大气污染治理技术：有毒气体净化方法

生产过程中散发出来的有毒气体种类很多，本项目任务中主要介绍H2S、汞蒸气的净化技术。

（一）H2S气体的净化

1.H2S的来源及特性

H2S是无色、有臭味的有毒气体，其沸点为-60℃，在标准状况下密度为1.54kg/m3。当温度为20℃、压力为101324Pa时，在水中的溶解度为6g/L。H2S是一种嗅觉阈值极低的恶臭物质，其浓度为0.0005mL/m3时就会被人们所觉察。

H2S对人体的危害是强烈地刺激眼睛、呼吸道及神经系统。高浓度H2S能干扰氧在体内的输送及代谢功能，甚至使人窒息死亡。因此，H2S是重点治理的污染物和恶臭物质。

H2S来源极为广泛。人为产生的H2S主要来源于炼油、炼焦、煤气、制革、染料、人造纤维和橡胶业，年排放量达300万t。污水处理过程中产生的臭气中含有H2S。

低浓度的H2S废气，可用前面介绍的有关脱臭方法来净化。在天然气、工业煤气以及合成气不仅要求脱硫效率高并且能回收硫酸盐或单质硫。下面介绍常用的工业净化H2S工艺。

2.真空碳酸钠法

该法是用碳酸钠溶液吸收硫化氢，吸收液经过真空蒸馏再生而循环使用。工艺流程如图7.25所示。

图7.25　真空碳酸钠法流程

1—吸收塔　2—再生塔　3—冷凝液接受器　4—冷却器
5—真空泵　6、9—泵　7—流量控制器　8—液位控制器

含H2S废气先送入吸收塔，在吸收塔内用3～5g/L的Na2CO3溶液吸收H2S气体，化学反应为：

NaCO3+H2S→NaHCO3+NaHCO3+NaHS

吸收塔可采用填料塔，液气比为9.6～24.0kg/m3，H2S的去除效率可达85%～95%。

经过反应的吸收液用泵送至再生塔，在塔内靠真空蒸馏再生。再生后的溶液从塔底抽出，经冷却后送回吸收塔循环使用。

再生可用低压蒸汽或废热，因塔内处于负压操作，因此60℃时，吸收液即可沸腾。

吸收液经过一段时间循环使用后，循环液与氧发生副反应生成硫代硫酸钠，这种盐能在吸收液中积累引起吸收液的活性降低。多次循环使用也会引起其他不利于吸收的反应，因此吸收液要部分更换或废弃。

3.活性炭净化硫化氢

该法是利用活性炭对H2S转化成元素硫的催化作用，净化含H2S废气并回收硫。工艺流程如图7.26所示。

图7.26　活性炭脱除硫化氢流程

1—活性炭反应器　2—硫化铵溶液槽　3—冷凝液槽　4—中间槽
5—蒸发器　6—离心分离机　7—冷却器(www.xing528.com)

含H2S废气在进入活性炭反应器之前要加入50%以上的过量空气和相当于5%H2S体积的NH3，以提高H2S氧化的反应速率。活性炭反应器NO.1和NO.2均为固体床反应器，两者交替吸附。NO.1反应器吸附饱和后，气体便切换至NO.2反应器中进行吸附。沉积在NO.1反应器中活性炭上的硫，用15g/L的硫化铵水溶液连续萃取。操作程序是，用泵将T-1槽中的萃取液送入反应器，浸没活性炭来萃取硫，停留几分钟将溶有硫的萃取液送回T-1槽。按照同样的方法依然用T-2、T-3、T-4槽中的萃取液溶解活性炭上的硫。萃取完毕后，活性炭反应器用100℃的饱和蒸汽处理后又进行吸附操作。解脱的气体中有NH3和H2S，用T-5槽中的冷凝液在喷淋塔中冷凝，冷凝液送入T-4槽。萃取后的饱和溶液送入T-6槽，再进入蒸发器，脱去水分得到固体硫。

活性炭不适于处理含焦油和聚合物的气体。因此，气体应该首先脱除焦油及其他杂质，然后再送入活性炭反应器进行净化。

（二）汞蒸汽净化

汞是银白色液体金属，熔点234.26k，沸点630K，蒸气压0.1733Pa（293K），能溶解多种金属，并能与除铁、铂外的各种金属生成多种汞剂。空气中的汞以蒸气存在。室内墙壁、地坪和家具都能吸收汞，但在高温条件下又会向空气中释放汞。含汞废气主要来自冶金、化工仪表等工业生产过程，其他用汞的场合也会有汞蒸气散发。

汞经过呼吸道进入人体内，能引起自主神经功能紊乱，使人易怒、心悸、出汗，肌肉颤抖，颜面痉挛，伤害脑组织。

含汞废气的净化方法有很多种，下面主要介绍吸附法和高锰酸钾溶液吸收法两种流程。

1.吸附法净化含汞废气

直接用活性炭或硅胶吸附汞蒸气，效果较差。当将活性炭用银渍浸过后，活性炭对空气中汞的吸附容量就会增大100倍，浸银活性炭吸附的容质量可超过活性炭质量的3%。浸渗银量为活性炭质量5%～50%

汞吸附器的结构形成如图7.27所示。

图7.27　汞吸附器

1—气体入口　2—气体出口　3、4—检查孔　5—吸附器列管　6—吸附剂

吸附剂吸附汞达到饱和后，用加热法再生，加热再生温度为300℃。也可以采用蒸馏法回收纯汞。

2.高锰酸钾溶液吸收法

高锰酸钾溶液与汞的化学反应式如下：

2KMnO4+3Hg+H2O→2KOH+2MnO2+3HgO

MnO+2Hg→Hg2MnO

图7.28　高锰酸钾溶液净化氢气中汞的流程

1—冷却塔　2—填料式吸收塔　3—水环真空泵　4—循环槽　5—泵

含汞气体是由电解槽排放出来的。吸收前应先降温，因此废气先进入冷却塔，降温后再进入吸收塔。再塔内高锰酸钾溶液与汞蒸气进行吸收反应，吸收剂溶液经过多次循环使用后，其中汞含量不断增大，一般用絮凝剂使悬浮物沉淀分离。上清液加入高锰酸钾后返回吸收塔进行吸收。沉淀分离出来的汞废渣经处理后回收金属汞。