人吸收塔循环使用。解吸出的VOCs气体经过冷凝器、气液分离器后以纯VOCs气体的形式离开汽提塔，被进一步回收利用。该工艺适用于VOCs浓度较高、温度较低和压力较高的场合。其他情况下需要做相应的调整。对于化学吸收，其作为前处理工艺或后处理工艺，在很多产生挥发性**废气的场合均可应用，如下：（1）喷漆废气：主要成分为丙酮、丁醇、二甲苯、甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯等挥发性**化合物，主要产生于油漆喷涂等表面处理企业。（2）塑料、塑胶废气：主要成分为塑料、塑胶等粒子受热加工过程中挥发出来的聚合物单体，因塑料、塑胶组成成分较为复杂，废气中主要含乙烯、丙烯、苯乙烯、丙烯晴和丁二烯等烯烃类塑料聚合物单体，但浓度普遍较低、风量大。涉及企业主要有塑料造粒企业、化纤生产企业、注塑企业、橡胶生产企业等。（3）定型废气：主要成分为其主要成分为醛、酮、烃、脂肪酸、醇、酯、内酯、杂环化合物、芳香族化合物。涉及的企业主要为染整企业、化纤生产企业。（4）化工**废气：主要由化工企业排放产生，废气成分同化工企业设计生产的化工产品种类有较大关系。
（5）印刷废气：主要成分为油墨中挥发出来的甲苯、非甲烷类总烃、乙酸乙酯、乙醇等。涉及的企业主要为含有油墨印刷工序的企业，主要如包装品、印花等公司。
（6）2.相关设备和产品
2.1设备（产品）分类概述
关于化学吸收法，设计时通常要决定：合理的工艺、适宜的吸收剂、吸收设备等，吸收剂的选取和吸收设备的选择时化学吸收法的关键。通常吸收剂根据吸收质的不同，可选取酸性溶液、碱性溶液、**化学品等。吸收设备也有表面吸收器、鼓泡式吸收器和喷洒式吸收器。常见的吸收塔有填料塔、喷淋塔、文丘里吸收器等。还有一些其他辅助设备设施，如填料、除雾器等。对于吸收工艺、吸收剂和吸收设备的选择，需遵循一定的原则和要点。
2.1.1 吸收工艺的选择原则（1）对混合VOCs含氯化氢、硫酸雾等酸性成分，但浓度不高时，采用碱吸收填料塔、板式塔作为预处理。（2）混合VOCs含氨气等碱性成分，但浓度不高时，采用酸吸收填料塔作为预处理。（3）VOCs含有醇类等易溶于水的组分，一般采用水吸收填料塔进行预处理。（4）若VOCs无机酸碱成分浓度较高，排放量大，一般在酸碱中和吸收之前用降膜吸收器进行回收处理，用水作为吸收剂。（5）若VOCs含漆雾，粉尘等，要先进行漆雾预处理，粉尘采用除尘器、分离器或者过滤器进行预处理。（6）若VOCs含大量水蒸气，要先通过急冷塔或者冷却塔进行预处理。
2.1.2 化学吸收剂选择原则对于化学吸收，吸收剂的选择，直接关系吸收效率的高低，是成为决定吸收操作效果是否良好的关键。因此在选择吸收剂时应考虑以下几个方面的问题：（1）提高吸收速度、增加吸收效率。（2）减少吸收液用量与设备尺寸。（3）对有害物组分的溶解度要大，其他组分尽量小。（4）为了减小吸收液的损失，其蒸气压应尽量低。（5）为了减少设备投资，尽量不采用腐蚀性介质。（6）粘度要低，比热不大，不起泡。（7）尽可能无毒、难燃、并且化学稳定性好，冰点要低。（8）来源充足，价格低廉，就地取材，易再生重复使用。（9）使用中有利于有害组分的回收利用。（10）吸收碱性气体常用酸性吸收剂，如；对于酸性气体，常用碱性溶液吸收，如常用：氢氧化钠，氢氧化钙，氨水，碳酸钠；轻烃、焦化类气体（苯、甲苯、二甲苯、萘）多用洗油作吸收剂，如洗油吸收苯、沥青烟、焦化废气；聚乙醇醚、冷甲醇、二乙醇胺等做吸收剂吸收硫化氢、二氧化碳等。
2.1.3吸收设备的设计原则（1）根据被吸收气体、吸收液、吸收塔型式和要求的吸收效率，应选择经济合理的空塔气速。（2）吸收塔的高度应能保证气液有足够的有效接触时间。（3）对于易吸收的气体宜取小的液气比，不易吸收的气体宜取较大的液气比，特别难吸收的气体或一些特殊场合，宜采用大的液气比。（4）吸收塔的气体出口处应设置除雾装置。（5）吸收塔的气体进口段应设气流分布装置。（6）吸收液喷淋效果应均匀，防止沟流和壁流现象的发生。（7）操作稳定并有合适的弹性。（8）结构简单，制造维修方便，造价低廉。（9）吸收装置的设计应符合HJ/T387的规定。
2.1.4 吸收设备的选择要点（1）若气液反应速度非常快，可以**选用喷淋塔、填料塔等；（2）若反应较快，热效应大时，也可以考虑采用筛板吸收塔；（3）若反应物浓度高，可选用文丘里或喷雾塔洗涤器；（4）当气液传质速度慢时，需要提供大量的液体，此时采用鼓泡塔，也可采用大的液气比的方法选择其他塔型；（5）在吸收容易又产生固体时，宜选用内部构件少、阻力小、压降小的设备，如泼水轮吸收室等；（6）在达到吸收要求的前提下，尽可能选用结构简单、造价低廉、容易操作的设备。在常见的吸收设备中，按结构的复杂程度依次排序为：喷淋塔、板式塔、填料塔。
2.1.5 吸收设备的运行管理（1）选择和掌握适当的空塔气速度填料塔为1.5~2m/s，板式塔、喷淋塔为2m/s以上，湍球塔为4m/s左右。填料塔操作时不能产生“液泛”，板式塔不能产生“喷塔”，湍球塔不能产生“短路”等。空塔气速越高处理能力越大，但塔高也必须越高，要考虑气液接触时间。高的空塔气速会造成严重的雾沫夹带，这将给除雾器增加负担，也有**标的危险。（2）控制好液气比液气比增大，气液传质速率大，从而污染物的去除效率增大。在工程中，允许的较小气液比有吸收塔的运行特性决定。（3）其他控制和调整吸收液浓度、PH值、注意系统的防垢和堵塞、温度、压力、密封、泄漏等，同时兼顾能耗。
2.2.1吸收设备
2.2.1.1 填料塔填料塔的典型结构如图2.1所示。它由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成，塔外壳多采用金属材料，也可用塑料制造。填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，20世纪80年代后开发的新型填料如QH—1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程，多用于气体的净化。 
填料塔运行稳定，操作时，一般要求空塔气速通常为0.5～1.2m/s，气速过大会形成液泛，喷淋密度6～8m3/(m2/h)以保证填料润湿，液气比控制在1～10L/m3， 填料塔具有结构简单、便于制造，气液接触良好，压降较小等优点。缺点是易结垢，当烟气中含有悬浮颗粒时易堵塞，清理检修时填料损耗大。填料塔不宜处理含尘量较大的烟气，设计时应克服塔内气液分布不均的问题。
2.2.1.2 喷淋塔用喷嘴将液体喷射成为许多细小的液滴，以增大气象与液相的接触面，完成传质过程。比较典型的设备是空心喷洒吸收器和文丘里吸收器。喷淋塔的结构见图2.2。在吸收器中，气体通常是自下而**动，而液体则是由装在塔**的喷射器呈喇叭状喷洒。当塔体比较高时，可将喷洒器分层放置，也可以采用组合喷洒方式。空塔吸收器结构简单，造价低廉，阻力小，效率较高。
2.2.1.3文丘里管吸收器文丘里管吸收器是目前高效率吸收器之一。通常用在高温烟气的降温和除尘上，也用在有有害体的洗涤上，其结构如图2.3所示。它是由收缩管、喉管和扩散管组成的。文丘里管吸收器通常由文氏管、喷雾器和旋风分离器组成，操作时将液体雾化喷射到文氏喉管的气流中，气流速度为60～100m／s，处理100m3／min的废气需液体雾化喷人量为40L／min。文氏管吸收器结构简单、设备小、占空间少、气速高、处理量大、气液接触好、传质较容易，特别适用于捕集气流中的微小颗粒物。但因气液并流，气液接触时间短，不适合难溶或反应速度慢的气液吸收，而且压力损失大(800～9000h)，能耗高。
2.2.1.4 板式塔板式塔是在塔内装有一层层的塔板，液体从塔**进入。气体从塔底进入，气液的传质、传热过程是在各个塔板上进行。板式塔种类很多。大致可分为二类：一类是降液管式，如泡罩塔、筛孔板塔、浮阀塔、S形单向流板塔、舌形板塔、浮动喷射塔等；另一类是穿流式板塔，如穿流栅孔板塔(淋降板塔)、波纹穿流板塔、菱形斜孔板塔、短管穿流板塔等。以下简单介绍筛孔板塔和斜孔板塔。筛孔板塔：筛孔直径一般取5～10mm，筛孔总面积占筛板面积的10％～18％。为使筛板上液层厚度保持均匀，筛板上设有溢流堰，液层厚度一般为40mn左右，筛板空塔风速约为1.0～3.5m/s，筛板小孔气速6～13m/s，每层筛板阻力300～600Pa。筛孔板塔主要优点是构造简单，处理风量大，并能处理含尘气体。不足之处是筛孔堵塞清理较麻烦，塔的安装要求严格，塔板应保持水平；操作弹性较小。斜孔板塔：斜孔板塔是筛孔板塔的另一形式。斜孔宽10～20m，长10～15mm，高6mm。空塔气流速度一般取1～3.5m/s，筛孔气流速度取10～15m/s。气体从斜孔水平喷出，相邻两孔的孔口方向相反，交错排列，液体经溢流堰供至塔板(堰高30mm)，与气流方向垂直流动，造成气液的高度湍流，使气液表面不断更新，气液充分接触，传质效果较好，净化效率高，同时可以处理含尘气体，不易堵塞，每层筛板阻力约为400～600Pa。该塔结构比筛孔板塔复杂，制造较困难，安装要求严格，容易发生偏流。     图2.4所示的是一种错流型的筛板塔结构。在截面为圆形的塔内，沿塔高装有多层筛板。筛板上开有2～15mm的小孔，开孔率一般为6%～25%。操作时，气体从下而上经筛孔进入筛板上的液层，形成鼓泡层，气、液在鼓泡层内完成传质过程后进入上一层；吸收液在筛板上交错流动，这样气液进行逐级的多次接触。
2.2.1.5 湍球塔湍球塔结构如图2.5所示。它是填料塔的一种特殊形式，运行时塔内填料处于运动状态，以强化吸收过程。在塔内栅板间放置一定数量的轻质小球填料，吸收剂自塔顶喷下，湿润小球表面，气体从塔底进入，小球被吹起湍动旋转，由于气、液、固三相充分接触，小球表面液膜不断更新，增加了吸收推动力。提高了吸收效率。湍球塔采用的小球通常由不锈钢、聚乙烯、聚丙烯或发泡聚苯乙烯等塑料制作，小球直径有25mm、30mm、38mm等几种规格，当塔的直径大于200mm时，填料的静止床层高度控制在0.2～0.3m。湍球塔也常常设计成多层结构。操作时，该塔处理风量较大，空塔气速1.5-6.0m/s，喷淋密度20-110m3/(m2/h)，压力损失1500-3800Pa，而且还可处理含尘气体。湍球塔的优点是气流速度高，处理能力大，设备体积小，吸收效率高，不易被固体颗粒堵塞，可用于含尘量较高的烟气处理。它的缺点是压降大，塑料小球不能承受高温，使用寿命短，需经常更换。
2.2.2 吸收器附件
2.2.2.1支撑板
支撑板起作着支撑填料或者球体的作用。它可以是栅板或者是孔板。一般需满足以下几个条件：足够的强度、要有一定的腐蚀性、要保证一定的开孔率等。图2.6为一系列支撑板型式。
2.2.2.2液体分布装置
在填料塔和喷淋塔等吸收塔内部，为保证从塔**引入的液体能均匀的分布在整个塔的截面上，通常要设置液体分布装置。常见的液体分布装置有管式喷淋器、莲蓬式喷洒器、盘式喷洒器等。图2.7为液体分布装置。
2.2.2.3液体再分布装置
使用填料塔时，液体沿填料层下流时，往往由于塔壁处阻力较小而有逐渐向塔壁处集中的趋势。这样，沿填料向下距离愈远，填料层中心的润湿程度就愈差，形成了所谓“干椎体”的不正常现象，减少了气液两相的有效传质面积。因此每隔一段距离必须设置液体再分布装置。图2.8为液体再分布装置。常用的再分布器是截锥式再分布器。
2.2.2.4 气体分布器
吸收塔的气体进口通常设气体分布装置。常见的方法是使进气管伸直塔的中心线位置，管段为45º向下的切口或向下的缺口。对于大塔，管的末端可以制成向下的喇叭形扩大口，或进气管制成的多孔盘管式。图2.9为气体分布器。
2.2.2.5除雾器
在吸收塔塔**，需设置能去除被气体夹带的液体雾滴。常用的除雾装置有折板除雾器、填料除雾器、丝网除雾器、旋流板除雾器等。除雾器的选用主要应根据塔**气体的雾沫夹带量和工艺条件的允许程度而定。