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煙氣脫硝——上海大有儀器設備

中國教育裝備采購網 2019/10/9 20:10:45 圍觀1次 我要分享

煙氣脫硝

  一.簡介

  防止環境污染的重要性,已作為世界范圍的問題而被尖銳地提了出來。隨著現代工業生產的發展和生活水平的提高,大氣污染成了人們十分關注的問題。

  二氧化硫是大氣的重要污染源之一,其污染危害甚大,故七十年代中,研究煙氣脫硫技術被許多國家列為防治大氣污染的重點,相繼建成了一些工業規模的實用的處理裝置,與此同時,對大氣污染中的另一個大問題,即氮氧化物NOX的污染問題,人們也開始了防治技術的研究和開發。NOX在陽光的作用下會引起光化學反應,形成光化學煙霧,從而造成嚴重的大氣污染。七十年代以來NOX的大氣污染問題已被日益重視,人們發現:人體健康的傷害、高含量硝酸雨、光化學煙霧、臭氧減少以及其他一些問題均與低濃度NOX有關系,而且其危害性比人們原先設想的要大得多。

  NOX排放問題美國和日本考慮得較多。日本早已定出了世界上最嚴格的NOX排放標準。在以煤和油為燃料的鍋爐上增加消除NOX設備的技術措施,日本是領先的國家,美國還在爭取獲得這種技術。

  火力發電廠煙氣中含有大量氮氧化物,如不處理,這些廢氣排入大氣會產生污染形成酸雨,為了進一步降低氮氧化物的排放,必須對燃燒后的煙氣進行脫硝處理。火力發電廠煙氣脫硝設備是用來處理氮氧化物的裝置。

  二.方法

  煙氣脫硝,是指把已生成的NOX還原為N2,從而脫除煙氣中的NOX,按治理工藝可分為濕法脫硝和干法脫硝。國內外一些科研人員還開發了用微生物來處理NOX廢氣的方法。

  由于從燃燒系統排放的煙氣中的NOx,90%以上是NO,而NO難溶于水,因此對NOx的濕法處理不能用簡單的洗滌法。煙氣脫硝的原理是用氧化劑將NO氧化成NO2,生成的NO2再用水或堿性溶液吸收,從而實現脫硝。O3氧化吸收法用O3將NO氧化成NO2,然后用水吸收。該法的生成物HNO3液體需經濃縮處理,而且O3需要高電壓制取,初投資及運行費用高。ClO2氧化還原法ClO2將NO氧化成NO2,然后用Na2SO3水溶液將NO2還原成N2。該法可以和采用NaOH作為脫硫劑的濕法脫硫技術結合使用,脫硫的反應產物Na2SO3又可作為NO2的還原劑。ClO2法的脫硝率可達95%,且可同時脫硫,但ClO2和NaOH的價格較高,運行成本增加。

  1.選擇性催化還原脫硝

  (1)原理

  選擇性催化還原SCR法脫硝是在催化劑存在的條件下,采用氨、CO或碳氫化合物等作為還原劑,在氧氣存在的條件下將煙氣中的NO還原為N2。可以作為SCR反應還原劑的有NH3、CO、H2,還有甲烷、乙烯、丙烷、丙稀等。以氨作為還原氣的時候能夠得到的NO的脫除效率最高。SCR反應是氧化還原反應,因此遵循氧化還原機理或Mars-van Krevelen-type機理。目前,國外學者已經在SCR反應的反應物是NO達成了一致,而不是NO2,并且O2參與了反應。

  (2)SCR的催化劑種類

  第一類是Pt-Rh和Pd等貴金屬類催化劑,通常以氧化鋁等整體式陶瓷作為載體,最早布置的SCR系統中多采用這類催化劑,其對SCR反應有較高的活性且反應溫度較低,但是缺點是對NH3有一定的氧化作用。因此在八、九十年代以后逐漸被金屬氧化物類催化劑所取代,目前僅應用于低溫條件下以及天然氣燃燒后尾氣中NOX的脫除。

  第二類是金屬氧化物類催化劑,主要包括V2O5 (WO3)、Fe2O3、CuO、CrOx、MnOx 、MgO、MoO3、NiO等金屬氧化物或其聯合作用的混合物通常以TiO2、Al2O3、ZrO2、SiO2、活性炭(AC)等作為載體且這些載體通常主要作用是提供具有大的比表面積的微孔結構在SCR反應中所具有的活性極小。當采用這一類催化劑時,通常以氨或尿素作為還原劑。反應機理通常是氨吸附在催化劑的表面,而NO的吸附作用很小。

  第三類是沸石分子篩型,主要是采用離子交換方法制成的金屬離子交換沸石。通常采用碳氫化合物作為還原劑。所采用的沸石類型主要包括Y-沸石、ZSM系列、MFI、MOR等,特別是Cu-ZSM-5,國外學者的研究工作較多。這一類催化劑的特點是具有活性的溫度區間較高,最高可以達到600℃。同時,這類催化劑也是目前國外學者研究的重點,但是工業應用方面還不多。

  2.擇性非催化還原法脫硝法

  SNCR是選擇性非催化還原,是一種成熟的低成本脫硝技術。該技術以爐膛或者水泥行業的預分解爐為反應器,將含有氨基的還原劑噴入爐膛,還原劑與煙氣中的NOx反應,生成氨和水。

  在選擇性非催化還原法脫硝工藝中,尿素或氨基化合物在較高的反應溫度(930~1090℃)注入煙氣,將NOx還原為N2。還原劑通常注進爐膛或者緊靠爐膛出口的煙道。

  SNCR工藝的NOX的脫除效率主要取決于反應溫度、NH3與NOX的化學計量比、混合程度和反應時間等。研究表明,SNCR工藝的溫度控制至關重要。若溫度過低,NH3的反應不完全。容易造成NH3泄漏;而溫度過高,NH3則容易被氧化為NOX抵消了NH3的脫除效果。溫度過高或過低都會導致還原劑損失和NOX脫除率下降。通常,設計合理的SNCR工藝能達到高達30%~50%的脫除效率。

  3.濕法煙氣脫硝技術

  濕法煙氣脫硝是利用液體吸收劑將NOX溶解的原理來凈化燃煤煙氣。其最大的障礙是NO很難溶于水,往往要求將NO首先氧化為NO2。為此一般先將NO通過與氧化劑O3、ClO2或KMnO4反應,氧化生成NO2,然后NO2被水或堿性溶液吸收,實現煙氣脫硝。

  (1)稀硝酸吸收法

  由于NO和NO2在硝酸中的溶解度比在水中的大得多(例如NO在濃度為12%的硝酸中的溶解度比在水中的溶解度大12倍),故采用稀硝酸吸收法以提高NOX去除率的技術得到廣泛應用。隨著硝酸濃度的增加,其吸收效率顯著提高,但考慮工業實際應用及成本等因素,實際操作中所用的硝酸濃度一般控制在15%~20%的范圍內。稀硝酸吸收NOX的效率除了與本身的濃度有關外,還與吸收溫度和壓力有關,低溫高壓有利于NOX的吸收。

  (2)堿性溶液吸收法

  該法是采用NaOH、KOH、Na2CO3、NH3·H2O等堿性溶液作為吸收劑對NOX進行化學吸收,其中氨(NH3·H2O)的吸收率最高。為進一步提高對NOX的吸收效率,又開發了氨一堿溶液兩級吸收:首先氨與NOX和水蒸氣進行完全氣相反應,生成硝酸銨白煙霧;然后用堿性溶液進一步吸收未反應的NOX。生成硝酸鹽和亞硝酸鹽,NH4NO3、NH4NO2也將溶解于堿性溶液中。吸收液經過多次循環,堿液耗盡之后,將含有硝酸鹽和亞硝酸鹽的溶液濃縮結晶,可作肥料使用。

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