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烟气脱硝
  • 发布日期:2019-10-09      浏览次数:273
    • 烟气脱硝

      一.简介

      防止环境污染的重要性,已作为世界范围的问题而被尖锐地提了出来。随着现代工业生产的发展和生活水平的提高,大气污染成了人们十分关注的问题。

      二氧化硫是大气的重要污染源之一,其污染危害甚大,故七十年代中,研究烟气脱硫技术被许多国家列为防治大气污染的重点,相继建成了一些工业规模的实用的处理装置,与此同时,对大气污染中的另一个大问题,即氮氧化物NOX的污染问题,人们也开始了防治技术的研究和开发。NOX在阳光的作用下会引起光化学反应,形成光化学烟雾,从而造成严重的大气污染。七十年代以来NOX的大气污染问题已被日益重视,人们发现:人体健康的伤害、高含量硝酸雨、光化学烟雾、臭氧减少以及其他一些问题均与低浓度NOX有关系,而且其危害性比人们原先设想的要大得多。

      NOX排放问题美国和日本考虑得较多。日本早已定出了世界上严格的NOX排放标准。在以煤和油为燃料的锅炉上增加消除NOX设备的技术措施,日本是靠前的国家,美国还在争取获得这种技术。

      火力发电厂烟气中含有大量氮氧化物,如不处理,这些废气排入大气会产生污染形成酸雨,为了进一步降低氮氧化物的排放,必须对燃烧后的烟气进行脱硝处理。火力发电厂烟气脱硝设备是用来处理氮氧化物的装置。

      二.方法

      烟气脱硝,是指把已生成的NOX还原为N2,从而脱除烟气中的NOX,按治理工艺可分为湿法脱硝和干法脱硝。国内外一些科研人员还开发了用微生物来处理NOX废气的方法。

      由于从燃烧系统排放的烟气中的NOx90%以上是NO,而NO难溶于水,因此对NOx的湿法处理不能用简单的洗涤法。烟气脱硝的原理是用氧化剂将NO氧化成NO2,生成的NO2再用水或碱性溶液吸收,从而实现脱硝。O3氧化吸收法用O3NO氧化成NO2,然后用水吸收。该法的生成物HNO3液体需经浓缩处理,而且O3需要高电压制取,初投资及运行费用高。ClO2氧化还原法ClO2NO氧化成NO2,然后用Na2SO3水溶液将NO2还原成N2。该法可以和采用NaOH作为脱硫剂的湿法脱硫技术结合使用,脱硫的反应产物Na2SO3又可作为NO2的还原剂。ClO2法的脱硝率可达95%,且可同时脱硫,但ClO2NaOH的价格较高,运行成本增加。

      1.选择性催化还原脱硝

      1)原理

      选择性催化还原SCR法脱硝是在催化剂存在的条件下,采用氨、CO或碳氢化合物等作为还原剂,在氧气存在的条件下将烟气中的NO还原为N2。可以作为SCR反应还原剂的有NH3COH2,还有甲烷、乙烯、丙烷、丙稀等。以氨作为还原气的时候能够得到的NO的脱除效率高。SCR反应是氧化还原反应,因此遵循氧化还原机理或Mars-van Krevelen-type机理。 目前,国外学者已经在SCR反应的反应物是NO达成了一致,而不是NO2,并且O2参与了反应。

      2SCR的催化剂种类

      一类是Pt-RhPd等贵金属类催化剂,通常以氧化铝等整体式陶瓷作为载体,早布置的SCR系统中多采用这类催化剂,其对SCR反应有较高的活性且反应温度较低,但是缺点是对NH3有一定的氧化作用。因此在八、九十年代以后逐渐被金属氧化物类催化剂所取代,目前仅应用于低温条件下以及天然气燃烧后尾气中NOX的脱除。

      第二类是金属氧化物类催化剂,主要包括V2O5 (WO3)Fe2O3CuOCrOxMnOx MgOMoO3NiO等金属氧化物或其联合作用的混合物通常以TiO2Al2O3ZrO2SiO2、活性炭(AC)等作为载体且这些载体通常主要作用是提供具有大的比表面积的微孔结构在SCR反应中所具有的活性极小。当采用这一类催化剂时,通常以氨或尿素作为还原剂。反应机理通常是氨吸附在催化剂的表面,而NO的吸附作用很小。

      第三类是沸石分子筛型,主要是采用离子交换方法制成的金属离子交换沸石。通常采用碳氢化合物作为还原剂。所采用的沸石类型主要包括Y-沸石、ZSM系列、MFIMOR等,特别是Cu-ZSM-5,国外学者的研究工作较多。 这一类催化剂的特点是具有活性的温度区间较高,可以达到600℃。同时,这类催化剂也是目前国外学者研究的重点,但是工业应用方面还不多。

      2.择性非催化还原法脱硝法

      SNCR是选择性非催化还原,是一种成熟的低成本脱硝技术。该技术以炉膛或者水泥行业的预分解炉为反应器,将含有氨基的还原剂喷入炉膛,还原剂与烟气中的NOx反应,生成氨和水。

      在选择性非催化还原法脱硝工艺中,尿素或氨基化合物在较高的反应温度(9301090℃)注入烟气,将NOx还原为N2。还原剂通常注进炉膛或者紧靠炉膛出口的烟道。

      SNCR工艺的NOX的脱除效率主要取决于反应温度、NH3NOX的化学计量比、混合程度和反应时间等。研究表明,SNCR工艺的温度控制至关重要。若温度过低,NH3的反应不完全。容易造成NH3泄漏;而温度过高,NH3则容易被氧化为NOX抵消了NH3的脱除效果。温度过高或过低都会导致还原剂损失和NOX脱除率下降。通常,设计合理的SNCR工艺能达到高达30%50%的脱除效率。

      3.湿法烟气脱硝技术

      湿法烟气脱硝是利用液体吸收剂将NOX溶解的原理来净化燃煤烟气。其大的障碍是NO很难溶于水,往往要求将NO首先氧化为NO2。为此一般先将NO通过与氧化剂O3ClO2KMnO4反应,氧化生成NO2,然后NO2被水或碱性溶液吸收,实现烟气脱硝。

      1)稀硝酸吸收法

      由于NONO2在硝酸中的溶解度比在水中的大得多(例如NO在浓度为12%的硝酸中的溶解度比在水中的溶解度大12),故采用稀硝酸吸收法以提高NOX去除率的技术得到广泛应用。随着硝酸浓度的增加,其吸收效率显著提高,但考虑工业实际应用及成本等因素,实际操作中所用的硝酸浓度一般控制在15%20%的范围内。稀硝酸吸收NOX的效率除了与本身的浓度有关外,还与吸收温度和压力有关,低温高压有利于NOX的吸收。

      2)碱性溶液吸收法

      该法是采用NaOHKOHNa2CO3NH3·H2O等碱性溶液作为吸收剂对NOX进行化学吸收,其中氨(NH3·H2O)的吸收率高。为进一步提高对NOX的吸收效率,又开发了氨一碱溶液两级吸收:首先氨与NOX和水蒸气进行完全气相反应,生成硝酸铵白烟雾;然后用碱性溶液进一步吸收未反应的NOX。生成硝酸盐和亚硝酸盐,NH4NO3NH4NO2也将溶解于碱性溶液中。吸收液经过多次循环,碱液耗尽之后,将含有硝酸盐和亚硝酸盐的溶液浓缩结晶,可作肥料使用。

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