氮氧化物治理

氮氧化物治理是用改進燃燒的過程和設備或採用催化還原、吸收、吸附等排煙脫氮的方法，控制、回收或利用廢氣中氮氧化物(NO_x)，或對NO_x進行無害化處理。NO_x主要包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)，在20世紀60年代被確認為大氣的主要污染物之一。防治途徑一是排煙脫氮，二是控制NO_x的產生。

基本介紹

• 中文名：氮氧化物治理
• 外文名：Nitrogen oxide treatment
• 作用：控制、回收或利用廢氣中氮氧化物
• 操作方法：催化還原法、氧化吸收法等
• 控制方法：液相吸收還原法和絡合吸收還原法
• 學科：環境科學

簡介

氮氧化物治理是用改進燃燒的過程和設備或採用催化還原、吸收、吸附等排煙脫氮的方法，控制、回收或利用廢氣中氮氧化物(NO_x)，或對NO_x進行無害化處理。NO_x主要包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)，在20世紀60年代被確認為大氣的主要污染物之一。防治途徑一是排煙脫氮，二是控制NO_x的產生。排煙脫氮的方法分為乾法和濕法兩類。

乾法

主要有催化還原法、吸附法等。

催化還原法

適用於治理各種污染源排放出的 NO_x。可分為非選擇性還原法和選擇性還原法。非選擇性還原法是以一氧化碳、氫、甲烷等還原性氣體作為還原劑，以元素鉑、鈀或以鈷、鎳、銅、鉻、錳等金屬的氧化物為催化劑，在400～800℃的條件下，將氮氧化物還原成氮氣，同時有部分還原劑與煙氣中過剩的氧發生燃燒反應形成水和二氧化碳，並放出大量熱。此法效率高，但耗費大量還原劑。選擇性還原法是以元素鉑或以銅、鐵、鈷、釩等的氧化物為催化劑，以氨(NH₃)或硫化氫(H₂S)為還原劑，有選擇性地同排放廢氣中NO_x反應，以NH₃為還原劑時，反應溫度為200～450℃（以H₂S為還原劑時反應溫度為120～150℃）。此法還原劑消耗僅為非選擇性還原法的1/5至1/4。中國採用金屬鉬、銅鉻系和鐵鉻系作催化劑，選擇溫度的範圍為100～120℃。

吸附法

用分子篩等吸附劑，吸附硝酸尾氣中的NO_x。氫型絲光氟石、13X型等分子篩、矽膠、泥煤和活性炭等是良好的NO_x吸附劑。在有氧存在時，分子篩不僅能吸附NO_x還能將NO氧化成NO₂。通入熱空氣(或熱空氣與蒸汽的混合物)解吸，可回收硝酸(HNO₃)或NO₂。硝酸尾氣中的NO_x經過吸附處理可控制在50ppm以下。吸附法還可用於其他低濃度NO_x廢氣的治理。

濕法

有直接吸收法、氧化吸收法、氧化還原吸收法、液相吸收還原法和絡合吸收法等。

直接吸收法

有水吸收、硝酸吸收、鹼性溶液（氫氧化鈉、碳酸鈉、氨水等鹼性液體）吸收，濃硫酸吸收等多種方法。中國套用“漂白”稀硝酸(15～30%)作吸收液，在表壓2千克力/厘米²，吸收溫度為20℃，氣液比為290:1，?>空塔速度為0.52米/秒的條件下吸收硝酸尾氣中的NO_x，可使尾氣中NO_x的含量降低到國家排放標準以下。用漂白稀硝酸可在低壓下直接吸收NO。如在12%的漂白硝酸中NO的溶解度係數(β)為4.2。用水直接吸收NO，β值僅為0.041。當NO:NO₂摩爾比為 1時，吸收速度加快。為使部分NO氧化為NO₂，使摩爾比保持在1，一般採取加壓、降溫、催化氧化、增加吸收塔體積等措施。用漂白稀硝酸直接吸收NO，既可減少污染，又可增加硝酸產量。吸收NO_x後的漂白稀硝酸，可用氣體吹脫 (漂白)。吹脫出來的 NOx送入吸收塔回收。此法可從尾氣中回收80～90%的NO_x。鹼性溶液吸收法是用 30%NaOH溶液或相應濃度的氨水，得到硝酸鹽和亞硝酸鹽。用氨水吸收得到的硝酸銨和亞硝酸銨可作農田肥料。用濃硫酸吸收既可去除NO_x，又可去除煙氣中SO₂，尚處於實驗室研究階段。

氧化吸收法

在氧化劑和催化劑作用下，將NO氧化成溶解度高的NO₂和N₂O₃(三氧化二氮),然後用水或鹼液吸收脫氮的方法，在濕法排煙脫氮工藝中套用較多。氧化劑可用臭氧(O₃)、二氧化氯(ClO_x)、亞氯酸鈉(NaClO₂)、次氯酸鈉(NaClO)、高錳酸鉀(KMnO₄)、過氧化氫(H₂O₂)、氯(Cl₂)和硝酸(HNO₃)等。按氧化方式的不同可分為催化氧化吸收法、氣相氧化吸收法和液相氧化吸收法。催化氧化吸收法是在催化劑作用下將NO氧化成NO₂，然後用鹼液吸收。氧化劑是煙氣中的過剩氧。催化劑是以活性炭、氧化鋁、二氧化矽為載體的釩、鎢、鈦和稀土金屬氧化物等。此法已用於玻璃熔窯煙氣淨化，脫氮率達90%以上，淨化後煙氣中NO_x濃度在60ppm以下。此法的優點是可採用閉路循環；可把SO₂和塵粒等污染物同時除去；不用外加氧化劑；在煙氣中噴入5%水蒸汽可提高催化劑的效率和壽命；設備的投資和運轉費低。氣相氧化吸收法是採用O₃和ClO₂強氧化劑在氣相中將NO氧化成容易被水、酸和鹼液吸收的NO₂和N₂O₃。用水吸收可回收稀硝酸。此法已用於以液化天然氣為燃料的鍋爐煙氣淨化，脫氮率達90%以上。此法淨化過程簡單，運行可靠，對鍋爐正常運轉無影響，可回收高品位的HNO₃。但O₃用量較多，NO氧化成N₂O₃需要時間較長，氧化塔相應龐大。液相氧化吸收法是用液相氧化劑將NO氧化，然後用鹼吸收法吸收。液相氧化劑用KMnO₄、NaClO₂等，脫氮率可達90～95%。

氧化還原吸收法

用O₃、ClO₂等強氧化劑在氣相中把NO氧化成易於吸收的NO_x和N₂O₃，用稀HNO₃或硝酸鹽溶液吸收後，在液相中用亞硫酸鈉(Na₂SO₃)、硫化鈉(Na₂S)、硫代硫酸鈉(Na₂S₂O₃)和尿素【(NH₂)2CO】等還原劑將NO₂和N₂O₃還原為N₂。此法已用於加熱爐排煙淨化。在同一塔中可同時脫去煙氣中SO_x和NO_x，脫硫率99%，脫氮率達90%以上。

控制方法

液相吸收還原法和絡合吸收還原法仍處於實驗室或中間試驗階段。控制NO_x的產生，NO_x主要來自燃燒過程。在燃燒過程中，NO_x有兩種形成機制：①空氣中的氮分子在高溫下氧化生成熱致NO_x；②燃料中的氮化物經燃燒氧化分解生成燃料NO_x。燃燒過程產生的NO_x主要是熱NO_x。NO_x生成量與燃燒溫度、高溫區氧氣的濃度和燃燒氣體在高溫區停滯時間有關。燃燒溫度越高，高溫區氧氣濃度越高，停滯時間越長，熱NO_x生成量就越多。因此，控制或減少熱NO_x的產生，應改善燃燒方法和改進燃燒設備。套用的改進燃燒技術、改善燃燒過程及設備的方法，一般可減少NO_x排放量的60%。對於燃料NO_x還沒有找到有效的控制方法。