3 大气污染控制化学
3 大气污染控制化学
? 3.1 大气污染
? 3.1.1 大气污染源和大气污染物
? 3.1.2 大气污染控制的主要内容
? 3.2 气态污染物控制
? 3.2.1 硫氧化物的污染控制
? 3.2.2 氮氧化物的污染控制
? 3.2.3 含挥发性有机物废气净化
? 3.2.4 其他废气净化技术
大气污染
? 一般说，从自然科学的观点来看,,空气, 和, 大气,
两者并无实质性的差别。仅在研究近地层空气污染规律时，
往往将室外空气称为, 大气,,将室外地区性空气污染称
为, 大气污染,,而对室内或车间内的空气污染称, 空气
污染,,亦有人将大气污染理解为这两种污染的总称。
? 国际化标推组织 (IS0)认为,,大气污染，通常是指由于
人类活动和自然过程引起某些物质进人大气中，呈现出足
够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒
适、健康和福利或危害了环境。,
清洁与污染空气的成分含量对比
大气污染流程图
大气污染的形成条件,
一、大量的污染物排人大气中；
二、受当地不利气象条件的影响，使这些
污染物不能在大气中及时扩散稀释；
三、污染物在大气中积累或变化，以及有些
污染物的协同作用，使这些污染物的浓
度达到危害的程度。
大气污染控制的内容,
①查明污染物的来源；
②查明污染物在大气中的物理化学行为及其对人体、动
物、食品等的影响； ③ 制定大气污染物监测手段，查明
污染物在大气中的存在状态与存在浓度；④研究控制途
径与治理方法；
⑤提供立法管理的依据。
按照 ISO的定义，“大气污染物，系指由于人类活动或自
然过程排人大气的并对人或环境产生有害影响的物质。”
大气污染物
1．气溶胶状态污染物：沉降速度可以忽略的固体粒子、液体
粒子或固体和液体粒子在气体介质中的悬浮体。
一次气溶胶：从排放源排放的微粒（烟囱排出的烟粒、风刮起
的灰尘以及海水溅起的浪花等。
二次气溶胶：从源排放的气体，经过某地大气化学过程所形成
的微粒（火力发电厂、钢铁厂、金属冶炼厂、化丁厂、水泥厂
及工业和民用锅炉排放出的 H2S和 S2O气体，经过大气氧化
过程，最终转化为硫酸盐微粒。
气溶胶状态污染物 和 气态污染物
(1)粉尘 (dust)：系指悬浮于气体介质中的微小固体粒子，受重
力作用能发生沉降，但在某段时间内也能保持悬浮状态。通常
是由于固体物质的破碎、分级、研磨等机械过程或土壤、岩石
风化等白然过程形成的 — 。粒子的形状往往是不规则的。粒子
的尺寸一般为 1～ 200 μm左右。
(2)降尘,系指大气中的粒秆大于 10 μm的固体粒子，靠重力作
用能在较短时间内沉降到地面。
(3)飘尘,系指大气中的粒径在 0.1— 10 μm的固体粒子。它能
长期地在大气中飘浮故又称其为浮游粒子或可吸人颗粒物。
(4)总悬浮微粒 (T.S.P.)：系指大气中的粒径小于 100 μm的固
体粒子，它能较长时间地悬浮于大气中。这是为适应我国目前
普遍采用的低容量 (10m3/h)滤膜采样 (重量 )法而规定的指标。
(5)飞灰 (fly ash)：系指由燃料燃烧产生的烟气带走的灰分中分
散的较细的粒子。灰分 (ash)系含碳物质燃烧后残留的固体残渣。
(6)黑烟 (smoke)：通常系指由燃烧产生的能见气溶胶，是燃
料不完全燃烧的碳粒，粒径约为 0.5 μm。常以林格曼数、黑烟
的遮光率、沾污的黑度或捕集的沉降物的质量来定量地表示黑
烟。
(7)液滴 (droplet)：系指在静止条件下能沉降、在紊流条件下
能保持悬浮，主要粒径范围在 200 μm以下的小液体粒子。
(8)轻雾或霜 (moist),系指液态分散性和液态凝聚性气溶胶
的统称,粒径范围 5～ 100μm在气象学中它相当于能见度 1—
2km。
(9)重雾 (fog)：系指属于气体中的液滴悬浮体的总称,造成能
见度小于 1km的小水滴的悬浮体。在工程中泛指小液体粒子的
悬浮体，是由液体蒸气的凝结、液体的雾化和化学反应等过程
形成的，如水雾、酸雾、碱雾等。
2,气态污染物,
含硫化合物、含氮化合物、碳氢化合物、碳氧化合物、卤素化合物
一次污染物,从污染源直接排出的原始大气污染物质；
二次污染物,由一次污染物与大气中原有成分或几种一次污染物之间经
过一系列化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物。
光化学烟雾,
光化学烟雾是在阳光照射下，大气中的氮氧化物、碳氢化合物和氧化
剂之间发生一系列光化学反应而生成的蓝色烟雾 (有时带些紫色或黄褐色 )，
其主要成分有臭氧、过氧乙酰基硝酸酯（ PAN）、酮类和醛类等。光化学
烟雾的刺激性和危害要比一次污染物强烈得多。
气体状态污染物的种类
大气污染源分类：自然污染源和 人为污染源
按污染源
存在的形式
1，固定污染源,污染物由固定地点排出
（各种类型工厂、火电厂、钢铁厂等的排烟或排气）
2，移动污染源：污染物排放源可以移动
（如汽车行驶中排放废气等）
按污染物
排放的方式
1)高架源,污染物通过垂直高度＞ 15m的排气筒排放，主要污染源 。
2)面源； 由多个垂直高度＜ 15m的排气筒集合起来而构成的区域性污染源。
3)线源,移动污染源，如汽车在街道上行驶造成的尾气污染。
按污染物
排放的时间
1)连续源,污染物由排放源连续排放，如造纸厂排放制浆蒸煮废气的排气筒
2)间歇源：排放源间歇排放污染物，如取暖锅炉的烟囱。
3)瞬时源：排放时间短暂，如工厂的事故排放。
按污染物
产生的类型
1)工业污染源,
2)生活污染源：如烹调过程产生的废气
3)交通污染源,
大
气
中
主
要
气
态
污
染
物
的
来
源
、
发
生
量
,
背
景
浓
度
和
主
要
反
应
大气污染的影响
1．大气污染物对人体的影响,
途径,1，表面接触； 2，食入含污染物的食物和水； 3，吸入被污染的空气
(1)粉尘
(2)二氧化硫
(3)一氧化碳
(4)氮氧化物
(5)臭氧
(6)多环芳烃 (PAH)
2．大气污染物对植物的危害
3．对器物及气候的影响
硫氧化物的污染控制
受人类活动影响的硫在环境中的循环
燃料含硫,人类使用的所有有机燃料都含有一定量的硫。木材的硫含量较
低，约为 0.1％或更低，大多数煤炭的硫含量在 0.5％ 3％，石油的硫含量在
本材和煤炭之间。当燃料燃烧时，燃料中的硫大部分转化为 SO2,
控制 SO2排入大气的主要控制方法是以生成 CaSO4·2H20的形式捕集 SO2，
并通过产物填埋处理使硫返回地球。其总的化学反应可写为,
石灰石 石膏
因此．控制 SO2排放的重点是控制与能源活动有关的排放。控制的方法有,
采用低硫燃料和清洁能源替代、燃料脱硫、燃烧过程中脱硫和末端尾气脱硫。
一、燃烧前脱硫：煤炭固态加工、煤炭的转化（气化、液化）、重油脱硫
二、燃烧过程中脱硫：流化床燃烧脱硫
三、末端尾气脱硫
煤炭固态加工,原煤分选（重力脱硫）； 型煤固硫；正在研究的新脱硫方
法有浮选法、氧化脱硫法、化学浸出法、化学破碎法、细菌脱硫、微波脱
硫、磁力脱硫及溶剂精炼等多种方法，但至今实际应用的方法为数很少
燃烧前脱硫
煤炭的转化,
煤的气化,是指以煤炭为原料，采用空气、氧气,CO2和水蒸气为气化剂，
在气化炉内进行煤的气化反应，可以生产出不同组分、不同热值的煤气。
煤炭液化,是把固体的煤炭通过化学加工过程，使其转化为液体产品 (液态
烃类燃料，如汽油、柴油等产品或化工原料 )的技术。
重油脱硫,重油脱硫是在铂、钴和镊等金属氧化物催化剂作用下，通过高压
加氢反应，切断碳与硫的化合键，以氢置换出碳，同时氢与硫作用形成硫
化氢，从重油中分离出来，用吸收法除去。
燃烧过程中脱硫
一、流化床燃烧技术概述
流化燃烧的床层温度一般控制征 850一 950℃ 之间
按流态的不同，分为鼓泡流化床锅炉和循环流化床锅炉两类。
运行压力不向，分为常压流化床锅炉和增压流化床锅炉。
二、流化床燃烧脱硫的化学过程
原因：床内流化使脱硫剂和 SO2能充分混合接触；
燃烧温度适宜，不易使脱硫剂烧结而损失化学反应表面；
脱硫剂在炉内的停留时间长，利用率高。
三、流化床燃烧脱硫的主要影响因素
1,钙硫比
2,煅烧温度
3,脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构
4,脱硫剂种类
四、脱硫剂的再生
石灰石在流化床燃烧脱硫过程中钙的利用率并不高，一般为 10％一 40％。
不同温度下，脱硫剂会发生不同的再生反应,
高浓度二氧化硫尾气的回收与净化
高浓度 SO2尾气（ >4%）的回收处理是经济的，可利用 SO2生产硫酸,
案例：美国最大的位于盐湖城的 Kennecott铜冶炼厂，每年生产铜 32xl0*4t。
由黄铜矿生产铜的高温冶炼反应式为,
因此每产出 lmol的铜将同时产生 2mol的 SO2。每年将产生约 65x10*4t S02。
如果将此 SO2全部进行回收，用于生产硫酸，可生产硫酸 99.6x10*4t
实际情况是，该厂 99.9％以上的 SO2得到捕集，用于硫酸生产，只有不到
0.1％的 SO2直接排入大气。
处理浓度大于 4％的尾气进行制酸时，工艺过程的热量可以自给，即反应本
身的放热可以提供所有的工艺用热。当尾气中 SO2的浓度低于 4％时需要额
外的燃料费用，也增加了工艺的复杂程度。
低浓度二氧化硫烟气脱硫
石灰石／石灰法
改进的石灰石／石灰湿法烟气脱硫
为了提高 SO2的去除率，改进石灰石法的可靠性和经济性，发展了加入己
二酸的石灰石法。
喷雾干燥法烟气脱硫
氮氧化物污染控制
燃烧过程中氮氧化物的形成机理
2、热力型 NOx（ thermal NOx）,由大气中氮在高温下产生于原子氧和氮
之间的化学反应。
1,燃料型 NOx（ fuel NOx ):由燃料中固定氮生成的 NOx，大多为氨、氮苯
以及其他胺类。
3、瞬时 NO(prompt NO):在低温火焰中由于含碳自由基的存在所生成。
氮氧化物控制技术
控制 NOx排放的技术措施可以分为两大类,
一、源头控制，通过各种技术手段，控制燃烧过程中 NOx的生成反应 ——
低氮氧化物燃烧技术
影响燃烧过程中 NOx生成的主要因素是燃烧温度、烟气在高温区的停留
时间、烟气中各种组分的浓度以及混合程度。
从实践的观点看，控制燃烧过程中 NOx形成的因素包括
①空气 — 燃料比；
②燃烧区的温度及其分布；
③后燃烧区的冷却程度；
④燃烧器的形状设计等。
二、尾部控制，把已经生成的 NOx通过某种手段还原为 N2，从而降低 NOx的
排放量。
氮氧化物控制技术
1、选择性催化还原法 (selective catalytic reduction,SCR)脱硝
2、选择性非催化还原法 (selective noncatalytic reduction,SNCR)脱硝
3、吸收法净化烟气中的 NOx
氮氧化物能够被水、氢氧化物和碳酸盐溶液、硫酸、有机溶液等吸收。
3 大气污染控制化学
? 3.1 大气污染
? 3.1.1 大气污染源和大气污染物
? 3.1.2 大气污染控制的主要内容
? 3.2 气态污染物控制
? 3.2.1 硫氧化物的污染控制
? 3.2.2 氮氧化物的污染控制
? 3.2.3 含挥发性有机物废气净化
? 3.2.4 其他废气净化技术
大气污染
? 一般说，从自然科学的观点来看,,空气, 和, 大气,
两者并无实质性的差别。仅在研究近地层空气污染规律时，
往往将室外空气称为, 大气,,将室外地区性空气污染称
为, 大气污染,,而对室内或车间内的空气污染称, 空气
污染,,亦有人将大气污染理解为这两种污染的总称。
? 国际化标推组织 (IS0)认为,,大气污染，通常是指由于
人类活动和自然过程引起某些物质进人大气中，呈现出足
够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒
适、健康和福利或危害了环境。,
清洁与污染空气的成分含量对比
大气污染流程图
大气污染的形成条件,
一、大量的污染物排人大气中；
二、受当地不利气象条件的影响，使这些
污染物不能在大气中及时扩散稀释；
三、污染物在大气中积累或变化，以及有些
污染物的协同作用，使这些污染物的浓
度达到危害的程度。
大气污染控制的内容,
①查明污染物的来源；
②查明污染物在大气中的物理化学行为及其对人体、动
物、食品等的影响； ③ 制定大气污染物监测手段，查明
污染物在大气中的存在状态与存在浓度；④研究控制途
径与治理方法；
⑤提供立法管理的依据。
按照 ISO的定义，“大气污染物，系指由于人类活动或自
然过程排人大气的并对人或环境产生有害影响的物质。”
大气污染物
1．气溶胶状态污染物：沉降速度可以忽略的固体粒子、液体
粒子或固体和液体粒子在气体介质中的悬浮体。
一次气溶胶：从排放源排放的微粒（烟囱排出的烟粒、风刮起
的灰尘以及海水溅起的浪花等。
二次气溶胶：从源排放的气体，经过某地大气化学过程所形成
的微粒（火力发电厂、钢铁厂、金属冶炼厂、化丁厂、水泥厂
及工业和民用锅炉排放出的 H2S和 S2O气体，经过大气氧化
过程，最终转化为硫酸盐微粒。
气溶胶状态污染物 和 气态污染物
(1)粉尘 (dust)：系指悬浮于气体介质中的微小固体粒子，受重
力作用能发生沉降，但在某段时间内也能保持悬浮状态。通常
是由于固体物质的破碎、分级、研磨等机械过程或土壤、岩石
风化等白然过程形成的 — 。粒子的形状往往是不规则的。粒子
的尺寸一般为 1～ 200 μm左右。
(2)降尘,系指大气中的粒秆大于 10 μm的固体粒子，靠重力作
用能在较短时间内沉降到地面。
(3)飘尘,系指大气中的粒径在 0.1— 10 μm的固体粒子。它能
长期地在大气中飘浮故又称其为浮游粒子或可吸人颗粒物。
(4)总悬浮微粒 (T.S.P.)：系指大气中的粒径小于 100 μm的固
体粒子，它能较长时间地悬浮于大气中。这是为适应我国目前
普遍采用的低容量 (10m3/h)滤膜采样 (重量 )法而规定的指标。
(5)飞灰 (fly ash)：系指由燃料燃烧产生的烟气带走的灰分中分
散的较细的粒子。灰分 (ash)系含碳物质燃烧后残留的固体残渣。
(6)黑烟 (smoke)：通常系指由燃烧产生的能见气溶胶，是燃
料不完全燃烧的碳粒，粒径约为 0.5 μm。常以林格曼数、黑烟
的遮光率、沾污的黑度或捕集的沉降物的质量来定量地表示黑
烟。
(7)液滴 (droplet)：系指在静止条件下能沉降、在紊流条件下
能保持悬浮，主要粒径范围在 200 μm以下的小液体粒子。
(8)轻雾或霜 (moist),系指液态分散性和液态凝聚性气溶胶
的统称,粒径范围 5～ 100μm在气象学中它相当于能见度 1—
2km。
(9)重雾 (fog)：系指属于气体中的液滴悬浮体的总称,造成能
见度小于 1km的小水滴的悬浮体。在工程中泛指小液体粒子的
悬浮体，是由液体蒸气的凝结、液体的雾化和化学反应等过程
形成的，如水雾、酸雾、碱雾等。
2,气态污染物,
含硫化合物、含氮化合物、碳氢化合物、碳氧化合物、卤素化合物
一次污染物,从污染源直接排出的原始大气污染物质；
二次污染物,由一次污染物与大气中原有成分或几种一次污染物之间经
过一系列化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物。
光化学烟雾,
光化学烟雾是在阳光照射下，大气中的氮氧化物、碳氢化合物和氧化
剂之间发生一系列光化学反应而生成的蓝色烟雾 (有时带些紫色或黄褐色 )，
其主要成分有臭氧、过氧乙酰基硝酸酯（ PAN）、酮类和醛类等。光化学
烟雾的刺激性和危害要比一次污染物强烈得多。
气体状态污染物的种类
大气污染源分类：自然污染源和 人为污染源
按污染源
存在的形式
1，固定污染源,污染物由固定地点排出
（各种类型工厂、火电厂、钢铁厂等的排烟或排气）
2，移动污染源：污染物排放源可以移动
（如汽车行驶中排放废气等）
按污染物
排放的方式
1)高架源,污染物通过垂直高度＞ 15m的排气筒排放，主要污染源 。
2)面源； 由多个垂直高度＜ 15m的排气筒集合起来而构成的区域性污染源。
3)线源,移动污染源，如汽车在街道上行驶造成的尾气污染。
按污染物
排放的时间
1)连续源,污染物由排放源连续排放，如造纸厂排放制浆蒸煮废气的排气筒
2)间歇源：排放源间歇排放污染物，如取暖锅炉的烟囱。
3)瞬时源：排放时间短暂，如工厂的事故排放。
按污染物
产生的类型
1)工业污染源,
2)生活污染源：如烹调过程产生的废气
3)交通污染源,
大
气
中
主
要
气
态
污
染
物
的
来
源
、
发
生
量
,
背
景
浓
度
和
主
要
反
应
大气污染的影响
1．大气污染物对人体的影响,
途径,1，表面接触； 2，食入含污染物的食物和水； 3，吸入被污染的空气
(1)粉尘
(2)二氧化硫
(3)一氧化碳
(4)氮氧化物
(5)臭氧
(6)多环芳烃 (PAH)
2．大气污染物对植物的危害
3．对器物及气候的影响
硫氧化物的污染控制
受人类活动影响的硫在环境中的循环
燃料含硫,人类使用的所有有机燃料都含有一定量的硫。木材的硫含量较
低，约为 0.1％或更低，大多数煤炭的硫含量在 0.5％ 3％，石油的硫含量在
本材和煤炭之间。当燃料燃烧时，燃料中的硫大部分转化为 SO2,
控制 SO2排入大气的主要控制方法是以生成 CaSO4·2H20的形式捕集 SO2，
并通过产物填埋处理使硫返回地球。其总的化学反应可写为,
石灰石 石膏
因此．控制 SO2排放的重点是控制与能源活动有关的排放。控制的方法有,
采用低硫燃料和清洁能源替代、燃料脱硫、燃烧过程中脱硫和末端尾气脱硫。
一、燃烧前脱硫：煤炭固态加工、煤炭的转化（气化、液化）、重油脱硫
二、燃烧过程中脱硫：流化床燃烧脱硫
三、末端尾气脱硫
煤炭固态加工,原煤分选（重力脱硫）； 型煤固硫；正在研究的新脱硫方
法有浮选法、氧化脱硫法、化学浸出法、化学破碎法、细菌脱硫、微波脱
硫、磁力脱硫及溶剂精炼等多种方法，但至今实际应用的方法为数很少
燃烧前脱硫
煤炭的转化,
煤的气化,是指以煤炭为原料，采用空气、氧气,CO2和水蒸气为气化剂，
在气化炉内进行煤的气化反应，可以生产出不同组分、不同热值的煤气。
煤炭液化,是把固体的煤炭通过化学加工过程，使其转化为液体产品 (液态
烃类燃料，如汽油、柴油等产品或化工原料 )的技术。
重油脱硫,重油脱硫是在铂、钴和镊等金属氧化物催化剂作用下，通过高压
加氢反应，切断碳与硫的化合键，以氢置换出碳，同时氢与硫作用形成硫
化氢，从重油中分离出来，用吸收法除去。
燃烧过程中脱硫
一、流化床燃烧技术概述
流化燃烧的床层温度一般控制征 850一 950℃ 之间
按流态的不同，分为鼓泡流化床锅炉和循环流化床锅炉两类。
运行压力不向，分为常压流化床锅炉和增压流化床锅炉。
二、流化床燃烧脱硫的化学过程
原因：床内流化使脱硫剂和 SO2能充分混合接触；
燃烧温度适宜，不易使脱硫剂烧结而损失化学反应表面；
脱硫剂在炉内的停留时间长，利用率高。
三、流化床燃烧脱硫的主要影响因素
1,钙硫比
2,煅烧温度
3,脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构
4,脱硫剂种类
四、脱硫剂的再生
石灰石在流化床燃烧脱硫过程中钙的利用率并不高，一般为 10％一 40％。
不同温度下，脱硫剂会发生不同的再生反应,
高浓度二氧化硫尾气的回收与净化
高浓度 SO2尾气（ >4%）的回收处理是经济的，可利用 SO2生产硫酸,
案例：美国最大的位于盐湖城的 Kennecott铜冶炼厂，每年生产铜 32xl0*4t。
由黄铜矿生产铜的高温冶炼反应式为,
因此每产出 lmol的铜将同时产生 2mol的 SO2。每年将产生约 65x10*4t S02。
如果将此 SO2全部进行回收，用于生产硫酸，可生产硫酸 99.6x10*4t
实际情况是，该厂 99.9％以上的 SO2得到捕集，用于硫酸生产，只有不到
0.1％的 SO2直接排入大气。
处理浓度大于 4％的尾气进行制酸时，工艺过程的热量可以自给，即反应本
身的放热可以提供所有的工艺用热。当尾气中 SO2的浓度低于 4％时需要额
外的燃料费用，也增加了工艺的复杂程度。
低浓度二氧化硫烟气脱硫
石灰石／石灰法
改进的石灰石／石灰湿法烟气脱硫
为了提高 SO2的去除率，改进石灰石法的可靠性和经济性，发展了加入己
二酸的石灰石法。
喷雾干燥法烟气脱硫
氮氧化物污染控制
燃烧过程中氮氧化物的形成机理
2、热力型 NOx（ thermal NOx）,由大气中氮在高温下产生于原子氧和氮
之间的化学反应。
1,燃料型 NOx（ fuel NOx ):由燃料中固定氮生成的 NOx，大多为氨、氮苯
以及其他胺类。
3、瞬时 NO(prompt NO):在低温火焰中由于含碳自由基的存在所生成。
氮氧化物控制技术
控制 NOx排放的技术措施可以分为两大类,
一、源头控制，通过各种技术手段，控制燃烧过程中 NOx的生成反应 ——
低氮氧化物燃烧技术
影响燃烧过程中 NOx生成的主要因素是燃烧温度、烟气在高温区的停留
时间、烟气中各种组分的浓度以及混合程度。
从实践的观点看，控制燃烧过程中 NOx形成的因素包括
①空气 — 燃料比；
②燃烧区的温度及其分布；
③后燃烧区的冷却程度；
④燃烧器的形状设计等。
二、尾部控制，把已经生成的 NOx通过某种手段还原为 N2，从而降低 NOx的
排放量。
氮氧化物控制技术
1、选择性催化还原法 (selective catalytic reduction,SCR)脱硝
2、选择性非催化还原法 (selective noncatalytic reduction,SNCR)脱硝
3、吸收法净化烟气中的 NOx
氮氧化物能够被水、氢氧化物和碳酸盐溶液、硫酸、有机溶液等吸收。
