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含氮氧化物废气净化
 
摘要: 在很多化学工业中,如硝酸和硝酸化合物的生产,硝酸盐的分解,铅室法制硫酸,有机化合物的硝化,炸药和氮肥的生产,金属冶炼以及锅炉、内燃机、汽车等均排出氮的氧化物。氮的氧化物有多种,一氧化氮和二氧化氮是常见的大气污染物。



在很多化学工业中,如硝酸和硝酸化合物的生产,硝酸盐的分解,铅室法制硫酸,有机化合物的硝化,炸药和氮肥的生产,金属冶炼以及锅炉、内燃机、汽车等均排出氮的氧化物。氮的氧化物有多种,一氧化氮和二氧化氮是常见的大气污染物。净化烟气中氮氧化物的方法分为干法和湿法两大类。

干法净化 干法净化主要有催化还原法、吸附法、催化分解法、熔盐吸收法、非催化还原法和电子射线照射法等。

(1) 催化还原法: 此法又可分为非选择性催化还原法和选择性催化还原法两种。非选择性催化还原法是用元素铂、钯作催化剂,以氢、甲烷、一氧化碳和低碳氢化合物等为还原剂,在一定温度(400~800℃)下,将烟气中的一氧化氮和二氧化氮还原成氮。同时还原剂与气体中过剩的氧反应生成水和二氧化碳,并放出大量热。此法效率高,但需耗费大量还原剂,当烟气中有二氧化硫存在时,还会产生硫化氢等二次污染物。选择性催化还原法是在元素铂或铜催化剂的存在下,用氨或硫化氢作还原剂,使氨有选择地将烟气中氮氧化物还原为氮。此法效率高,脱除率可达99%,还原剂的消耗仅为非选择性催化还原法的1/4~1/5。其缺点是消耗有用的氨或燃料气,反应温度一旦超过300℃则发生较显著的氨氧化分解,生成新的氮氧化物。

(2) 吸附法: 用吸附剂对硝酸尾气中的氮氧化物进行吸附。常用的吸附剂有分子筛、活性炭及含氨泥煤等。氢型丝光沸石、氢型电沸石、脱铝丝光沸石及分子筛对二氧化氮有较高的吸附能力,基本上不吸收一氧化氮,但有氧存在时,分子筛将一氧化氮氧化成二氧化氮加以吸附。因水份和酸对吸附有影响,在烟气温度高时,吸附能力下降,故需脱湿和冷却。此法净化效率高,缺点是成本较高,设备体积大,再生周期短。

(3) 熔盐吸收法:用熔融碳酸盐、石灰乳或氢氧化钠吸收烟气中氮氧化物。此法简单易行,投资少,但不能单独吸收一氧化氮,通常只能使尾气中的氮氧化物含量降至0.1~0.3%。

(4) 催化分解法: 采用催化剂将氮氧化物分解为氮和氧。此法需要1000℃以上的反应温度和较长的催化时间。主要问题是难以找到耐高温和高分解速度的催化剂。

(5) 电子射线照射法:把烟气冷却至100℃左右,在其中加入微量的氨,然后用电子射线照射,氮氧化物、硫的氧化物成为气溶胶状物而被集尘装置捕集回收。

(6) 非催化还原法:用氨作为还原剂,不用催化剂,须在700~1000℃的高温下反应,使氮氧化物还原。此法设备和运行费用小,但净化效率低。

湿法净化 湿法净化有直接吸收法、氧化吸收法、氧化吸收还原法、液相还原法和络合吸收法等。

(1) 直接吸收法:有水吸收、硝酸吸收、碱性溶液吸收及浓硫酸吸收等多种方法。

一氧化氮在水中的溶解度甚小,水吸收一氧化氮的量甚微,并且水吸收二氧化氮时还放出一氧化氮,故此法不常用。

浓硫酸吸收是以浓硫酸与氮氧化物作用生成亚硝基硫酸,它可供浓缩稀硝酸用。此法常用于同时生产硫酸和浓硝酸的工厂中。

硝酸吸收法是利用氮氧化物在“漂白”稀硝酸 (15~30%重量) 中的溶解度比在水中高很多的特点来吸收废气中氮氧化物的。采用“漂白”稀硝酸吸收氮氧化物时,其吸收率与氧化度无关,即使一氧化氮氧化得很慢,也不影响硝酸对其吸收。但此方法吸收效率受温度、压力影响很大。该法既可以减少污染,又可以增加硝酸产量,吸收氮氧化物后的漂白稀硝酸,可用工厂的二次空气、原始尾气或其他气体进行漂白,脱除其中所含的氮氧化物后循环使用。它是一种技术上可行,经济上合理的方法。

碱性溶液吸收法是利用碱性溶液和二氧化氮反应生成硝酸盐和亚硝酸盐的一种方法。用得较多的碱性溶液为氢氧化钠(NaOH)、碳酸钠 (Na2CO3)和氨水(NH4OH)等。用氨水吸收得到的硝铵和亚硝铵,可作为化肥。碱吸收法比较适合于氧化度较大的硝酸尾气及硝化废气的净化。

(2) 氧化吸收法:在氧化剂和催化剂作用下,将一氧化氮氧化成溶解度高的氮氧化物,然后用水或碱液吸收脱氮。常用的氧化剂有臭氧(O3)、二氧化氯 (ClO2)、亚氯酸钠(NaClO2)、次氯酸钠(NaClO)、高锰酸钾(KMnO4)、过氧化氢(H2O2)、氯(Cl2)和硝酸(HNO3)等。按氧化方式不同,此法可分为催化氧化法、气相氧化法和液相氧化法。

催化氧化吸收法是在催化剂作用下将一氧化氮氧化为二氧化氮,然后用碱液吸收。氧化剂是烟气中的过剩氧。催化剂是以活性炭、氧化铝、二氧化硅为载体的钒、钨、钛和稀土金属氧化物等,此法脱氮率达90%以上。

气相氧化吸收法是采用臭氧和二氧化氯等强氧化剂在气相中将一氧化氮氧化成容易用水、酸和碱液吸收的二氧化氮和三氧化二氮。用水吸收可回收稀硝酸,脱氮率达90%以上。此法净化过程简单,运行可靠,可回收高品位的硝酸,不产生二次污染,但臭氧用量较多,一氧化氮氧化成三氧化二氮的时间较长,氧化塔相应庞大。用酸吸收时生成硝酸或还原成一氧化二氮和氮。此法脱氮率达80%,脱硫率达90%以上。它工艺过程简单,操作容易,可靠性高。用石灰乳、氢氧化铵乳浊液和碱液作吸收剂吸收时,可回收氨和硫酸,脱氮率一般可达79~92%,脱硫率为95~99%。

液相氧化吸收法是用液相氧化剂将一氧化氮氧化,然后用碱吸收,液相氧化剂有高锰酸钾、亚氯酸钠等。此法脱氮率可达90~95%。

(3) 氧化吸收还原法: 它是用臭氧和二氧化氯等强氧化剂在气相中把一氧化氮氧化成易于吸收的氮氧化物,用稀硝酸或硝酸盐溶液吸收后,在液相中用亚硫酸钠(Na2SO3)、硫化钠(Na2S)、硫代硫酸钠(Na2S2O3)和尿素[(NH2)2CO]等还原剂将氮氧化物还原为N2的方法。此法脱硫率为99%,脱氮率为90%以上。

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  • 发布时间: 2013-01-06
  • 更新时间: 2013-01-06

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