该方法广泛应用于固定源NOx的脱除,第一代装置始建于日本,随后德国和美国相继建成投入使用。由于目前此方法的技术、经济指标最为合理,且能达到相应排放法规的要求,此技术会继续广泛应用。但该方法依然存在几个问题:
①NH3/NOX比例的控制。为了得到较好的脱除效果,NH3与NOX
的比例应控制在0. 8~1. 0之间,过量的NH3会造成二次污染;
②原料NH3的腐蚀性和成本。运输、贮存和操作过程中必须考虑其腐蚀性,操作费用很大程度上取决于NH3的价格;
③NH3会与烟气中SO2氧化生成的SO3作用,生成NH4HSO4、(NH4)2SO4,引起管路堵塞,而且也可能在催化剂表面沉积,导致催化剂失活。烟气中往往含有SO2和灰尘,会造成催化剂中毒,并堵塞床层增加阻力。经过除尘脱硫后,烟气温度往往降到200℃以下。因此进一步提高催化剂活性,实现较低温度下选择性催化还原NOx是今后发展的方向之一。
(2)非选择性催化还原法(SNCR)
图2-5 SNCR工艺流程示意图
1—氨或尿素贮槽;2—燃烧器;3—锅炉;4—空气加热器
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非选择性催化还原法:烟气中NOx在一定温度和催化剂作用下,被还原剂( CH4、CO、H2及其它低碳氢化合物或者混合气体)还原为N2,同时还原剂还和烟气中的O2发生反应。SNCR与SCR的区别在于:SNCR的还原剂与烟气中的NOX和O2都发生反应,无选择性脱除NOX,因此还原剂的消耗量较大。以甲烷为例,其主要还原反应为:
CH4+ 4NO→CO2+ 2N2+ 2H2O (2-9) CH4+ 4 NO2→CO2+ 4NO + 2H2O (2-10) CH4+ 2O2→CO2+ 2H2O (2-11) 其它还原剂的还原反应类同。工业常用的还原气体有合成氨释放气、焦炉气、天然气、炼油厂尾气和汽化石脑油等,可总称为燃料气。由于反应过程中放出大量的热,一般都回收利用。对于贫燃条件下燃煤过程排放的废气,由于存在着过量氧,不但消耗了大量还原剂,还会使催化剂失去活性。非选择性还原法受温度、NH3/NOX摩尔比及停留时间影响较大。因此,寻找在贫燃条件下仍具有高活性的NOX还原催化剂,仍是目前研究的一个课题。 (3)吸附剂吸收技术
采用浸渍了碳酸钠的γ-Al2O3圆球(φ1.6 mm)作为吸附剂同时去除烟气中的氮氯化物和二氧化硫。处理过程包括吸收、再生等步骤。吸收过程反应式为:
Na2CO3+Al2O3→2NaAlO2+CO2 (2-12) 2NaAlO2+H2O→2NaOH+Al2O3 (2-13) 2NaOH+SO2+12O2→Na2SO4+H2O (2-14)
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2NaOH+2NO+32O2→2NaNO3+H2O (2-15) 采用天然气,一氧化碳可对吸附剂进行再生,再生反应式如下: 4Na2SO4+CH4→4Na2SO3+CO2+2H2O (2-16) 4Na2SO3+3CH4→4NO2S+3CO2+6H2O (2-17) Al2O3+Na2SO3→2NaAlO2+SO2 (2-18) Al2O3+Na2S+H2O→2NaAlO2+H2S (2-19) 此技术对烟气中二氧化硫的净化率达90%,氮氧化物的净化率达70%~90%,但此技术需大量吸附剂,设备庞大,投资大,运行动力消耗也大。 2.2.8 氧化法 (1)光催化氧化法
光催化技术是近几年发展起来的一项空气净化技术,具有反应条件温和、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的机理与脱除气相有机污染物相似,即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。电子与空穴迁移导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体系中得电子,使其被活化而氧化。电子与水及空气中的氧反应发生氧化能力更强OH及O2等,是将NOX最终氧化生成NO3-的最主要氧化剂。TiO2氧化脱除NOX的效率受初始浓度影响大,对低浓度的NOX效率可以高达90%,但对高浓度NOX脱除效率不高。TiO2对NO的脱除效率也随着温度升高而增大,这是由于温度升高,导致各反应物粒子扩散
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速率及碰撞频率提高,也就是反应增多所致。
TiO2光催化脱除NOX的技术尽管尚未成熟,但有着诱人的前景,通过探索不同因素对光催化效率的影响及催化作用机理,人们将更加全面地了解这一反应体系。同时,也必须注意解决如何提高TiO2对高浓度NOX的脱除效率,减少中间产物的形成等重要问题。 (2) 电子束或电晕放电脱除烟气中的NOX
高能电子产生等离子体工艺是工业烟气中去除NOX最有效的方法之一。该方法的机理是在烟气中加入少量氨气、水蒸气或甲烷气,用电子束或电晕放电产生高能电子流辐射气体,生成富于化学反应的活性基(OH、O、N),活性基团氧化烟气中的NOX生成HNO3,HNO3进一步与先期喷入反应器内的氨反应,生成NH4NO3。NOX的脱除率随放电电流或施加放电电能的升高而升高;电子束吸收剂量愈大、入口NOX浓度愈低,NOX脱除率愈高;多级电晕原子团喷射可望处理更大的烟气流量和NOX浓度,可获取更高的NOX脱除率。NH3的作用比较复杂,除了它于硝酸生成盐外,还与OH自由基反应,影响OH自由基对NOX的氧化,氨的量应与NOX以一定摩尔比加入为宜。 (3)管道喷射法
管道喷射法是直接将吸收剂喷入烟气管道,使之均匀分布在增湿的热烟气中,吸收剂与烟气中的SO2和NO反应或吸收,用除尘器除去固体颗粒。Hokkaido电力公司和Mitsubishi重工业有限公司联合开发了用一种叫LILAC(增强活性石灰—飞灰化合物)的吸收剂联合脱除SO2/NOX工艺。LILAC是在混合箱内将飞灰、消石灰和石膏与
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5倍于总重量的水混合制得,在80m3/h的实验中,Ca/S摩尔比为2.7的条件下,将吸收剂喷射到干燥塔内,脱除SO2和NO的效率分别为90%和70%。
2.2.9循环流化床联合脱氮技术
循环流化床热效率很高,温度分布均匀,气固相有很大的接触面积,因此人们将其应用到烟气的净化处理中。Lurgi Gmbh研究开发了烟气循环流化床(CFB)脱硫脱氮技术,该方法用消石灰作为脱硫的吸收剂,氨作为脱氮的还原剂,FeSO4·7H2O作为脱氮的催化剂。该系统已在德国投入运行,结果表明,在Ca/S比为1.2~1.5,NH3/NOX比为0.70~1.03时,脱硫率为97%,脱氮率为88%。黄建军等在借鉴国内外先进的CFB—FGD的技术基础上,研制开发了具有特殊内部结构的循环流化床烟气悬浮脱硫脱氮装置,并在500m3/h实验装置上进行了较细致的实验研究。运行结果表明,装置运行可靠,工艺简单,投资成本和运行费用低,在最佳运行工况条件下可达90%的脱硫率,脱氮率也达到60%。 以上各中工艺各有优缺点,现列于下表:
工艺 选择性催化还原法(SCR) 非选择性催化还原法(SNCR) 光催化法 各种工艺优缺点的比较 优点 脱除效率高,被认为是最好的固定源脱硫技术 效率高,操作费用低,技术已工业化 缺点 投资和操作费用大,还原剂的泄露也是问题 温度控制较难,氨气泄露可能造成二次污染 TiO2对高浓度NOX的脱反应条件温和、能耗低、二次污除效率低,有有害中间产染少 物产生 不产生废水,回收副产物能耗高,可产生X射线对NH4NO3可作氮肥加以利用,能人体产生危害 同时脱出SO2和NOX,且具有较20
电子束或电晕放电