碱液吸收氮氧化物

1、环境工程系毕业论文题 目： 碱液吸收氮氧化物的实验分析 学 院： 专 业： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 目 录第一章 前言21.1 国内外研究现状2氮氧化物（NOX）的危害2氮氧化物（NOX）的来源3各国对 NOX 排放标准的要求3氮氧化物（NOX）的控制3.1燃烧前的控制技术4燃烧方式的改进4燃烧后的控制技术5（1）干法脱硝5（2）湿法脱硝61.2 本试验研究目的和内容71.3 研究方法、技术路线7第二章 实验材料与方法82.1实验装置流程图82.2仪器与试剂92.3实验步骤92.4注意事项9第三章 实验结果与讨论103.1氧化度对吸收率的影响103.2 NaOH碱液吸收的效

2、果及其分析123.3 Na2CO3碱液吸收的效果及其分析143.4 氨水吸收的效果及其分析16第四章 结论与展望184.1 结论184.2 展望18参考文献：19致 谢21碱液吸收氮氧化物的实验分析摘要：采用配氮法对碱液吸收NOX进行了实验研究，从理论和实验分析了氧化度、碱液浓度、碱液种类对吸收效果的影响。实验结果表明：相对于同样的吸收条件，NaOH溶液和 Na2CO3溶液对氮氧化物都能达到较好的脱除效果 ,但是相对于最佳的脱除效果，两者都在某一低浓度就有很好吸收效果 ,NaOH溶液的质量浓度较 Na2CO3低。当氧化度为 50%左右时 ,吸收效果可以达到最佳。关键词: 碱液吸收；氮氧化物An

3、alyzed alkali absorption of nitrogen oxides by experiment Li Chao(Department of Environmental Engineering, Xiangtan University, Hu Nan Xiang tan 411105）Abstract: Conducted on the alkali absorption NOX experimental study, From the theoretical and experimental analysis of the oxidation degree, alkali

4、concentration, alkali type on the absorption effect. The results show that, Absorption compared to the same conditions, NaOH solution and Na2CO3 solution on the nitrogen oxide removal efficiency to achieve better, But on the best removal efficiency, The concentration of NaOH solution lower than The

5、concentration of Na2CO3 solution,and There are very good at a low concentration of the absorption effect. When the oxidation degree of 50%, the absorption effect can be achieved better.Keywords: alkaline solution; nitrogen oxides第一章 前言1.1 国内外研究现状随着人类对可持续发展战略认识的不断深入，环境污染和防治问题已经引起世界各国的高度重视，可持续发展和创造和谐社

6、会已成为国家的重要议题，化学工业如何实施减少废料、防止污染，向“绿色化工”转化已经成为当今社会关注的焦点，怎样保护环境是 21 世纪的重要课题之一。氮氧化物（NOX）的危害NOX可以通过皮肤接触和摄入被污染的食品进入消化道，对人体造成危害，也可以通过呼吸道吸入人体，给人体造成更为严重的伤害。危害主要有：（1）NOX对人体的制毒作用，危害最大的是NO2，主要影响呼吸系统，可引起支气管炎和肺气肿等疾病;（2）NOX对植物的损害；（3）NOX是形成酸雨、酸雾的主要污染物；（4）NOX与碳氢化合物可形成光化学烟雾1；（5）NOX参与臭氧层的破坏。氮氧化物（NOX）的来源大气中的氮氧化物包括 NO、NO

7、2、N2O5、N2O3、NO3、HNO2、HNO3、HNO4 、PAN （过氧酰基硝酸盐）、HCN、水滴中的NO3-、NO2-和NH4+以及颗粒物中的有机氮化物， 统称为奇氮。其中浓度最高，在大气化学中最重要的是NO和NO2常被合称为NOX。NOX以燃料燃烧过程中所产生的排放量最多，约占30%以上，其中70%来自于煤炭直接燃烧。固定源是NOX排放的主要来源，其余主要来自机动车辆，此外，一些工业生产过程也有NOX的排放。在我国市场大气中，人为排放的NOX大多数来自燃料的燃烧，如以原煤为燃料的火电厂、工业窖炉、民用锅炉等。据统计，2005年后火电厂燃煤量将超过煤炭消费总量的一般，2020年将超过7

8、6%2。各国对 NOX 排放标准的要求大气中氮氧化物的含量已经逐渐引起了各国的关注，由此许多国家已制订了非常严格的氮氧化物的排放标准。美国环境保护局 1971 年颁布的硝酸厂NOX的排放标准为：每吨硝酸产品为 1.35kg（以NO2计），同时每小时只允许有 2分钟向大气中排放带色的氧化氮气体。国外硝酸尾气中NOX的排放标准为：美国新厂200ppm，老厂400ppm；日本200ppm；前苏联300ppm；英国1000ppm或烟囱为无色；法国500ppm，夏季最大允许量为 900ppm；西德吸收压力为 38 大气压时为 500880ppm，夏季最大允许量为 700 1200ppm。3中国的排放标准

9、为：60 米烟囱的氮氧化物的排放浓度为240ppm。氮氧化物（NOX）的控制煤在燃烧过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，这二者统称为NOX。和SO2的生成机理不同，在煤燃烧过程中氮氧化物的生成量和排放量与煤燃烧方式，特别是燃烧温度和过量空气系数等燃烧条件关系密切。以煤粉燃烧为例，在不加控制时，液态排渣炉的NOX排放值要比固态排渣炉的高得多，即使是固态排渣炉，燃烧器布置方式不同，NOX的排放值也很不相同。在煤燃烧过程中，生成NOX的途径有三个： 热力型NOX (Thermal NOX)4：它是空气中的氮气在高温下氧化而生成的NOX；燃料型NOX (Fuel NOX)5

10、：它是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成的NOX；快速型NOX (Prompt NOX)6：它是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成的NOX。从对热力型、燃料型和快速型三种NOX生成机理7的介绍中可以看出，不同类型的NOX的生成机理是不相同的，主要表现在氮的来源不同、生成的途径不同和生成的条件不同，但它们之间又有一定的联系。三种NOX在煤燃烧过程中的情况很不相同。快速型NOX所占比例不到5%；在温度小于1350时，几乎没有热力型NOX，只有当燃烧温度超过1600，如液态排渣煤粉炉中，热力型NOX才可能占到25%30%。而对常规煤燃烧设备，NOX主要是通过燃

11、料型的生成途径而产生的。因此，控制和减少煤燃烧产生的NOX，主要是控制燃料型NOX的生成。从燃料型NOX的生成和破坏机理可知，为了减少燃料型NOX，不仅要尽可能地抑制NOX的生成，对已生成的NOX，还要创造条件尽可能地促使它们的破坏和还原。控制NOX排放的技术措施可分为两大来类：一类是一次措施，即通过各种技术手段，控制燃烧过程中NOX的生成量。另一类是二次措施，即将已经生成的NOX通过某种手段从烟气中脱除掉，从而降低NOX的排放量8。以下为脱硝技术方法：.1燃烧前的控制技术燃烧前的控制技术主要是指燃烧前燃料的脱氮或使用含氮量低的燃料，如煤改油，煤改气和洗煤、选煤、混煤等方法降低燃料的含氮量，以

12、降低燃料型NOX；另外，使用水煤浆、澳沥等燃料代替油，降低燃烧的峰值温度和燃烧强度，也可以减少热力型NOX的生成。由于燃料脱氮较困难，此技术至今尚未很好开发，相关报道也不多。.2燃烧方式的改进由于通过改进燃烧方式可减少NOX的排放，因此该方法受到了广泛的注意和研究，燃烧方式的改进主要有以下几种方式：（1）低氧燃烧；（2）排烟再循环；（3）注入蒸汽或水；（4）二段燃烧；（5）分段燃烧；（6）降低空气比；（7）浓差燃烧；（8）减少空气预热温度等。其中以排烟再循环和二段燃烧效果较好。总的来看，上述低NOX燃烧技术的减排率不高，一般在20%60%。A分级燃烧将各层燃烧器分成富燃区与燃尽区,即向燃烧器中

13、供给全部燃料,并供给理论所需要空气量的85%,形成富燃区;向燃烧器上面的喷口供给理论燃烧所需空气量的21%,使燃料燃烧完全,成为燃尽区。在富燃区,抑制挥发分燃烧生成的NOX,并将已生成的NOX分解还原,使燃料NOX减少。由于此时火焰温度降低,使得热力型NOX的生成量减少。B低氧燃烧在较高燃烧效率下适当降低一次风量和总风量 ,它既能有效地控制燃料型NOX ,又因降低火焰温度而使热力型NOX 减少。C烟气再循环将锅炉尾部排烟中的一部分冷烟气(占总烟气量的10 %以上)送入燃烧器,或与燃烧用空气相混合后送入燃烧区,使得燃烧用空气中的 O2 浓度下降,炉膛火焰温度降低而减少燃料型NOX、热力型NOX

14、的生成量,一般能降低25 %35 %。烟气再循环法的脱NOX效果不仅与燃料种类有关,而且与再循环烟气量有关,当烟气再循环倍率增加时,NOX减少,但进一步增大循环倍率,NOX的排放将趋于一个定值,该值随燃料含氮量增加而增大,但若循环倍率过大,炉温降低太多,会导致燃烧损失增加。因此,烟气再循环率一般不超过30% ,大型锅炉控制在10%20%。当燃用难着火煤种时,由于受炉温和燃烧稳定性降低的限制 ,烟气再循环法不适用。.3燃烧后的控制技术（1）干法脱硝A.吸附法：由于吸附剂具有高的选择性和高的分离效果，能脱除痕量物质，所以吸附净化法常用于其他方法难以分离的低浓度有害物质和排放标准要求严格的废气处理。

15、吸附净化法的优点是效率高，能回收有用组分，设备简单，操作方便，易于实现自动控制。化学吸附是固体表面与被吸附物质间的化学键力作用的结果，其实质是表面化学反应。与物理吸附相比，化学吸附的吸热与化学反应热相近，一般为几十千焦每摩尔；物理吸附与气体的汽化热相近，为几百焦每摩尔。化学吸附具有较高的选择性；物理吸附可以是单分子层，也可以是多分子层的，容易解吸。9吸附含有NOX废气的方法，常采用的吸附剂有很多酸、分子筛、活性炭和硅胶等。 在较低温度下，用分子筛，活性炭，硅胶，离子交换树脂，氧化铝等吸附剂脱除NOX。但除活性炭外，这些吸附剂都不能有效吸附NO，所以需预先将NO氧化为NO2，而且必须除掉烟气中S

16、O2和粉尘等干扰物质。吸附法可以达到较高的净化程度，用蒸气或热空气进行脱附，可回收高浓度的氮氧化物。该法因为固体吸附容量小，当NOX浓度高或烟气量很大时，吸附剂用量大，设备庞大，投资高。B.催化法：催化法净化气态污染物是利用催化剂的催化作用，它是将废气中的有害物质转变为无害物质或转化为易于去除的一种废气治理技术。催化法与吸收法、吸附法不同，在应用催化法治理污染物的过程中，无需将污染物与主气体流分离，便可以直接将有害物转变为无害物。SCR过程是利用氨作为还原剂注入含NOX的废气中，通常是气体热交换器的上游，NOX在以贵金属、碱金属氧化物或沸石等催化剂的作用下被还原为N2和H2O，反应适宜的温度为

17、 285400。催化剂的组成和活性对SCR法的处理影响很大。NOX的选择性催化还原反应可表示为NO+4NH3+O24N2+6H2O （1-1）6NO2+8NH37N2+12H2O （1-2）但同时能发生氨气的氧化反应。在较低温度时，选择性催化还原反应占主导地位且随温度升高有利于NOX的还原，但进一步提高反应温度，氧化反应变得更为重要，结果使得NOX的产生量增加。SNCR是在无催化剂存在下向锅炉喷入还原剂尿素或氨，将NOX还原成N2和H2O。4NH3+4NO +O24N2+6H2O （1-3）但是，当温度过高时，则可发生正面的竞争反应，又会生成 NO：4NH3+5O24NO +6H2O （1-4

18、）因此，在 SNCR 中，温度的控制是至关重要的由于竞争反应同时发生，操作条件极其复杂，故也未得到推广。（2）湿法脱硝一般都采用化学吸收法，此时吸收限度同时取决于气液平衡和液相反应的平衡条件，吸收的速率液取决于扩散速度和液相中的反应速度。化学吸收由于化学反应的存在，提高了吸收速度，并使吸收的程度更趋于完全。A EDTA 络合生成法NO和Fe() -EDTA可生成络合物Fe() -EDTA (NO)，此方法要求烟气中氧含量低于3%，反应温度低于50，否则大量Fe()被氧化成Fe()而使络合剂失效。烟气中O2含量在8%以上，吸收过程生成的大量Fe()的还原困难，且废液的处理也有诸多问题。该法目前处

19、于研究阶段。此法具有以下特点10：a. 吸收反应与NOX 氧化度无关，尤其是可直接吸收 NO。b. 吸收条件要求不太苛刻、压力要求也不严格，温度 050即可，气液比 1001000，PH 值大于 2，最好在 79 之间。c. NOX 的吸收率在 7581。d. 不需要特殊设备，可选择搅拌釜装置。e. FeEDTA与NOX形成络合物，不容易处理，会造成二次污染。B 催化剂氧化吸收法在生产中，在许多情况下控制步骤都是NO转化为NO2，而NO2的吸收是非常快的，况且NO在废气中的浓度较低，平均氧化速率是很低的。因此，在上述情况下提高NO的氧化速率是必要的，所以催化氧化应运而生。常采用的氧化剂包括：硝

20、酸、臭氧、过氧化氢和次氯酸等。但上述所有氧化剂的成本过高，对于数量十分庞大的燃烧烟气而言，过高的氧化剂成本无法承受，不能应用。与其它氧化剂相比，廉价的硝酸成为很有竞争力的一种氧化剂，无论在气相还是在液相氧化，硝酸都可以起到氧化作用。在填料塔、泡罩塔和流化床反应器的液相中，NO和硝酸发生反应。在气相中，NO可以以硝酸蒸汽作为催化剂。Abel和Schmid11等分别报道了低浓度硝酸和高浓度硝酸对NO的氧化过程。可以看出，当WHNO3<30时，所有的氧化反应都发生在液相；当WHNO3>60时，所有氧化反应都发生在气相。但是在平时的情况下，氧化反应在两相中都有发生。用 40的硝酸可以把NO

21、X氧化到适宜的氧化度，然后用碱液吸收，反应产物也有一定的经济价值。C 碱液吸收法碱液吸收法是人们研究最早最多的一类脱硝方法。由于碱液吸收法能将氮氧化物回收为有销路的亚硝酸盐或者硝酸盐产品，有一定的经济效率，而且工艺流程和设备也比较简单，技术路线成熟，所以广泛应用于生产和应用于硝酸的工业部门的尾气处理和其他场合的氮氧化物废气治理中。但该法的缺点是技术水平不高，吸收尾气浓度依然很高，因此碱液吸收法有待于技术改造，以发挥它具有经济效率的优点，克服吸收率低的缺点。由于NO在水中的溶解度很低，且不与水和碱作用，所以这种方法主要应用于处理含NO2超过50%的NOx废气,故配合上述的氧化法，氧化NO成NO2

22、，理论及实践证明当氧化度到达50%有最佳的脱除效果。该法在我国硝酸尾气处理中得到部分的应用，但不适用于以NO为主的燃烧烟气脱硝。这也是本文探索的方法，即碱液法吸收氮氧化物，探索其原理及其因素的影响。1.2 本试验研究目的和内容本实验主要以 NaOH 和Na2CO3溶液作为吸收剂模拟吸收 NOX，通过实验了解净化有害气体的方法和原理，要求达到以下目的：1了解吸收法净化废气中NOX的特点以及吸收净化气体的一般实验和研究方法。2简单了解吸收过程的机理和影响吸收效果的主要因素。3规范完成实验操作的全部过程，得到真实的实验数据，并经过数据处理得出结果。重点研究内容为：1. 分析各种碱液对氮氧化物吸收的原

23、理，及其形成该结果的更深层分析。2NOX氧化度对吸收效果的影响：以反应时间为横坐标，吸收率为纵坐标，分别作出氧化度50%、60%、70% 的曲线，通过对比理解分析阐述实验结果。3.初步研究NaOH、Na2CO3以及氨水为吸收液来吸收NOx，来探索各个浓度对吸收效果的影响：在最佳的氧化度的前提下，分别作出2%-5%的NaOH的吸收曲线，得出最佳的吸收浓度，并分析。同理有Na2CO3的15%-20%的吸收曲线结果，比较不同碱液的吸收效果。1.3 研究方法、技术路线相对于其它的吸收来说，用NaOH的水溶液来吸收NOX是一个非常复杂的吸收反应。第一，NOX包括NO、NO2、N2O3和N2O4等物质，其

24、中NO2、N2O3和N2O4都能在水蒸气中形成HNO2和HNO3。第二，在气相中同时存在着可逆和不可逆反应。第三，伴随着化学反应，这些物质又能同时被吸收。但是综合起来，该吸收机理可分为三步12：（1）NOX穿过气液两相交界处的气膜和液膜；（2）被溶解了的NOX首先与水作用生成硝酸和亚硝酸；（3）生成的酸和碱进行中和反应生成硝酸盐和亚硝酸盐。但同时NOX与OH-发生反应。要使吸收达到理想效果，必须首先了解气液平衡、传质和化学反应的相互关系。吸收速率和选择性取决于温度、压力、NOX各组分压力和气相中O2和H2O的分压。NOX气体的吸收无论在液相还是气相都同时存在反应和传递，是所有吸收操作中比较复杂

25、的吸收实例。国内外不少专家学者都对碱液吸收的反应机理和传质过程做了大量的研究13,17，他们认为在水蒸气和氧气存在条件下，主要发生的气相反应有：2NO + O2 2NO2 (1)2NO2 N2O4 (2)NO + NO2 N2O3 (3)NO + NO2 + H2O 2HNO2 (4)3NO2 + H2O 2HNO3 + NO (5)反应（1）的反应速率与NO浓度的平方成正比，并且随着温度的下降而增加，反应（2）和反应（3）是非常迅速的，而且对于典型的吸收过程总处于平衡状态。主要考虑的反应有：N2O4 + H2O HNO2 + H- + NO3- (6)N2O3 + H2O 2HNO2 (7)

26、2NO2 + H2O HNO3 + HNO2 (8)由于NO和NO2在水中和碱溶液中的反应都非常低，而反应（8）只有当NO2在极低的分压下才会成为主反应，所以在氮氧化物中，主要是N2O3和N2O4发生反应。反应（6）和反应（7）是整个反应过程的控制步骤，生成的HNO2和H+被从液相主体中扩散过来的碱组分中和，即HNO2 + OH- NO2- + H2O （9）H+ + OH- H2O （10）第二章 实验材料与方法2.1实验装置流程图图 2-1 实验装置流程图1、氮气钢瓶 2、一氧化氮钢瓶 3、二氧化氮钢瓶 4、转子流量计5、质量流量计 6、混气瓶 7、吸收管 8、安全瓶 9、NOx分析仪器实

27、验流程为： 转子流量计调节气体流量，配置需要的NO同NO2之间的比例，待混合气体稳定后，进入混气瓶6；然后将混合气体通入装有吸收液的吸收管7，在吸收过程中，经安全瓶后全程由NOX分析仪器检测NO、NO2的出口浓度，吸收后废气由塑料管排到室外。2.2仪器与试剂名称化学式规格氢氧化钠NaOH分析纯碳酸钠Na2CO3分析纯吸收管-内径为2.2cm；面积为3.7994×10-4m242C-HL NOX分析仪-美国Thermo Environmental InstrumentsLZB-2型玻璃转子流量计-余姚市银环流量仪表有限公司生产D08-2D/2M型质量流量控制器-北京七星华创电子股份有限

28、公司生产氮气瓶内含N2市售工业气一氮瓶内含NO/N2大连大特气体有限公司二氮瓶内含NO2/N2大连大特气体有限公司氨水NH3H2O质量浓度为28另外，所用的锥形瓶、玻璃管、橡胶管、烧杯、天平、量筒等均为常规。2.3实验步骤 1.配置碱液吸收液。若该实验吸收液为2%NaOH，即用天平称量2gNaOH，量筒量取98mL蒸馏水，搅拌溶解得所需要的碱液吸收液。2.按图 2-1 正确连接实验装置，并检查系统是否漏气。3.打开钢瓶阀门，按照所需的氧化度调节气体流量（若50%氧化度情况下，一氮、二氮的流量控制浓度在500×10-6左右），并用NOX分析仪在线监控，直到混合气体稳定。4.量取25mL

29、配制好的碱液注入吸收管里，提高底端橡胶管，防止液体漏下流出。5.将稳定的混合气体按流程通入吸收管由吸收液吸收，每分钟在线读取NOX分析仪读数，记录浓度数据。6.吸收反应完全结束时，实验完毕后先停止NO、NO2的供应，1到2分钟后停止N2 。2.4注意事项1.NOX为有害气体，室内保持空气流通，尾气需要通过塑料管排出室外。2.实验过程中，时刻用肥皂水检测各个连接口是否气密性完好以防止漏气。3.因实验室只有一台NOX分析仪，需担当监测初始浓度和反应后在线监测气体浓度两项任务。故在初始气体稳定后切换管路时，务必在通风处快速操作，并检测气密性。4.在最佳氧化度下，调节NO以及NO2浓度，使得其虽在一个

30、范围内波动，但是基本相同；配制不同种类不同浓度的吸收液，观察其对吸收度的影响。5.氨水作为碱液吸收氮氧化物时，当浓度较高、吸收热超过一定温度或溶液pH不合适时会发生剧烈分解甚至爆炸，所以需要注意。第三章 实验结果与讨论实验条件:氮气流量：40L/h，配氮法根据要求调节NO及NO2所需流量；所采用的鼓泡吸收管内径为2.2cm，其内表面积为3.7994×10-4m2 ；所有吸收液均量取25ml；外界条件：室温、常压下。NO除生成络合物外,无论在水中或碱液中都几乎不被吸收。在低浓度下, NO的氧化速度是非常缓慢的,因此NO的氧化速度是吸收法脱除NOX总速度的决定因素。由以往实验得出结论，在

31、NO和NO2比例接近1：1的条件下（氧化度50%）,吸收液吸收的效果最好。我们本次实验是通过直接配给NO2的方法来实现氧化度为50%，我们称为配氮法（如无特殊说明，文中各种吸收液的氧化度均为50%）。3.1氧化度对吸收率的影响用质量分数为2%的NaOH溶液为吸收液，在已设定好的装置内分别测定氧化度对吸收效率的影响，如图3.1为图3.1 NOx吸收率与时间的关系图Fig.3.1 the connection about NOx absorption rate and time如图3.1，吸收率5分钟前随时间的增加而增加，5分钟后略有增加，而保持恒定。由反应原理分析，前5分钟之所以吸收率会随着时间

32、的增加而增加，是因为在气液相之间，需要NOX穿过气液两相交界处的气膜和液膜，这一段时间是NO以及NO2溶入液相首先与水作用生成硝酸和亚硝酸的过程，吸收率随溶入量的增加而增加，直到5分钟达到消耗与溶入的平衡，这以后吸收率也就达到了个稳定值。50%氧化度的吸收率比氧化度为60%和70%的高，可能是因为NO与NO2为1:1，以N2O3的形式被碱液吸收，这时反应是最快的也是最彻底的。超过50%氧化度后，NOX以N2O3和N2O4的形式被吸收，如公式(6)、(7)，N2O4吸收效率及程度比不上N2O3，所以在相同的反应接触时间内，50%的氧化度吸收率是最佳的，浓度增加而吸收率降低。在实验中 ,氧化度记为

33、,定义如下: (3-1)由理论分析16，氧化度在 0%50%范围内 ,吸收率随氧化度的上升而迅速上升 ,氧化度在 50%左右时 ,吸收率达到最大 ,以后随氧化度的上升吸收率开始略有下降。这是由于在碱液吸收过程中，反应（7）的吸收速度远大于反应（6）的吸收速度，因此以N2O3的形态将氮氧化物吸收是适宜的，认为N2O3生成很快并容易被碱液吸收，在操作低浓度氮氧化物时，尤其具有重要意义。因此，当碱液吸收含氮氧化物废气时，将氧化度调整到50%，非常有利于吸收反应的进行。碱液吸收 NOX的过程中,当有 NO存在时 , 在一定条件下NO会和其中的 NO2 形成 N2O3 ,N2O3在水中的吸收速度比 N2

34、O4 的吸收速度快18,当氧化度为 50%时 , NOx 将主要以 N2O3 的形态进行吸收 ,所以吸收效果比较好。工程上配氮法是引入高浓度NO2气体配气或采用一定的氧化剂来调节尾气的氧化度，达到有效脱除NOX的目的。但加入氧化剂必然会加大投资和使用成本，然而引入高浓度NO2气体在造成有效工艺气损失的同时也增加了废气处理负荷,使得碱液消耗量大大。因此直接利用废气中的O2作氧化剂,采用廉价的活性炭材料作催化剂进行NO的氧化,无论从工艺还是从成本考虑都是不错的选择。3.2 NaOH碱液吸收的效果及其分析 NaOH溶液吸收 NOX的主要化学反应如下18:2OH- + 2NO2 - NO3- + NO

35、2- + H2O (11)2OH- + NO2 + NO - 2NO2- + H2O (12)反应式（11）和（12）为上述吸收反应原理的总反应式。NaOH以吸收N2O3为主，即原理公式（3）NO和NO2反应生成N2O3，几乎不吸收NO，控制氧化度才能有效的做到NOX的脱除。此吸收、反应过程都是放热过程，所以在实际操作过程中，温度越低越有利于吸收：当温度高于 40时，NO 的反应速度很慢，从而导致了氧化度降低，不利于吸收；所有的气体还有物理吸收部分，如果温度高了会导致气体溶解度的降低；在反应过程中，温度上升，平衡压也随之升高，这样会降低推动力，而且这时液体和气体间的温差又导致两者之间传热，使吸

36、收成为热质同时反向传递的过程。另外，压力是影响溶解的重要因素，加大压力，有利于N2O3、N2O4的生成和NOX溶于水中，故从而加快吸收速率与提高吸收效果。图3.2 NO吸收率与时间的关系图Fig.3.2 the connection about NOX absorption rate and time如图3.2，不同浓度的NaOH溶液比较吸收率，直观的可以发现4种浓度的吸收率大致相近，2%的NaOH溶液有一个最高的而且稳定的吸收率，吸收率随碱液浓度的增加而有所下降，在2%-5%范围内吸收率没有一个明确的随浓度变化而相关变化的规律；图中一些波动，可能是由于气流波动引起输出浓度波动，从而造成了吸收

37、率的波动。由图可得，在氧化度为50%的条件下，2%NaOH溶液的吸收效果最佳，吸收率可达96%。NaOH碱液浓度继续增加，吸收率比较稳定，但有略微的下滑。质量分数为 2 %的 NaOH溶液对本实验模拟烟气中氮氧化物的吸收效果较好 ,之后随着 NaOH溶液质量分数的升高吸收率反而略有下降,这说明,当 OH-质量分数达到一定值后,对氮氧化物吸收率的影响已经不大,如果 OH-质量分数继续增加 ,由于液相粘度的增加和溶液结晶等原因 ,反而使吸收效果下降。理论分析得知其主要原因是：当浓度达到一定程度后，NaOH溶液对氮氧化物的吸收已经是一个快速不可逆反应，在液膜内只有一个反应面，NOX和碱液不能共存17

38、。如果再增加NaOH溶液浓度，对氮氧化物吸收率的影响已经不大，因为它已经不能增加其化学反应速度，但浓度增高却可以增加液膜阻力、降低气体的溶解度和扩散系数，甚至在生成硝盐（NaNO2和NaNO3）的过程中会有结晶现象出现。有关资料表明在工业过程中碱液浓度一般控制在 15以下，因为如果浓度太小，NaOH很快就会被反应掉，还得及时补充，若浓度太高则容易结晶18。综上所述,我们认为,在本实验条件下用氢氧化钠溶液吸收含氮氧化物废气,氢氧化钠溶液浓度的最佳范围为：25。以2%的NaOH为研究对象，探索NOX浓度随时间的变化：如图图3.3 NOx剩余浓度及吸收率和时间的关系图Fig.3.3 the conn

39、ection about NOX concentration、absorption rate and time图3.3所示，从图看大致上NO被吸收得比较彻底，而NO2的浓度到中后期已将接近总氮，在一个很短的时间内，吸收效果趋于稳定。吸收后NO几乎被吸收完全，按照原理NOX以N2O3的形式被碱液吸收，若NO被吸收干净，NO2也应被吸收完全，但从图看出吸收后的NO2并没有被吸收彻底，说明吸收前后有一个NO到NO2的转变，然而密闭的装置内无像O2的氧化剂存在，原因认为是管道本身的空气所影响。气体的流速决定着NO的氧化时间和NOX的吸收时间，流速越快吸收时间越短，但流速的增加，可使气液交界处的液膜、气

40、膜变薄，也可增加吸收率，因此有个最佳气流流速，这个流速应根据吸收装置，尾气浓度来确定，对于尾气 NOX浓度高时，应该降低气体流速，增大吸收时间，以提高吸收率。且在适宜氧化时间下操作更明显，这是因为碱液浓度很低时吸收速度变慢，NO2过剩，NO2与NaNO2接触时间变长，部分NaNO2转化成NaNO3；另外吸收反应首先是氮氧化物溶于水，生成亚硝酸及一部分硝酸，如果亚硝酸得不到碱液的迅速中和，则会分解成硝酸和一氧化氮气体。3.3 Na2CO3碱液吸收的效果及其分析在工业上比较常用的碱性吸收液是NaOH溶液和Na2 CO3溶液。本文继续研究Na2CO3做碱液的吸收曲线，跟NaOH做比较，研究不同碱液吸

41、收液对吸收效果的影响。Na2CO3溶液吸收 NOx的主要化学反应如下18:CO32- + 2NO2 - NO3- + NO2- + CO2 (13)CO32- + NO2 + NO - 2NO2- + CO2 (14)同NaOH吸收一样，压力高气体易于穿过气液薄膜，因而加速了NOX气体的吸收，提高了吸收率。降低温度可以使气体薄膜的阻力减小。气体的粘度随着温度的降低而减小，粘度减小对于气体穿过薄膜时的扩散速度的影响，要比降低分子运动速度所起的影响大很多。而且温度低时对NO的氧化是有利的。纯碱液吸收低浓度氧化氮时，所放出的热量很少，没有必要冷却。常用的碱液吸收氮氧化物的反应，有如下的相对值19：K

42、OHNaOHCa(OH)2Na2CO3K2CO3Ba(OH)2NaHCO3KHCO3MgCO3CaCO31 0.84 0.80 0.78 0.63 0.51 0.44 0.39 KOH吸收液，虽然反应活性值最高，但价贵货源少，所以使用得较少。Ca(OH)2使用容易堵塞管路，故有一定的局限性。与氢氧化钠相比，碳酸钠成本更低，货源更广。Na2 CO3吸收氮氧化物实验得出图如下：图3.4 NOX剩余浓度及吸收率和时间的关系图Fig.3.4 the connection about NOX concentration、absorption rate and time图3.5 NOX剩余浓度及吸收率和时

43、间的关系图Fig.3.5 the connection about NOX concentration、absorption rate and time （a）15% Na2CO3 （b）20%Na2CO3在前面所述操作条件下,还测定了Na2CO3浓度与吸收率的关系,实验结果见图，其浓度在15处，吸收率也已经接近81，比NaOH的吸收效果要差一些。然后吸收率随着浓度增大而下降，因为Na2CO3比NaOH溶解度更小、溶液粘度更大，当浓度大于20时，Na2CO3颗粒已经很难溶解，且很容易形成结晶，它的反应速率常数也不如氢氧化钠的大18。所以本文认为最佳浓度范围在8到15之间。在15%的溶液中，NO

44、和NO2的吸收率接近，在进口浓度相近的情况下，20%的溶液中NO2的出口浓度比15%的溶液高一些，也就是说，20%的溶液吸收NO2的能力比15%溶液吸收能力差。常温下，在氧化度接近50%左右，15% Na2CO3溶液吸收率高于20% Na2CO3 溶液。当尾气中NONO2=11 时，完全生成亚硝酸钠，而且反应速度最快，尾气处理效果最好。若NO2NO，则溶液中生成等分子的亚硝酸钠和硝酸钠。而尾气中NO与NO2的比例是随着NxOy%、O2%以及气体在塔内停留时间而定20。有资料表明21，浓度太低影响反应的进行，同时会增大硝盐加工的蒸发强度， 蒸气消耗增加。氮氧化物的吸收是用温度为2025 的碱液进

45、行，但纯碱在水中的溶解度不大，25 时其饱和溶液含22.8% Na2CO3，这样势必有大量的水带入系统中。但浓度不可过高，过高则溶液粘度增大，系统阻力增加且易结晶，一般溶碱后溶液比例控制在1.281.30之间，不可过高。3.4 氨水吸收的效果及其分析碱液吸收法根据采用吸收液的不同，可以分为烧碱法、纯碱法、氨水法等具体方法。前两者已经在本文上述已经阐明，现在开始探索氨水的吸收规律。碱液吸收因各自的特点不同，吸收效果也各不一样。NaOH溶液吸收效率高，但是费用昂贵，氨水溶液容易获得，既能脱硝又能脱硫。更重要的是，用氨水做脱除剂可资源化，它可以将副产物形成化肥，其销售额可以大大减少甚至全部抵消投资成

46、本，使用氨水作为脱硝碱液势头上升。用氨水吸收氮氧化物，使NOX转变为硝酸铵与亚硝酸铵。其反应式如下22：NO + NO2 + 2NH4OH 2NH4NO2 + H2O (15)2NO2 + 2NH4OH NH4NO3 + NH4NO2 + H2O (16)NO2 + NH4NO2 NH4NO3 + NO (17)本实验采用5%的氨水和10%的氨水吸收氮氧化物，得到的数据作图得：t图3.6 NOX剩余浓度及吸收率和时间的关图Fig.3.6 the connection about NOX图3.7 NOX剩余浓度及吸收率和时间的关系图Fig.3.7 the connection about NOX

47、 concentration、absorption rate and time由数据及上图，在刚开始反映的时候，NO下降的速率很快，但是立即就会稳定在一个数值上。而NO2浓度则会一直下降，直到完全被吸收掉，由于NO+NO2=N2O3 是一个可逆反应，常温下在NO和NO2的混合气体中，N2O3只占总气体浓度的10%，而氨水与NO几乎不反应，所以NO下降的原因很可能是与NO2结合成的N2O3而被氨水吸收形成亚硝酸铵。上面实验以NaOH溶液为吸收液时，吸收后期是NO2接近尾气总氮量，NO几乎被全部吸收干净；而用氨水做吸收液时，NO2几乎被吸收干净，尾气中只剩下NO。从氮氧化物的吸收机理中分析可知：氨

48、水对氮氧化物的吸收属于碱液吸收，碱液吸收实质是对氮氧化物的酸碱中和反应；溶液中含有大量的水，因此有碱液吸收的同时，水吸收也起着一定的作用。总的来说，氨水作为碱液吸收液，因挥发的氨气与NOX在气相就能反应，不限于液相，很大程度上能快速有效的吸收NOX 。当用氨水吸收NO2时，挥发的NH3在气相与NOX和水蒸气还可反应生成气相铵盐。这些铵盐是0.110m的气溶胶微粒，不易被水或碱液捕集，逃逸的铵盐形成白烟；吸收液生成的NH4NO2也不稳定，当浓度较高、吸收热超过一定温度或溶液pH不合适时会发生剧烈分解甚至爆炸，因而限制了氨水吸收法的应用。第四章 结论与展望4.1 结论(1) 在本实验所需条件下，氧

49、化度在50%的氮氧化物吸收效果最好，氮氧化物的吸收率随氧化度的升高而有所下降。(2)不同碱液对氮氧化物的吸收效果不一样，NaOH溶液和 Na2CO3溶液对氮氧化物都能达到较好的脱除效果 ,但是相对于本实验最佳的脱除效果 ,相同的NaOH溶液的质量浓度和 Na2CO3溶液的质量浓度比较，前者效果好一些。(3)不同浓度的碱液对氮氧化物的吸收效果不一样，以本实验研究的NaOH和Na2CO3这两种吸收液来看，低浓度能达到一个较好的吸收率，更高的浓度的效果并不一定更好。 (4)氨水对氮氧化物的吸收属于碱液吸收，实质是对氮氧化物的酸碱中和反应。4.2 展望由于碱液吸收法能将氮氧化物回收为亚硝酸盐或硝酸盐产

50、品,有一定的经济效益,而且工艺流程和设备也比较简单,技术路线成熟,所以广泛应用于工业废气中氮氧化物的治理，但该法的缺点是技术水平不高，吸收尾气浓度依然很高，因此碱液吸收法有待于技术改造，以发挥它具有经济效率的优点，克服吸收率低的缺点。氨-碱吸收工艺，融合两者的优点，克服缺点，能有很大的发展空间，是湿法碱液吸收比较重要的方法20。配氮法：基于氧化吸收理念，我们尝试向烟气或废气中添加一定量的NO2，希望NO2配合NO，再吸收将NOX脱除，我们称之为配氮（NO2）脱硝（NOX）方法。该法回避了低浓度NO氧化为NO2的难题，可以有效调整NOX的氧化度。配氮脱硝法与氧化吸收脱硝法有异曲同工之处，添加部分

51、NO2等同于实现了NO的部分氧化，回避了将废气中低浓度NO氧化成NO2。该法适合含NO为主的NOX烟气脱硝，特别适合我国锅炉烟气脱硝。在氧化吸收法获得实质性突破之前，该法应该是最有经济技术优势的NH3-SCR替代脱硝方法。本文针对不同的氧化度、不同的碱液、不同的碱液浓度，设计配氮法实验研究NOX吸收效率，具有一定的实际意义。参考文献：1 张莉.浅析光化学烟雾的污染问题，四川环境，2005,25(4):7476;2 高捷，王禹，张培.我国大气氮氧化物污染控制对策J.大气污染防治，2004,105(30);3 石油化学工业部化工设计院主编，氮肥工艺设计手册（理化数据部分），北京：石油化学工业出版社，19774 Zeldovich, J. The oxidation of nitrogen in combustion and explosions J. Acta Physicochim URSS, 1946, 21(4): 577-628. 5 Fenimore C P，Fo