含氮氧化合物废气的治理技术和发展

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1、含氮氧化合物废气的治理技术 和发展 含氮氧化合物废气的治理技术和发展 目录目录 摘 要1 关键词2 引言3 正文4 一、氮氧化物产生的控制 二、氮氧化物的治理技术 结 语 参考文献目录 一、氮氧化物产生的控制 1.燃烧控制技术 2.炉膛喷射脱硝技术 二、氮氧化物的治理技术 1.干法处理氮氧化物 (1)还原法 (2)电子束照射法(EBA)和脉冲电晕等离子体法( PPCP) (3)吸附法 (4)光催化氧化法 2.湿法处理氮氧化物 （1）液体吸收法 （2）生物法一、现状分析及问题氮氧化物(NOx)是大气主要污染物之一,也 是目前大气污染治理的大难题。自20世纪70 年代起,发达国家便开始对燃煤电站锅

2、炉Nox 排放,并且限制日趋严格。中国是以燃煤为主 的发展中国家,随着经济的迅速发展,燃煤造 成的环境污染日趋严重,特别是燃煤烟气中 NOx,对大气的污染已成为一个不容忽视的问 题。 氮氧化物(NOx)是大气主要污染物之一, 也是目前大气污染治理的大难题。自20世 纪70年代起,发达国家便开始对燃煤电站锅 炉Nox 排放,并且限制日趋严格。中国是以 燃煤为主的发展中国家,随着经济的迅速发 展,燃煤造成的环境污染日趋严重,特别是燃 煤烟气中NOx,对大气的污染已成为一个不 容忽视的问题。 一、现状分析及问题某城市的空气情况汽车尾气的排放 郊区工厂废气排放目前对于大气中氮氧化物污染的控制,主要分为

3、 氮氧化物产生的控制和氮氧化物的治理两种途径 。一、氮氧化物产生的控制氮氧化物产生的控制方法主要有2种: (1)燃烧控制技术燃烧控制技术是指通过改进燃烧工艺,减少NOx 的产生,如分级燃烧法、低氧燃烧法、浓淡偏差燃 烧和烟气再循环等方法。我国在20世纪80年代至 本世纪初,先后开发旋流式粉煤预燃烧器、钝体粉 煤燃烧器、多功能船体粉煤燃烧器、双通道粉煤燃 烧器、多级浓缩粉煤燃烧器,其中多功能船体粉煤燃烧器在近200台锅炉成功应用,NOx降低率最高达 50%55%,同时节约点火油和燃油,并能较好地稳 定燃烧过程。(2)炉膛喷射脱硝技术炉膛喷射脱硝过程类似于炉内喷钙脱硫过程,实 际上是在炉膛上部喷射

4、某种物质,能够在一定温度条 件下还原已生成的NOx,以降低NOx的排放量。炉膛 喷射包括炉膛喷水或注入水蒸气、喷射二次燃料、 喷氨等方法。 技术的燃烧器及结构方案现回流区分级着火燃烧器及结构图 TJB型旋流式四风道煤粉燃烧器在湿法回转窑上 烧无烟煤应用TJB型旋流式四风道煤粉燃烧器在湿法回转 窑上烧无烟煤应用工艺流程和主要设备简介 图1 回转窑工艺流程图 1.勺式喂料机； 2.喂料管； 3.回转窑； 4.窑头罩； 5.单筒冷却机； 6.冷烟窑； 7. 电收尘器； 8.拉链机； 9. 拉链机； 10.斗式提升机； 11.拉链机；12.提升机； 13. 回灰仓； 14.双管螺旋输送机； 15.窑中

5、喂料装置； 16.窑尾风机； 17.烟囱； 18. 喷燃管； 二、氮氧化物的治理技术氮氧化物治理技术即烟气脱硝技术是对燃烧后烟 气中的NOx进行治理,是NOx控制措施中最重要的 方法,其工艺可分为干法和湿法。 2.1 干 法 2.1.1 还原法 还原法即在还原剂存在的条件下,将NOx还原成无毒 无害的N2从而消除污染的一种氮氧化物治理方法。 目前国内外常用的还原法有: (1)选择性催化还原法( SCR)选择性催化还原法(SCR)就是在固体催化剂 存在下,利用各种还原性气体如H2、CO、烃类 、NH3 与NOx 反应使之转化为N2。该技术20 世纪80年代初开始逐渐应用于燃煤锅炉的烟气 脱除NO

6、x。SCR技术的关键问题是催化剂的选 择。在汽车尾气的催化反应中,一般用CO作为 还原剂,Pt2Rh或Pd类作为催化剂,这些催化剂 一般分布在整体式陶瓷的涂料表面。刘赵穹等 研究发现,在350 、有SO2 存在下,在Sn0. 5 Ti0. 5O2 催化剂上CO对NO的还原转化率接 100%,并提出了SO2 +NO +CO反应的氧化还 原反应机理。但是SCR技术也还存在一些不足,如对管路设备 的要求高,造价昂贵、NH3 加入量的控制容易出 现误差,造成二次污染;仅适用于固定污染源的净 化。 (2)选择性非催化还原法( SNCR)选择性非催化还原法(SNCR)工艺是向高温烟 气中喷射氨或尿素等还原

7、剂,将NOx 还原成N2 ,其 主要化学反应与SCR法相同,一般可获得30% 50%的脱NOx 率,所用的还原剂可为氨、氨水和尿 素等,也可添加一些增强剂,与尿素一起使用。 SNCR法受温度、NH3 /NOx 摩尔比及停留时间影 响较大。影响SNCR系统性能设计和运行的主要因素 是反应温度范围、最佳温度区的滞留时间、 喷入的反应剂与烟气混合程度、处理前烟气 中NOx浓度、喷入的反应剂与NOx 的摩尔比 、氨的逃逸量。管一明等研究认为对于氨,最 佳反应温度区域为8701100 ;尿素最佳的 反应温度区域为9001150 ;滞留时间能在 0. 00110 s范围内波动,但为获得较好的 NOx 去除

8、率,要求最低的滞留时间为0. 5 s,摩 尔比一般为0. 53。该工艺不需催化剂,旧设 备改造量小,但氨液消耗量较SCR法多,目前国 内基本不用此法。(3)炽热碳还原法利用碳质团体还原废气中的NOx 属于 无触媒非选择性还原法。与以燃料气为还 原剂的非选择性催化还原法相比,其优点是 不需要价格昂贵的铂、钯贵金属催化剂,避 免催化剂中毒所引起的问题;和NH3 选择 性催化还原法相比,碳质固体价格比较便宜 ,来源亦广 。利用碳质固体还原NOx 是基 于下列反应:C + 2NOCO2 +N2C +NOCO + 1 /2N2C +NO2 CO2 + 1 /2N2C + 1 /2NO2 CO + 1 /

9、4N2炽热碳还原法的流程图和反应装置炽热碳还原法处理废气氮氧化物的简单装置国外对碳层热还原NOx 进行了大量研究。 清华大学试验结果表明,在温度为650 850 时,NOx 能够被核炭、无烟煤、焦炭 等碳质同体还原,在所研究的NOx 浓度下, 还原率在99%左右。NO2在350 以上开 始分解为NO和O2。在450600时已基 本分解完毕。但动力学研究表明,O2 与碳 的反应先于NO与碳的反应,故尾气中O2 的 存在使碳耗量增大。不少人企图控制O2 与碳的反应,或使用催化剂改变NO和O2 与 碳的反应活性顺序,但至今没取得令人满意 的结果 。2. 1. 2 电子束照射法(EBA)和脉冲电晕 等

10、离子体法( PPCP)电子束或电晕放电法的原理是在烟 气中加入少量氨气、水蒸气或甲烷气,再 利用电子加速器或电晕放电产生的高能 电子流,直接照射待处理的气体,通过高能 电子与气体中的氧分子及水分子碰撞,使 之离解、电离,形成非平衡等离子体,其中 所产生的大量活性粒子(如OH、O 和HO2 等)与污染物进行反应,使之氧化去除。高 能电子产生等离子体工艺是工业烟气中 去除NOx 的有效方法之一。 其优点是不产生废水,回收副产物NH4NO3 可 作氮肥加以利用,能同时脱除SO2 和NOx ,且 具有较高的脱除率。结合化学方法和等离子 体方法的优点,有研究采用了一种在等离子体 发射场中加入催化剂的方法

11、,来研究催化剂、 等离子体共同作用下烟气中NOx 的脱除情况 。该领域已开发了一批适用于脱氮过程的催 化剂, 如TiO2、Al2O3 颗粒催化剂、Al2O3 负载贵金属型催化剂和分子筛催化剂等。近 年来有人提出了用高压脉冲电源代替电子加 速器的脉冲放电等离子体烟气脱硫脱硝技术, 陈伟华等研究了利用脉冲放电等离子体装置, 在添加丙烯作催化剂下的脱硫脱硝效果。2. 1. 3 吸附法 吸附法是利用吸附剂对NOx 的吸附量随温度或 压力的变化而变化的原理, 通过周期性地改变反 应器内的温度或压力,来控制NOx 的吸附和解吸 反应,以达到将NOx 从气源中分离出来的目的。 根据再生方式的不同,吸附法可分

12、为变温吸附法 和变压吸附法两种。吸附法既能比较彻底地消 除氮氧化物的污染,又能将氮氧化物回收利用。 常用的吸附剂为分子筛、硅胶、活性炭和含氨 洗煤。2. 1. 4 光催化氧化法利用TiO2 半导体的光催化效应脱除NOx 的 机理是: TiO2受到超过其带隙能以上的光辐射照 射时,价带上的电子被激发,超过禁带进入导带,同 时在价带上产生相应的空穴。电子与空穴迁移 到粒子表面的不同位置,空穴本身具有很强的得 电子能力,可夺取NOx 体系中的电子,使其被活化 而氧化。电子与水及空气中的氧反应生成氧化 能力更强的OH及O-2 等,是将NOx 最终氧化生 成NO-3 的最主要氧化剂。光催化技术是近几年

13、发展起来的一项空气净化技术,具应条件温和、 能耗低、二次污染少等优点。 利用TiO2 半导体的光催化效应脱除NOx 的机理光催化氧化法处理废气氮氧化物的简单装置2. 2 湿 法 2. 2. 1 液体吸收法 (1)吸收法可用水吸收(效果不好,特别对一氧化氮吸 收效果很差) 、酸吸收(如浓硫酸、稀硝酸) 、 碱液吸收(如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁) 和熔融金属盐吸收。 (2)吸收氧化法为提高NOx 的吸收效率,还可采用氧化吸收 法、吸收还原法及络合吸收法等对以一氧化 氮为主的氮氧化物,可先进行氧化,将废气的氧 化度提高到l1. 3后,再进行吸收。 一氧化氮不易被吸收,利用强氧化剂将 其氧化成二氧

14、化氮,然后才能被有效吸收。 氧化剂有气相氧化剂和液相氧化剂。气相 氧化剂有O2、O3、Cl2、ClO2 等,液相氧 化剂有HNO3、KMNO4、NaClO2、H2O2 、K2Cr2O4 , (NH4) 2 Cr2O7 等水溶液。 Bal Raj Deshwal等人的研究表明ClO2 几 乎可以实现100%NO的氧化和去除60%的 NO2 ,同时它还不需要调解pH值。 3)吸收还原法吸收还原法是用亚硫酸盐、硫化物、硫 代硫酸盐、尿素等水溶液吸收氮氧化物,并使 其还原为N2亚硫酸铵具有较强的还原能力, 可将NOx还原为无害的氮气,而亚硫酸铵则被 氧化成硫酸铵,可作化肥使用。亚硝酸与尿素 反应生成氮

15、气、CO2 和水,它与亚硫酸铵法 一样尿素作为还原剂,对NO2 进行还原,其反 应式 :NH2CONH2 + 2HNO2 2N2 +CO2 + 3H2O吸收还原法的流程图2. 2. 2 生物法微生物净化氮氧化物有硝化和反硝化两种 机理。适宜的脱氮菌在有外加碳源的情况下,利 用氮氧化物为氮源,将氮氧化物同化合成为有机 氮化合物,成为菌体的一部分(合成代谢) ,脱氮 菌本身获得生长繁殖;而异化反硝化作用(分解 代谢)则将NOx 最终还原成氮。NOx 中NO2和 NO溶解于水的能力差别较大,因此净化机理也 不同。在有氧的条件下, NO 也会被亚硝化细菌 氧化成NO-2 ,进被硝化细菌氧化成NO-3 。 2. 2. 2 生物法其降解的简化顺序为: NO3 NO-2 NON2ON2。郭斌等人以化纤厂废水处理 曝气池的活性污泥为接种污泥,采用生物法处理 硝酸碱吸收后的含NOx 尾气,初步研究表明静态 、动态培养驯化挂膜后,可见到短杆菌属的脱氮 菌:以炉灰渣做填料,在进气浓度、循环液pH值、 液气比等一定的条件下,NOx 脱除效率达60% 85%。结 语中国已经进入节能减排的新时期,为了减少烟气 中NOx 对大气的污染,一方面要改进燃烧技术抑制其 生成,另一方面要加强对排烟中NOx 的净化治理。我 国的烟气脱硝技术研究还处于起步阶段,目前的大部 分技术还处