W celu przeniesienia określonej masy zanieczyszczeń z gazu do cieczy konieczne jest przeniknięcie cząstek przez strefę przyległą do granicy faz i przez granicę faz, tj. przez powierzchnię międzyfazową. Przenoszenie cząsteczek do granicy faz zarówno w fazie gazowej, jak i ciekłej określa szybkość dyfuzji cząsteczkowej i burzliwej. Szybkość absorpcji zwiększa się przez zwiększenie powierzchni międzyfazowej oraz zwiększenie szybkości dyfuzji. Zwiększenie powierzchni międzyfazowej można osiągnąć przez rozproszenie jednej fazy w drugiej np. rozproszenie fazy gazowej w cieczy przez zastosowanie bełkotki lub mieszania. Zwiększenie etapu dyfuzji realizuje się przez odpowiednio długi czas zetknięcia faz oraz przez zwiększenie burzliwości przepływu w obu fazach np.: gwałtowne mieszanie.

Podczas absorpcji może zachodzić bezprzeponowa wymiana ciepła, kondensacja oraz nawilżanie gazów. Jeżeli stężenie zanieczyszczeń jest odpowiednio duże, absorpcja stanowić może metodę odzysku wartościowych substancji. Może stanowić wstępny etap oczyszczania gazu w procesie kompleksowego oczyszczania lub końcowy, gdy absorpcja jest połączona z reakcją chemiczną.

Absorpcja stosowana jest wówczas, gdy stężenie zanieczyszczeń wynosi kilka procent a w przypadku gazów rozcieńczonych, gdy są one łatwo rozpuszczalne w absorbencie. Absorbentami są: woda, roztwory kwasów, zasad, soli o właściwościach utleniających lub redukujących. Szybkość absorpcji zwiększa się wówczas, gdy zachodzi reakcja chemiczna między cieczą i gazem, przy czym wzrasta współczynnik wnikania po stronie cieczy Podczas absorpcji z reakcją chemiczną składnik A ze strumienia gazu reaguje z substancją B zawartą w cieczy, w wyniku czego powstaje produkt o właściwościach odmiennych od substancji wyjściowej. Przy oczyszczaniu gazów odlotowych absorpcja z reakcją chemiczną jest jedną z zasadniczych metod usuwania zanieczyszczeń kwaśnych, takich jak SO₂, SO₃, H₂S, NO_x, HF, C1₂, HCl i in. 

Metody absorpcyjne stosowane są często w połączeniu z utlenianiem albo z biodegradacją. 

W metodach absorpcyjnych połączonych z utlenianiem można stosować jako absorbenty roztwory utleniaczy takich jak chlor, dwutlenek chloru, podchloryn sodowy, nadmanganian potasu oraz obecnie najbardziej popularny ozon. Ozon rozpuszczony jest w absorbencie. Reakcja pomiędzy ozonem i zaabsorbowanym zanieczyszczeniem przebiega bardzo szybko. Jednocześnie następuje likwidacja drobnoustrojów, co często ma duże znaczenie. Zastosowanie ozonu nie powoduje powstawania kłopotliwych odpadów, ponieważ produktem jego rozpadu jest tlen.

Niektóre substancje zanieczyszczające gazy odlotowe można skutecznie likwidować na drodze biodegradacji za pomocą mikroorganizmów, które utleniają związki organiczne do dwutlenku węgla i wody lub mineralizują zawarte w nich heteroatomy. Wytwarzana w tym procesie energia jest zużywana przez bakterie.

Adsorpcja jest procesem, w którym cząsteczki jednej substancji zostają związane na powierzchni innej substancji, następuje sorpcja zanieczyszczeń gazowych przez stały adsorbent. Adsorpcja polega na wydzielaniu i zatrzymywaniu składników gazu na powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej (w porach) ciała stałego. Zatrzymywanie cząsteczek na powierzchni zachodzi w wyniku dziabania sił fizycznych i chemicznych bliskiego zasięgu. Energia wiązania adsorbowanych cząsteczek z powierzchną jest porównywalna z ciepłem kondensacji. Proces adsorpcji jest egzotermiczny. Proces odwrotny, usuwanie cząsteczek zaadsorbowanych z powierzchni do przestrzeni otaczającego płynu zwany desorpcją wymaga więc doprowadzenia ciepła. Liczba cząsteczek możliwa do zaadsorbowania na powierzchni adsorbentu jest ograniczona i maleje ze wzrostem temperatury. Efektywnej adsorpcji sprzyjać więc będzie duża powierzchnia właściwa adsorbentu i niska temperatura. Adsorpcja jest selektywna i największą zdolność do adsorpcji wykazują cząsteczki gazów o dużej masie i niskiej temperaturze wrzenia. Ulegając adsorpcji, wypierają przy tym inne cząsteczki o mniejszej energii wiązania. 

Niektóre procesy adsorpcji są nieodwracalne, np. chemisorpcja, dla której energia wiązania cząsteczek na powierzchni jest tu tak duża, że zaadsorbowana substancja może być zdesorbowana tylko w postaci związku chemicznego lub usunięta jak substancja stała.

Adsorpcja umożliwia oczyszczanie dużych strumieni gazów o małym stężeniu zanieczyszczeń do poziomu ppm. Podczas adsorpcyjnego oczyszczania gazów zanieczyszczenia o małym stężeniu, 20-30 ppm, są zatężane, co w dalszym etapie umożliwia ich spalenie lub ekonomiczne wykorzystanie. Ponadto tą metodą można jednocześnie usuwać z gazu więcej zanieczyszczeń, zwłaszcza substancje organiczne.

Kondensacja jest metodą usuwania z gazów odlotowych substancji o niskim ciśnieniu par w umiarkowanie podwyższonych temperaturach lub o wysokim ciśnieniu par, gdy nie jest wymagane bardzo dokładne oczyszczanie gazu do stężeń kilku ppm. Konieczność wymrażania gazu w końcowym etapie oczyszczania tą metodą ogranicza jej zastosowanie.

Spalanie bezpośrednie (termiczne lub katalityczne ) stosowane jest do usuwania z gazów odlotowych węglowodorów poprzez ich utlenienie do CO₂ i H₂O. 

W przypadku niskich stężeń węglowodorów w gazach odlotowych stosuje się spalanie katalityczne. 
 

 Katalizator definiuje się więc jako substancję, która zwiększa szybkość z jaką reakcja chemiczna osiąga stan równowagi, sama się jednak nie zużywa i której symbol nie występuje w równaniu stechiometrycznym. Wpływ katalizatora na reakcję chemiczną polega głównie na obniżeniu jej energii aktywacji. Potwierdza to wiele faktów doświadczalnych. Tłumaczy się to tworzeniem przejściowych aktywnych kompleksów katalizatora z substratami, po rozpadzie których katalizator ulega regeneracji. 

W procesie spalania katalitycznego strumień gazu przepuszcza się przez ziarno katalizatora w podwyższonej temperaturze. Katalityczne spalanie węglowodorów przebiega w temperaturach znacznie niższych niż spalanie termiczne ok. 250^oC. Jako katalizatory spalania węglowodorów stosowane są metale jak: platyna, pallad, ruten, rod lub tlenki metali przejściowych jak: tlenek manganu, chromu, miedzi. Katalizatory stosuje się naniesione na nośniki ceramiczne tzw. adsorbenty. Nośniki charakteryzują się bardzo rozwiniętą powierzchnią wewnętrzną ( kanaliki), mają często kształt plastra miodu. 

Redukcja katalityczna stosowana w procesach usuwania tlenków azotu z gazów odlotowych polega na redukcji tlenków azotu za pomocą amoniaku, tlenku węgla lub węglowodorów w obecności katalizatorów. 

Katalizatorami tej reakcji są metale szlachetne jak platyna, pallad, rod naniesione na ceramiczne nośniki. Platyna na nośniku ceramicznym jest katalizatorem stosowanym w samochodach dla dopalania spalin i jednoczesnej redukcji tlenków azotu.

Rozkład katalityczny tlenków azotu jest prostą metodą usuwania ich ze strumienia gazów przemysłowych. 

Na dzień dzisiejszy jest to metoda szeroko badana w laboratoriach i wiąże się z nią duże nadzieje aplikacyjne ponieważ nie wymaga dodawania do strumienia gazu żadnych reagentów i produktami są tylko azot i tlen. Najlepszymi katalizatorami tej reakcji są zeolity modyfikowane jonami miedzi. Zeolity to są krystaliczne glinokrzemiany naturalne i sztuczne o wzorze ogólnym: M2/nO. Al₂O₃. xSiO₂. yH₂O gdzie x > 2, n = wartościowość kationu metalu M. Maksymalna wartość x dla naturalnych zeolitów jest równa 10. Mają one bardzo dużą powierzchnię wewnętrzną w postaci kanalików o określonej geometrii. 

Metody usuwania ditlenku siarki z gazów przemysłowych

Ditlenek siarki jest jednym z najbardziej niebezpiecznych zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego. Stwierdzono jego negatywny wpływ na zdrowie ludności narażonej na jego oddziaływanie. Obok ditlenku siarki w skład zanieczyszczeń siarkowych gazów odlotowych w wielu przypadkach wchodzi również tritlenek siarki. Tritlenek siarki powstaje podczas spalania paliw obok ditlenku siarki i ulega bardzo szybko reakcji z parą wodną z utworzeniem kwasu siarkowego. Oprócz tych ·związków w gazach odlotowych emitowanych z różnych źródeł znajdują się związki siarki w postaci zredukowanej siarczek węgla, disiarczek węgla oraz organiczne, jak np.: siarkowodór, siarczki organiczne i merkamptany. Organiczne, odorowe związki siarki są wydzielane z gazów zwykle metodami adsorpcji i spalania.
Głównymi źródłami emisji ditlenku siarki są elektrownie, kotłownie centralnego ogrzewania, huty oraz zakłady przemysłu chemicznego. Paliwa ciekłe i gazowe są oczyszczane przed ich spalaniem. Najwięcej ditlenku siarki jest emitowane do atmosfery podczas spalania różnych gatunków węgla, stąd większość metod odsiarczania jest związana z procesami przetwarzania węgla.

Zapobieganie emisji związków siarki do atmosfery można przeprowadzać na różnych etapach spalania węgla.Można odsiarczać węgiel przed spalaniem, można usuwać siarkę na etapie spalania lub odsiarczać gazy odlotowe. Odsiarczanie węgla obecnie ze względów ekonomicznych jest mało opłacalną metodą w stosunku do innych metod stosowanych do odsiarczania. Natomiast spośród metod odsiarczania podczas spalania największe nadzieje rokuje odsiarczanie w paleniskach fluidyzacyjnych. Najczęściej stosowane jest odsiarczanie spalin odlotowych. Opracowano wiele metod opartych na procesach absorpcji, adsorpcji, często połączonych z reakcją chemiczną.

Odsiarczanie w procesie spalania

Usuwanie siarki podczas spalania paliwa jest związane zasadniczo ze spalaniem węgla w kotłach energetyczno-ciepłowniczych, przeznaczenia ogólnego i przemysłowego. 

Klasyczna techniką spalana paliw stałych jest spalanie w warstwie lub zawiesinie pyłu (fluidalnej). Paleniska fluidyzacyjne ciągle udoskonalane, oprócz dobrych warunków spalania, zapewniają również możliwość jednoczesnego usuwania SO₂ i NO_x, zmniejszenie emisji z paleniska związków Na i K, a tym samym odkładania się ich na powierzchniach wymiany ciepła. Podczas spalania siarka z węgla jest szybko utleniana do SO₂, szybciej niż C do CO₂. Możliwych produktów utleniania siarki w warunkach spalania jest więcej, lecz najbardziej stabilne są SO₂ i SO₃. Procesy tworzenia SO₂ i SO₃ są egzotermiczne.
 

1)
2)

Szybkość utleniania do SO₃ jest mniejsza i zwiększa się w wyższych temperaturach. Równowaga w procesie spalania jest przesunięta w kierunku tworzenia SO₂, a konwersja SO₂ do SO₃ w niższych temperaturach spalin jest bardzo wolna. Dlatego też spaliny oczyszcza się z SO₂ a nie SO₃, którego stężenie jest bardzo małe. Około 5-15% siarki reaguje nieodwracalnie z naturalnymi alkalicznymi związkami węgla i przechodzi do popiołu. W celu zwiększenia stopnia odsiarczania powstała koncepcja iniekcji do paleniska dodatkowej masy substancji alkalicznych lub prowadzenia procesu spalania w złożu fluidalnym z dodatkiem sorbentu: wapienia lub dolomitu. Sorbent jest wprowadzany do strefy spalania ponad palnikami pyłowymi.

Po zmieszaniu ze spalinami, w wysokiej temperaturze strefy spalania przebiega proces kalcynacji rozdrobnionego wapienia, którego główny składnik – węglan wapnia ulega rozkładowi do tlenku wapnia ( tzw. wapno palone) zgodnie z reakcją nr 3.
 

3)
	Wapno reaguje następnie z SO2
4)

Najkorzystniejsze są cząstki wapniaka o jak najmniejszych rozmiarach, lecz ograniczenia praktyczne powodują, że przy stosowanych rozmiarach cząstek wykorzystanie wapienia nie jest duże. Powstający na powierzchni cząstek wg reakcji (4) CaSO₄ blokuje dostęp do wnętrza i zmniejsza aktywność chemiczną. Jest to jednym z zasadniczych powodów malej sprawności odsiarczania spalin i wykorzystania wapienia. Dlatego też metoda iniekcji wapienia do paleniska nie znalazła szerszego zastosowania w dużych jednostkach energetycznych. Ponadto, jak wiadomo, zasadniczym celem procesu spalania w kotłach jest uzyskanie maksimum energii, a nie maksymalne usunięcie SO₂ ze spalin. 

Biorąc pod uwagę właściwości alkaliczne niektórych popiołów, w których zawartość (CaO+ MgO) może być większa od 20% mas., są prowadzone próby wykorzystania ich jako czynnika wiążącego.

Odsiarczanie gazów odlotowych

Odsiarczanie gazów odlotowych w największym stopniu jest związane z oczyszczaniem spalin z elektrociepłowni i elektrowni oraz gazów odlotowych z przeróbki ropy naftowej, wytopu i przeróbki metali, produkcji kwasu siarkowego. Proponowanych jest wiele metod odsiarczania, lecz tylko nieliczne jak dotąd znalazły zastosowanie praktyczne w wymienionych gałęziach przemysłu. Wynika to z trudności technicznych, ekonomiki, a także z rozbieżności w efektywności procesu odsiarczania przy przejściu na dużąskalę. Duże objętości strumieni spalin do oczyszczania, ponad 100 tys. ton dziennie lub ok. 5 mln m³/h w jednostkach energetycznych rzędu 1000 MW, stwarzają całkiem nową skalę w projektowaniu procesu. Dodatkową trudnością jest zmienny strumień i skład spalin odbiegający od ustalonego, z którym ma się do czynienia zwykle w przemyśle chemicznym.

Metody odsiarczania dzieli się na:

• odpadowe  
• regeneracyjne