世界上现在和未来烟气控制的脱硝技术的发展-毕业论文

世界上现在和未来烟气控制的脱硝技术的发展摘要在干燥和潮湿气体控制技术方面，作者试图介绍常见的烟气脱硝技术和描述他们的处理原则, 工业状况、优缺点和改进前景。对脱硝新技术的有关原则进行了讨论，并给出了约束的大规模工业应用新技术和未来研究的重点。基于烟气脱硝技术的现状和应用，提出技术的未来发展。（C）2012发布时间由Elsevier公司的选择或同行在海南大学负责评审。关键词：烟气; DeNO_X;干法烟气控制技术;湿法烟气控制技术1 引言 随着国民经济的快速发展，能源消耗逐年增加，氮氧化物的排放也是如此。氮氧化物，作为空气污染的主要来源之一。不仅形成酸雨和破坏生态环境，而且对人类健康威胁很大,限制了社会的可持续发展。因此，控制氮氧化物的排放显得尤其必要。烟气脱硝技术在国内外环保领域还是一个研究和发展的热门话题。根据反应介质的状态差异，烟气脱销技术被分为液相反应法或气相法。前者也被称为湿式法，而后者也被称为干式法。1876-6102（C）2012发布时间由Elsevier公司的选择或同行在海南大学负责评审DOI：10.1016/j. egypro.2012.02.1122 烟气脱销技术2.1 干法烟气控制技术2.1.1 催化还原法 选择性催化还原（SCR）1SCR脱硝技术是在国内外应用和研究的主流技术之一，其中有超过五百的工业设备。当有催化剂和温度低于五百摄氏度时，使用氨，尿素或烃作为还原剂，NOX在烟道气中减少到N2和水，此外，还原剂只与氮氧化物反应，基本不与氧气反应，其中NH3-SCR技术是相对成熟，可靠的，其反应如下：4NH3+4NO+O2= 4N2+6H2O4NH3+2NO2+O2= 3N2+6H2O2NH3+NO+NO2= 2N2+3H2O该方法具有以下特性：高空气净化率（90%）,低反应温度（300400），紧凑的加工设备和可靠的操作。目前，它被认为是最好的固定源脱硝技术，但在加工设备的投资较大，并有氨逃逸和设备的腐蚀这样的问题。 选择性非催化还原（SCR）2SNCR也被称为热脱硝:其中包含NHX的还原剂（例如，氨，尿素）喷入炉中，在8001250下迅速分解，产生的NH3和NOX进行选择性反应并生成N2。以氨或尿素作为还原剂，以减少氮氧化物的主要反应是：以NH3作为还原剂：4NH3+4NO+O2= 4N2+6H2O以尿素作为还原剂：(NH2)2CO = 2NH2+CONH2+NO = N2+H2OCO+NO = N2+CO2当温度低于900时，NH3的反应不完全，导致氨泄漏;当温度高于1100时，NH3会氧化为NO。如果温度过高，从NH3氧化的NO的量将会增加，从而导致氮氧化物浓度的增加和转换率的降低。由此可见，温度的控制是至关重要的。SNCR技术是已投入商业运行一种相对成熟的烟气脱硝技术。目前，在世界上大约有300工业化SNCR设备，该技术是适合于中型设备的改良。它改革量少，不需要催化剂，投资成本低，建设周期短，但氨逃逸率很高，脱硝效率低（50%60%）并且温度的要求严格。目前，一些大型设备采用SNCR技术完全，而且其中大部分结合SNCR和SCR技术，这有效地结合了SNCR技术的成本低、脱硝率高和SCR技术低氨逃逸的优点。2.1.2吸附3这样的吸附剂如杂多酸，分子筛，活性炭，焦炭，天然沸石，硅胶和泥炭含NH3可以吸收和去除氮氧化物和二氧化硫。同时，其中一些吸附剂如硅胶，分子筛，活性炭，活性焦炭等也具有催化性能。二氧化硫的去除是利用微孔吸附催化激活焦炭以产生存储在活性焦炭的微孔硫酸，然后通过热再生。活性焦可在将烟气中的NO催化氧化为NO2，解吸的NO2可以由水或碱吸收循环使用，或者，在氨化作用的条件下将NO还原为水和氮气通过催化剂，然后它们被排放到大气中。吸收法的优点是：高效率净化，设备简单，操作方便。其缺点是：庞大的设备和高投资成本。2.1.3等离子体活化高能量电子辐射被用来激发气体分子（H2O，O2）周围的废气和产生的活性物质，例如自由电子，自由原子，如OH，O，HO2，O3具有较强的氧化性和自由基，二氧化硫，氮氧化物被氧化为HNO3和H2SO4。在该喷射吸收氨的情况下，制备出硫氨和硝胺的粉末。通过布袋除尘器或静电除尘器收集他们用作肥料可以达到净化烟气的目的。根据高能电子的来源，它们可分为电子束加速和脉冲电晕等离子体化学过程。电子束加速器（EBA）4目前，EBA是一种在国际上先进的烟气治理技术，它利用高能电子加速器来产生高能电子。这种方法的优点是：无废水，无废渣，可回收副产品，同时脱硫脱硝，高解吸率。但EBA也有很多缺点：a能源使用率低b设备的结构是复杂的，占用面积大而且X射线的屏蔽和预防问题很难解决脉冲电晕等离子体化学过程(PPCP)4脉冲电晕等离子体化学过程（PPCP）也被称为非热等离子体法，它采用高压脉冲电晕与万伏放电，产生高能量电子（520EV）。脉冲引起的等离子体可以提高只电子的温度，但不能提高离子在环境温度下的温度，所以其能量效率是至少是EBA的两倍高，但它消除SO2和NOX的能力和重金属一样好，并且其电子能量高，避免了电子加速器的运用。屏蔽辐射，加强技术安全性和可用性是不必要的。PPCP被普遍认为是国际上脱硫脱硝最准的方法之一，但该方法起步较晚，并没有成熟，仍然有许多问题需要进一步研究，主要包括提高能源利用率，降低能源消耗。2.2湿法烟气控制技术当使用液体吸收剂来吸收NOX烟气中，常见的吸收剂包括：水，稀HNO3，氢氧化钠，亚硫酸钠，Ca(OH)2，NH4OH，Mg(OH)2。根据吸附剂的差异，它们被分成水吸收法，稀酸吸收法和碱吸收法。通过直接采用吸收剂处理烟道气脱硫和脱硝的方法的效率是低的，特别是对于NO含量高的氮氧化物，这样的方法如氧化，络合和液相还原吸收法。2.2.1氧化吸收法氧化剂被采用以氧化NO到NO2，然后用碱液来吸收，其代表技术是NOx的NOxSorb技术5，PhoSNOx技术6。三氮氧化物，NOxSorb技术1、 工艺流程三氮氧化物，NOxSorb技术可以采用两种技术，实现同时脱硫脱硝，包括氧化吸收塔和碱吸收塔。氧化吸收塔采用氧化剂HCLO3氧化NO，SO2和有毒金属;碱吸收塔采用硫化钠和氢氧化钠作为吸收剂来吸收残余气体，其解吸率达到95。2、 反应机理HClO3氧化氮氧化物的机理：NO + 2HClO3 = NO2 + 2ClO2 + H2O6NO + 2HClO3 + 3H2O + ClO2 = 3HCl + NO2 + 5HNO3HClO3氧化二氧化硫的机理：SO2 + 2HClO3 = H2SO4 + 2ClO24SO2 + 2ClO2 = 4SO3 + Cl2Cl2 + H2O = HCl + HClOSO2 + HClO = SO3 + HCl6SO2 + 2HClO3 + 6H2O = 6H2SO4 + 2HCl该技术的优点和缺点：I. 氮氧化物，二氧化硫的解吸率高;II. 烟道气适应性负荷强，操作温度低，可在环境温度下进行;III. 随着时间的推移没有催化剂中毒，失活或催化能力下降这样的问题;IV. 酸废液在处理后可以循环，但也有运输和存储问题。V. HClO3对设备的腐蚀性强，增加设备防腐蚀的投资。 PhoSNOX技术该技术是由美国劳伦斯伯克利国家实验室在美国开发的，也被称为脱硫脱硝技术。 含有荧光体的碱的水性乳液被注入到有NOX和SO2的烟气中，当与它接触并计数。黄色荧光体在烟道气中与氧气反应，生成臭氧(O3)和氧原子(O)。 O3和O迅速将NO氧化为NO2。二氧化氮溶解在溶液中，并转化成NO2- 和NO3-，但SO2转换为HSO3 - / SO3 2 - ，再与二氧化氮反应成自由基如HSO3- / SO3。这类自由基在烟道气中与氧气反应，产生SO42- ，其中一些HSO3- / SO32-与NO2反应形成N-S的中间产品，最后水解产生(NH4)2SO4和石膏。在碱性物质（例如，碳酸钙）的存在下，产生NO2- 和NO3- 。2.2.2络合吸收法3NO在水中具有较低的溶解度，添加亚铁螯合至水中后，它可以联合收割机亚铁-亚硝基络合物，从而加速NO的吸收率，并提高其吸收能力;然后用NO结合螯合铁能与溶液通过吸收SO2形成的SO32-/ HSO3 -反应，形成了一系列的N-S化合物和亚铁螯合再生。但是在这个过程中，NO在烟气中与O2结合，螯合铁能将Fe2+氧化为Fe3+，但Fe3+的螯合铁对NO无亲和力;虽然Fe3+可以被SO32 - / HSO3-还原为Fe2+，但它是缓慢的。溶液中Fe2+的减少可灭活吸收液体。为了保持其失活，应加入如乙二醛等抗氧化剂/还原剂，用于再生和再循环，以便保持吸收液体中的Fe2+的浓度。但是，该方法具有低的速度，成本高，此外，它难以去除新生成的N-S化合物，所以其应用受到限制。采用电化学方法重现解决 Fe2+的氧化的问题，但它不能去除N-S化合物等水溶性物质，并且功耗高。3新脱硝技术从国内外脱销技术现状的研究和应用看，脱销技术包括工业化的SCR，SCNR和EBA有缺点，如能耗大，成本高，其中一些有二次污染。因此，国内外开发出一系列烟气脱销技术。3.1微生物法7在具有碳源的条件下，反硝化菌采用氮氧化物进入其生物组织作为氮源（代谢所需的营养素），并在固相或液相中将氮氧化物变成成无害的N2，但反硝化细菌可以生长和繁殖。该技术的设备简单，投资和运行成本低，无二次污染，这已成为世界上工业废气净化研究的热门话题。目前，国内外微生物脱销技术仍处于研究的初始阶段。在一方面，在微生物脱销技术基础研究和工业技术扩增方面还有困难；另一方面，烟道气的量通常是大的，NO是烟道气中的氮氧化物的主要形式，它其本上不溶于水，所以它不能被微生物在液体介质相转换;此外，微生物对NO具有低吸收能力，导致氮氧化物的实际净化率低。在未来，技术的关键是为加强细菌的滋生提供高效，廉价的吸收和还原功能以及相关的微生物固定载体和相对放大技术的研究。3.2微波脱销方法8微波辅助催化分解技术利用微波诱导催化剂（如活性炭、沸石）将氮氧化物直接分解成N2和CO2或水，使NO分解反应温度下降明显。目前，国内外关于微波脱销的研究尚处于起步阶段。虽然NOX的去除率高，但能耗大，设备费用高和屏蔽预防这样的问题是很难解决的。3.3光催化氧化法9利用二氧化钛半导体光催化效果，除去氮氧化物：二氧化钛进行光的照射在它的带隙能量，以及在价带的电子被激发到禁带传递至导带。同时相应的孔在价带产生，电子和空穴移动到不同位置的粒子的表面上。洞孔有很强的电子接受能力，抓住在氮氧化物的系统电子，使他们激活和氧化。光催化技术是一种近些年发展起来的空气净化技术，它具有温和的反应条件，能耗低，少二次污染，具有潜在的吸引力等优点，但技术不成熟，其脱除NOX效率具有较低的适宜浓度。只要浓度低时，NOx的去除效率达到90%以上。在将来，为了在NOX浓度高的时候加强适宜浓度和提高去除效率，重点研究不同因素对光催化效率和其催化机理的影响。3.4.NOX直接催化分解8NOX在催化剂作用下直接被分解为N2和O2，它具有工艺简单和无二次污染这样的优点。实现NOX直接分解的关键是要找到合适的催化剂。已发现的催化剂主要集中于贵金属，金属氧化物和钙钛矿型化合物，以及分子筛。但良好的催化剂的选择是困难的，这限制了该技术的推广应用。4.结论与展望 基于烟气脱销技术的研究和应用现状，提出如下几点建议和期望：(1) 脱销技术设备和加工已成功产业化仍需要进一步完善和改进;(2) 发挥各自的优势发展综合技术；(3) 开发新的具有良好的经济性和较高的去除率的同时脱硫脱硝技术；(4) 加强对新脱销技术的基础研究和工业放大试验。致谢参考文献1喻红，刘康，选择性催化还原烟气脱硝技术在玉环电厂的41000MW机组的应用，电力环境保护，2009,6(3)2杨日广，韩立，杨涛，刘强，简述燃料发电厂新脱硝技术，东北电力大学学报，2010 (2)3谢文清，高浓度的氮氧化物治理技术与生产实践，中国有色冶金，2010 (5)4柳岩，李戈，曹亮，周荫贵