大氣氮氧化物排放會造成多種環(huán)境影響,主要表現(xiàn)在5個方面:氮氧化物直接造成的污染及其引起的臭氧污染、酸沉降、顆粒物污染和水體富營養(yǎng)化二次污染問題。氮氧化物是生成臭氧的重要物質(zhì)之一,與城市臭氧濃度和光化學(xué)污染緊密相關(guān)。
同時,氮氧化物還是城市細粒子污染的主要來源,成為我國大中城市普遍存在較為嚴(yán)重的大氣顆粒物污染、特別是區(qū)域細粒子污染和灰霾的重要根源。有關(guān)研究表明,氮氧化物排放也加劇了區(qū)域酸雨的惡化。
氮氧化物是需要減排的主要污染物之一,控制NOX排放的技術(shù)稱為煙氣脫硝。煙氣脫硝技術(shù)分為包括氣相反應(yīng)法、等離子體活法、吸附法、液體吸收法、微生物法等。
氣相反應(yīng)法
1、選擇性催化還原法(SCR)
該法是在一定的溫度和催化劑作用下,利用氨或烴做還原劑可選擇性地將 NOX還原為氮氣和水的方法。此法對大氣環(huán)境質(zhì)量的影響不大,是目前脫硝效率較高,較為成熟,且應(yīng)用較廣的脫硝技術(shù)。
2、選擇性非催化還原法(SNCR)
選擇性非催化還原法是在 900~1100℃溫度范圍內(nèi),無催化劑作用下,通過注入氨等還原劑可選擇性地把煙氣中的NOX還原為N2和H2O,達到去除的目的。在SNCR法中溫度的控制是至關(guān)重要的。由于沒有催化劑加速反應(yīng),故其操作溫度高于SCR法。為避免NH3被氧化,溫度又不宜過高。目前的趨勢是以尿素代替NH3作還原劑。采用該方法一般可使NOX降低 50%~60%。
3、催化分解法
由于選擇性催化還原法需要消耗大量燃料氣,選擇性催化還原法則消耗大量的氨或烴,若能將NOX直接分解成N2和O2,便可達到既消除污染,又節(jié)約能源和資源的目的。
催化分解法正是基于這種思想而展開研究的。對NOX的分解有催化作用的有貴金屬、金屬氧化物和分子篩3類。有些催化劑的分解效率高但不能持久,主要原因是 NOX分解后產(chǎn)生的氧不易從載體上脫除,易使催化劑喪失活性。
用炭代替?zhèn)鹘y(tǒng)的載體物質(zhì)制成脫硝催化劑,炭易與氧結(jié)合為氣態(tài)物質(zhì)CO,CO2等,可使氧從炭的表面脫除,從而避免催化劑表面上的活性中心因吸附氧而中毒。
另外,炭本身就是還原劑,它易于將NO2在還原為NO或N2O。但因反應(yīng)過程消耗炭載體,該催化劑壽命將取決于炭的消耗速度,尤其是對氧含量較高的氣體,壽命較短,該法還在進一步的研究中。
等離子體活化法
這種方法的特征是在煙氣中產(chǎn)生自由基,可同時脫除NOX和SO2。該法可分為兩大類:電子束(EBA)和脈沖電暈等離子法(PPCP)。
1.電子束法
該法是在煙氣中加入氨的情況下,利用電子加速器產(chǎn)生的高能電子束輻照煙氣,將煙氣中的SO2和NOX轉(zhuǎn)化成硫酸銨和硝酸銨的一種煙氣脫硫脫硝技術(shù)。
2.脈沖電暈等離子法
脈沖電暈等離子法是靠脈沖高壓電源在普通反應(yīng)器中形成等離子體,產(chǎn)生高能電子。利用高能電子將煙氣中SO2,NOX,H2O和O2等氣體分子激活、電離、甚至裂解,產(chǎn)生強氧化性基團,如OH,HO,O,O3等,這些活性基團與SO2和NOX分子作用,生成SO3和NO2,在有氨注入的情況下,進一步生成硝銨等細粒氣溶膠,然后由布袋過濾器或靜電除塵器收集產(chǎn)物,從而達到凈化煙氣的目的。
吸附法
吸附法利用可循環(huán)再生的固體吸附材料從煙道氣或廢氣中除去SO2和NOX,根據(jù)吸附材料可分為炭質(zhì)材料吸附法、NOXSO 法、氧化銅吸附法等。
1.炭質(zhì)材料吸附法
炭質(zhì)材料吸附材料主要是活性炭和活性焦2種,其脫硫脫硝原理基本相同。SO2是通過炭質(zhì)吸附材料的微孔吸附作用,存于炭質(zhì)吸附材料的微孔內(nèi),再通過熱再生,生成高濃度的 SO2氣體,經(jīng)過轉(zhuǎn)化裝置形成各種有價值的副產(chǎn)品;NOX是在加氨的條件下,在炭質(zhì)吸附材料的催化作用下生成水和氮氣排入大氣。
2.NOXSO法
NOXSO法除塵后的煙氣進入流化床進行吸收,吸附飽和的吸附劑進入加熱器,在溫度600℃左右,使得NOX被釋放,再將溢出的NOX循環(huán)送回鍋爐燃燒器中,結(jié)果在燃燒器中形成了一個化學(xué)平衡,抑制 NOX的生成,在燃燒室中NOX的濃度達到一個穩(wěn)定狀態(tài),這樣就不會生成NOX而只能是N2。
然后將吸附劑用還原氣體除硫,產(chǎn)生SO2,H2S,S混合氣體,用克勞斯法進行硫的回收。其NOX的去除率可達70%~90%,SO2的去除率可達 90%。
3.氧化銅吸附法
在吸收還原過程一般采用負載型的CuO作為吸收劑,CuO含量通常占4%~6%,在300~450℃的溫度范圍內(nèi),既可吸附煙氣中的SO2將其催化氧化為CuSO4以達到脫硫目的,又可在NH3和O2存在的條件下,同時將煙氣中的NOX選擇性催化還原為無害的N2,當(dāng)吸收劑吸收SO2達到飽和,可利用CH4,H2等將其還原再生,釋放的SO2可制酸,還原得到的金屬銅或CuS 遇到煙氣中游離的O2會生成可供重新使用的CuO。
液體吸收法:
液體吸收法有堿液吸收法、氧化吸收法、液相還原吸收法、液相絡(luò)合吸收法等很多,應(yīng)用也較廣。
NOX可以用堿液、稀硝酸、濃硝酸等吸收,但由于NO難溶于水或堿液,因而液體吸收法脫硝效率一般不是很高,通常采用氧化、還原或是絡(luò)合吸收的方法來提高NO的凈化效果。液體吸收法具有工藝及設(shè)備簡單,投資少的優(yōu)點,從經(jīng)濟的角度考慮是有利的,但是有著凈化效果差的缺點。
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