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                煙氣脫硝領域

                煙氣脫硝領域

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                  當前時期,化石燃料燃燒產生了大量的污染物,其中含有的氮氧化物對自然環境和人身健康均造成了嚴重損害。因此,煙氣脫硝處理格外必要。本文簡要闡述和分析了臭氧脫硝方式在煙氣處理方面的應用,確保降低煙氣中氮氧化物含量,減輕對環境和人身健康的危害,并為今后的相關工作提供參照。 
                  氮氧化物屬于一類主要的污染物,其能夠導致酸雨和光化學煙霧,并對大氣層產生影響。臭氧作為具有強烈氧化性的物質,能夠迅速將氮氧化物氧化至高價態進行脫硝。如今,應用臭氧方式脫硝在煙氣處理方面的研發獲得了發展,進一步完善臭氧脫硝能為煙氣處理帶來長遠的發展。 
                一、臭氧脫硝在煙氣處理上的研究成果和應用闡述 
                  近些年,臭氧脫硝方式在煙氣處理階段的干擾原因和反應條件被更多的科研人員所關注,包含了臭氧的注入方式、化學反應是的溫度以及煙氣劃分,在持續的科研階段,臭氧的氧化方式被用在了廢氣處理,包含尾氣和制酸工業當中。從臭氧與氨水相結合脫硝試驗看出,此類方式的成本投入更低且高吸收量更高。環境中,脫硝率為84%左右。臭氧可以推動氮氧化物還原過程中氮氧化物的消除。一些科研人員將臭氧脫硝應用在處理制酸工業中的煙氣處置,臭氧對煙氣脫硝并制備硝酸的相關實驗中,對臭氧實行氣液化學反應可以推動硝酸的產生,遏制亞硝酸的產生,在正常的煙氣溫度中,HNO3產生率大約為百分之八十八左右。
                  本世紀初,臭氧脫硝方式應用在催化裂化設備在美國德州的實驗成果反映出,總體系統的脫硝率大于9/10,之后一年,貝克公司得到了允許,應用EDV濕法煙氣洗滌方式對煉油環節形成的各類煙氣實行處理,應用該系統具備如下幾方面的優勢:,LoTOx脫硝技術的設備不會干擾流體催化裂化單元的總體化學反映環節,也不會干擾到整體水壓;第二,煙氣污染物中的臭氧濃度不會干擾系統設備工作,并能夠與EDV濕法煙氣洗滌技術相結合消除顆粒,確保該系統可以同一時間消除各類污染物;第三,該系統可以基于需處置污染物的數量生產臭氧,沒有選擇性催化還原法中需NH3存儲和使用環節,處理成本投入也能夠隨煙氣處置數量而改變,不導致資源能源的無謂消耗。在2007年的時候,此煙氣脫硝系統在德州正式投入運行。2006-2009年之間,丹麥實驗室與科大、天然氣中心和能源公司共用實行了長達三年的試驗,把臭氧脫硝法按照比例增加,且以燃氣電廠為試驗對象,試驗結論反映出,此設備可以消除煙氣內百分之九五左右的氮氧化物。 
                  參照國外臭氧脫硝經驗,我國流體催化裂化單元煙氣脫硝通常應用濕法脫硝,新近建立的設備應用EDV濕法煙氣洗滌和LoTOx技術為核心,這類煙氣脫硝系統的特征為:,脫硝技術相對成熟,操作簡便,使用的裝置數量不多,尾氣的快速冷卻、脫酸和固體顆粒的消除否能夠在相同的設備中完成;第二,系統工作穩定,且系統的操作簡便;第三,能夠應用各類化學試劑實行煙氣脫硝,一氧化氮的消除脫率大約為9/10;第四,氧化環節在設備之外進行,方便對其檢修,可運行成本更高??傮w來講,雖然當前時期的臭氧脫硝技術成本更高,可因其多種優勢,相關企業與科研人員依然在持續深入的研究,力求找到其更好的應用價值,各類減少臭氧制備成本的科研方式也被更多的關注。
                二、煙氣處理中臭氧脫硝的原理分析 
                  自然界中包含了很多種NOx,通常有一氧化二氮, 一氧化氮, 二氧化氮 , 三氧化二氮 , 四氧化二氮,三氧化氮,五氧化二氮。一氧化氮與二氧化氮存在毒性,且通過化學反應導致出現了光化學煙霧的情況,并和二氧化硫共同導致酸雨。其中,一氧化二氮屬于一類溫室氣體,也是能夠破壞大氣層。相關材料不難看出,在NO2的轉換中臭氧作為主要的媒介,其可以很快的將一氧化氮氧化成高價NOx。所以,更多的科研人員對臭氧脫硝進行研究,本文主要研究臭氧聯合濕法和臭氧聯合選擇性催化還原法進行脫硝的方式。 
                1.臭氧聯合濕法 
                煙氣的氮氧化物主要為一氧化氮,大約占比95%,一氧化氮難溶于水,但高價二氧化氮和一氧化二蛋則能溶于水。產生亞硝酸與硝酸的溶解性有很大程度的提升。臭氧屬于強氧化劑,還原電位2.07毫伏,只低于氟的氧化能力.當臭氧與煙氣混合,一氧化氮被轉換為二氧化氮: 
                NO+O3→NO2+O2             (1)
                并且會伴隨許多副反應,此類副反應形成的二氧化氮,三氧化二氮,四氧化二氮和五氧化二氮易溶于水,繼續經過反應:
                NO2(g)→NO2(l)            (2)
                2NO2+H2O→NO3-+NO2-+2H+          (3)
                NO2+NO3(g)+H2O→2NO3-+2H+           (4)
                N2O5+H2O→2NO3-+2H+              (5) 
                所以,部分科研人員試著應用臭氧聯合濕法脫硝,有人采用硫化鈉吸收高價NO2,氮氧化物轉化為氮氣與沒有毒性的硫化鈉。
                2NO2+Na2S→N2+Na2SO4             (6) 
                可如果硫化鈉過多,就會和硝酸進行化學反應再次形成一氧化氮:
                3Na2S+5HNO3→3S+6NaNO3+2NO+4H2O  (7) 
                另外一些科研人員把氫氧化鈉當成吸收劑,和溶液產生的亞硝酸與硝酸形成化學反應,產生對應的鹽類,化學反應為:
                NO+NO2+2NaOH→2NaNO2+H2O         (8)
                2NO2+2NaOH→NaNO2+NaNO3+H2O       (9) 
                別的吸收劑,比如碳酰胺和臭氧進行化學作用也體現出了其較高的脫硝能力。
                以之前的科研成果為前提,一些科研人員找到了一類新式且有效的集成脫硝方式,該方式內包括了光催化脫硝、臭氧脫硝、洗滌瀝出液脫硝幾個環節。其中,氮氧化物通過多個化學反應轉換為NaNO2和NaNO3,包含了大量的硝酸根與亞硝酸根的瀝出液添加活性污水,通過一種能引起反硝化作用的細菌的反應,其中的三氧化氮與二氧化氮的有效消除率大約為9/10左右。該方式整合了物理、化學和生物方式,可以低成本且有效的使煙氣脫硝,且對自然環境不會產生不良影響。 
                2.臭氧聯合選擇性催化還原法 
                選擇性催化還原法屬于一類高效的脫硝方式,并作為當前火力發電站采用相對較多的一類脫硝方式,通過NH3作為還原劑,NOx在選擇性催化還原的裝置轉化為氮氣:
                4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O        (10) 
                但在這個化學反應階段,必須保證溫度處在300攝氏度到400攝氏度之間方可獲得較好的氮氧化物去除率。如果在較低溫度的情況下,其活性、抗硫性、抗水性均會形成干擾??蒲腥藛T采用臭氧添加方式把臭氧添加到煙氣內,實行脫硝能力實驗。臭氧還未添加到煙氣內的時候,化學反應式(10)屬于主要化學作用,臭氧的逐漸添加,部分一氧化氮轉換為二氧化氮,化學反應出現:
                NO+NO2+2NH3→2N2+2H2O     (11)
                待一氧化氮完全轉化為二氧化氮,其主體反應變成:
                6NO2+8NH3→7N2+12H2O        (12)
                2NO2+2NH3→N2+H2O+NH4NO3     (13)
                則消除了選擇性催化還原法進行脫硝的弊端,化學反應可以在更低的溫度下實行,脫硝率高于9/10,并具備溫度低效率高,沒有附加產物的優勢。
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