煙氣脫硝用大型臭氧發(fā)生器(臭氧脫硝成功案例)
臭氧脫硝-低溫煙氣脫硝的選擇
臭氧脫硝技術 趙化強
1、臭氧用于煙氣脫硝的優(yōu)勢
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。 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。
傳統(tǒng)的煙氣脫硫脫硝工藝已經不能滿足嚴格的減排要求,傳統(tǒng)的工藝也存在設備投資高、占地面積大等缺點,因此開發(fā)工藝簡單、可靠的脫硫脫硝工藝具有重要意義。臭氧脫銷無非是脫掉煙氣中的NOX,煙氣中NOX的主要組成部分是NO,臭氧的高級氧化作用可以達到脫除效果,而且煙氣中的其他有害氣體也可以脫除。臭氧作為一種強氧化劑,可以容易的將NO氧化成可溶于水生成HNO2和 HNO3的NO2、N2O3、N2O5等高價態(tài)氮氧化物。然后采用Na2S 和NaOH 溶液進行吸收,終將NOx 轉化為N2達到脫除的目的,NOx 的去除率高達95%。
浙江大學王智化等人對臭氧同時脫硫脫硝過程中NO 的氧化機理進行了研
究,構建出O3與NOX 之間65步詳細的化學反應機理,該機理比較復雜。在實際試驗中,可根據低溫條件下臭氧與NO 的關鍵反應進行研究。
低溫條件下,O3與NO 之間的關鍵反應如下:
NO+O3→NO2+O2 (1)
NO2+O3→NO3+O2 (2)
NO3+NO2→N2O5 (3)
NO+O+M→NO2+M (4)
NO2+O→NO3 (5)
浙江大學王智化等對采用臭氧氧化技術同時脫硫脫硝進行了試驗研究,結果表明在典型煙氣溫度下,臭氧對NO 的氧化效率可達84%以上,結合尾部濕法洗滌,脫硫率近*,脫硝效率也在O3/NO 摩爾比為0.9時達到86.27%。Young Sun Mok 和Heon-Ju Lee 將臭氧通入煙氣中對NO 進行氧化,然后采用Na2S 和NaOH 溶液進行吸收,***終將NOx 轉化為N2,NOx 的去除率高達95%,SO2去除率約為*。王智化等將O3注入模擬煙氣進行脫除SO2、NOx 以及Hg 的研究,然后采用堿吸收塔對煙氣進行洗滌,結果表明NO 和Hg0的脫除率與O3的注入量有關,當O3加入量為200ppm 時,NO 的脫除效率可達到85%,此工藝對NO 和SO2的脫除率可分別達到97%和*。
2、臭氧同時脫硫脫硝的主要影響因素
利用臭氧同時脫硫脫硝的影響因素主要有摩爾比、反應溫度、反應時間、吸收液性質等,這些因素對脫硝和脫硫效率都有不同程度的影響。
2.1 摩爾比
摩爾比(O3/NO)是指O3與NO 之間摩爾數的比值,它反映了臭氧量相對于一氧化氮量的高低。NO 的氧化率隨O3/NO 的升高直線上升。目前已有的研究中,在0.9≤O3/NO<1的情況下,脫硝率可達到85%以上,有的甚至幾乎達到*。根據式(1)可見,O3與NO *反應的摩爾比理論值為1,但在實際中,由于其他物質的干擾,可發(fā)生一系列其他反應,如式(2)~(5),使得O3不能*與NO 進行反應。
2.2 溫度
由于臭氧的生存周期關系到脫硫脫硝效率的高低,所以考察臭氧對溫度的敏感性具有重要意義。王智化等人在對臭氧的熱分解特性的研究中得出在150℃的低溫條件下,臭氧的分解率不高,但隨著溫度增加到250℃甚至更高時,臭氧分解速度明顯加快。Zhihua Wang 等人也得出在25℃時臭氧的分解率只有0.5%,當溫度高于200℃時,分解率顯著增加。這些結果對研究臭氧在煙氣中的生存時間及氧化反應時間具有重要意義。
2.3 反應時間
臭氧在煙氣中的停留時間只要能夠保證氧化反應的完成即可,在ISHWAR K. PURI 的研究中,反應時間在1~104s 之間對反應器出口的NO 摩爾數沒有什么影響,而且增加停留時間并不能增大NO 的脫除率。這主要是因為關鍵反應的反應平衡在很短時間內即可達到,不需要較長的臭氧停留時間。
2.4 吸收液性質
利用臭氧將NO 氧化為高價態(tài)的氮氧化物后,需要進一步地吸收。常見的吸收液有Ca(OH)2、NaOH 等堿液。不同的吸收劑產生的脫除效果會有一定的差異。例如王智化等人在利用水吸收尾氣時,NO 和SO2的脫除效率分別達到86.27%和*。這是利用氣體在水中的溶解度進行吸收,也有試驗利用吸收液將高價氮氧化物還原成為N2后直接排入大氣中,如Young Sun Mok 和Heon-Ju Lee 采用Na2S 和NaOH 溶液作為吸收劑,NOx 的去除率高達95%,SO2去除率約為*,但存在吸收液消耗量大的問題。
3、臭氧氧化脫硝技術的工程應用
美國BOC 公司開發(fā)的LoTOx 是一種低溫氧化技術,將氧/臭氧混合氣注入再生器煙道,將NOX 氧化成高價態(tài)且易溶于水的N2O3和N2O5,然后通過洗滌形成HNO3。
主要的反應如下:
NO+O3→NO2+O2 (6)
2NO2+O3→N2O5+O2 (7)
N2O5+H2O→2HNO3 (8)
煙氣處理流程見下圖:

采用LoTOx 技術可得到較高的NOX 脫除率,典型的脫除范圍為70%~90%,甚至可達到95%,并且可在不同的NOX 濃度和NO、NO2的比例下保持高效率;因為未與NOX 反應的O3會在洗滌器內被除去,所以不存在類似SCR 中O3的泄漏問題;除以上優(yōu)點外,該技術應用中SO2和CO 的存在不影響NOX 的去除,而LoTOx 也不影響其他污染物控制技術。BELCO 公司將LoTOx技術與自己研發(fā)的EDV(Electro-Dynamic Venturei)洗滌系統(tǒng)結合形成一體化的脫硫脫硝系統(tǒng),用于石油精煉廠中加熱器、鍋爐等的廢氣治理。經氧化后生成的N2O5通過EDV 洗滌器很容易與煙氣中水分發(fā)生反應生成HNO3,然后再同洗滌劑生成鹽類,***后通過洗滌清理排出系統(tǒng)外。具體的化學反應如下:
N2O5+H2O→2HNO3 (9)
HNO3+NaOH→NaNO3+H2O (10)
LoTOx-EDV 系統(tǒng)可使NOx 排放減少到10μg/g 以下,可滿足***嚴格的減排要求。并且不會使SO2轉化為SO3,此外,煙氣中的顆粒物和硫化物對臭氧消耗或NOX 脫除效率的影響并不明顯,該系統(tǒng)不僅可以高效去除氮氧化物,而且對二氧化硫和粉塵等顆粒物也有明顯的去除效果。此外,它不存在堵塞、氨泄漏等問題,是一種應用前景廣闊的脫硫脫硝技術。
根據M A R A M A 2 0 0 7 評估數據報告在保證NOX 脫除率為80%~95%的情況下,LoTOx 運行費用為1700~1950美元/噸NOX,比SCR 的運行費用2364~ 2458美元/噸NOX 要低。
4、臭氧用于煙氣脫硫脫硝必然發(fā)展趨勢
(1)隨著環(huán)保要求的日益嚴格,傳統(tǒng)的煙氣脫硫脫硝工藝將不能滿足嚴格的減排要求,此外,傳統(tǒng)工藝還存在設備投資高、占地面積大、系統(tǒng)復雜等缺點。因此開發(fā)工藝簡單、可靠的脫硫脫硝工藝具有重要意義。
(2)采用臭氧的高級氧化技術不僅對NOX 具有良好的脫除效果,而且對煙氣中的其他有害污染物,比如重金屬汞也有一定的去除能力。
(3)影響臭氧同時脫硫脫硝的因素主要有摩爾比、反應溫度、反應時間、吸收液性質等。
(4)LoTOx 的工程應用表明該技術在國外已進入工業(yè)化應用階段,但現階段臭氧的制備費用較高,制約了該技術的推廣使用,隨著臭氧發(fā)生裝置的逐步改進,臭氧氧化同時脫硫脫硝技術必將會有更加廣泛的應用前景。
因此臭氧氧化性的高低也會直接影響到氮氧化物的脫除率,而臭氧的濃度高低就直接影響到臭氧的氧化性,因此選擇高濃度的臭氧,對氮氧化物的脫除效率有著至關重要的作用。煙氣脫硝用大型大型臭氧發(fā)生器產生出的高濃度臭氧對難氧化物質氧化效果明顯,臭氧濃度提高到一定程度會發(fā)生質的變化。
5、臭氧用于煙氣脫硝成功案例
北京山美水美環(huán)保高科技有限公司的煙氣脫硝用大型氧大型臭氧發(fā)生器現已用于玻璃窯爐和啤酒廠鏈條爐的煙氣脫硝并取得了非常明顯的效果。





