氮氧化物对环境的危害及污染控制技术

氮氧化物对环境的危害及污染控制技术摘要:氮氧化物气体是危害最大、最难处理的大气污染物之一。随着经济的迅猛发展，有效控制氮氧化物造成的大气污染己刻不容缓。本文对氮氧化物的来源、危害及控制技术进行了概述，这对于“十二五”期间氮氧化物的减排有了更进一步的认识。关键词:氮氧化物来源危害低氮燃烧技术烟气脱硝技术我国是以燃煤为主的发展中国家，其能源构成以煤炭为主,消耗量占一次能源消费量的76%左右。随着经济的快速发展，煤耗的增加，燃煤造成的大气污染日趋严重，而氮氧化物(NOx)是其中的主要污染物之一。近年来，由于机动车拥有量的迅速增长，尾气排放氮氧化物(NOX)也是一个不容忽视的问题。因此，国家“十二五”期间把氮氧化物(NOX)做为减排指标考核,控制氮氧化物(NOX)排放量己势在必行，。氮氧化物的来源及危害大气中氮氧化物有N2O.NO.NO2.N2O3.N2O4和N2O5,总起来用NOx表示。其中污染大气的主要是NO和NO2°NO毒性不太大，但进入大气后可被缓慢地氧化成NO2,当大气中有O3等强氧化剂存在时,或在催化剂作用下,其氧化速度会加快。大气中的NOx来源主要有两方面:一方面是由自然界中的固氮菌.雷电等自然过程所产生，每年全球约产生5亿吨，另一方面是由人类活动所产生,每年全球产生量超过5000万吨。在人类活动产生的NOx中，由各种炉窑.机动车和柴油机等燃料高温燃烧产生的约占90%以上,其次是硝酸生产.硝化过程.炸药生产及金属表面的硝酸处理等过程。从燃烧系统中排出的NOx95%以上是NO,其余主要为NO2。由于在环境中NO最终将转化为NO2,因此,估算的NOx排放量都按NO2计。NO2的毒性约为NO的5倍。当NO2参与大气中的光化学反应，形成光化学烟雾后，其毒性更强。大气中的NOx对人和动植物都有一定的危害。NO还会导致中枢神经受损，引起痉挛和麻痹。高浓度NO中毒时，迅速导致肺部充血和水肿，甚至窒息死亡。NOx与碳氢化合物混合时，在阳光照射下发生光化学反应生成光化学烟雾。光化学烟雾的成分是光化学氧化剂，它最明显的危害作用是刺激人的眼睛，发生红烟病。此外，对人的鼻.咽.喉.气管和肺部等呼吸器官也有明显的刺激作用，从而增大呼吸阻力。光化学烟雾对植物的损害十分严重，严重时使作物减产.树木枯死。氮氧化物的控制技术控制氮氧化物废气排放的技术措施主要分两大类:一类是源头控制，低NOx燃烧技术，其特征是通过各种技术手段,控制燃烧过程中产生NOx的生成反应;另一类是尾部控制，即烟气脱硝，其特征是把己生成的NOx通过某种手段还原为N2,从而降低排放量。人类活动排入大气中的NOx,90%以上来自燃料燃烧过程。燃烧过程产生的NOx主要是NO和NO2,其中NO约占90%,NO2约占5~10%。燃烧过程中NOx有3种不同的生成途径，称作不同的NOx,即热力型NOx,燃烧型NOx和快速型NOx。在NOX生成机理中，快速型NOX不到5%,当燃烧区温度低于1350°C时几乎没有热力型NOX,只有当燃烧温度超过1600C时,热力型NOX才可能占到25~30%。对于常规燃烧设备,NOX的燃烧控制主要是通过降低燃料型NOX而实现的。机动车排放的NOX也是不可忽视的排放源,机动车排放的NOX主要是热力型NOX和燃料型NOX。低NOx燃烧技术凡通过改变燃烧条件来抑制NOx生成或破坏已生成的NOx达到减少NOx排放的技术称为低NOX燃烧技术。它包括低过量空气燃烧.二段燃烧和烟气再循环。在各种NOx污染控制技术中，低NOX燃烧技术是应用最广.相对简单.经济有效的方法。低过量空气系数运行技术NOx排放量随着炉内空气量的增加而增加，锅炉采用低空气过量系数运行,不仅可以降低NOx排放，而且能够减少锅炉热损失，提高锅炉热效率。但有可能导致CO.碳氢化合物和炭黑等污染物以及飞灰中可燃物质量的增加，从而使燃烧效率下降。因此，在确定空气过剩系数时必须同时满足锅炉热效率.燃烧效率及降低NOX等要求。二段燃烧技术二段燃烧技术是在两段燃烧装置中，燃料在接近理论空气量下燃烧。燃烧所用的空气分两次通入，亦即燃烧分两段进行。第一段通入的空气约占总空气量的80%〜95%，燃烧在富燃烧贫氧条件下进行,形成低氧燃烧区，火焰温度低，因而抑制了NOx的生成。第二段将其余的空气从温度较低的区域送入，使第一段剩余的不完全燃烧产物CO.碳氢化合物得到完全燃烧。在二次空气供入后，虽然氧过剩，但由于烟气温度较低而限制了NOx的生成量。采用两段燃烧，避免了在高温.高氧条件下的燃烧状况，因而NOx的生成量可大降低。烟气再循环技术对烟气进行再循环是减少NOx形成的很有效的方法。其原理为:部分冷却了的烟气再循环被送回到燃烧区，起到降低氧浓度和燃烧区温度的作用，达到减少NO生成的目的。烟气的循环率在25%〜40%的范围内最为适宜,NOx的抑制效果最佳。烟气脱硝技术非选择性催化还原法(NSCR)含NOx的气体在一定温度和催化剂的作用下和还原剂发生反应，将其中的NO2和CO等还原为N2,同时还原剂与气体中的O2反应生成水和CO2。作为还原剂的气体，可用H2.CH4.CO和低碳氢化合物。通常的还原剂为含以上组分的混合气体,如合成氨释放气.焦炉气.天然气.炼油厂尾气和气化石脑油等。催化剂为伯和钯,反应温度控制在550~800°C,净化效果最好。温度低时NOx的转化率低，温度超过815°C会烧坏催化剂载体，使催化剂活性降低，从而降低净化效率。选择性催化还原法(SCR)用NH3作还原剂对含NOx的气体进行催化还原处理，使NH3能有选择地和气体中的NOx进行反应，而不和氧发生反应。催化剂可以用伯.钯的贵金属催化剂，也可以用含铜.铁.钒.锰等非金属催化剂。反应温度控制在400C以下,可使以下反应占绝对优势。液体吸收法水吸收法:用水吸收NOx时，水和NO2反应生成硝酸和亚硝酸,亚硝酸不稳定，很快发生分解生成硝酸.NO和水。NO不与水发生反应，在水中的溶解度很小,并且在水吸收NO2时，还放出部分NO,因而水吸收法的净化效率不高，不能用于主要含NO的燃烧废气的净化。但由于水价格低.方便，可用于净化小气量的以含NO2为主的NOx废气。酸吸收法:用浓硫酸吸收法的原理是浓硫酸和NOx可生成亚硝基硫酸。亚硝基硫酸可以用于硫酸生产和浓缩硝酸。在同时生产硫酸和浓硝酸的企业中，可以用该法净化含NOx废气。稀硝酸吸收法的原理是利用NOx在稀硝酸中的溶解度比在水中的溶解度高得多这一性质，对NOx进行物理吸收。该法可用于硝酸尾气的处理。碱液吸收法:碱性溶液和NO2反应生成硝酸盐和亚硝酸盐。碱液吸收法也不适合于主要含NO的燃烧废气净化，而比较适合于氧化度较大的含NOx废气净化（氧化度是NO2在NOx中所占的百分比）。该吸收法中采用较多的吸收剂为NaOH和Na2CO3溶液,吸收效率不高，对NO2/NO也有一定限制。吸收还原法:用亚硫酸盐.亚硝酸盐.硫化物或尿素的水溶液作吸收剂，将NOx吸收并将其在液相中还原为N2的方法，这种方法可以达到很高的净化效率。氧化吸收法:先将NOx中的NO部分地氧化为NO2以提高NOx的氧化度，再用碱性溶液进行吸收。国内硝酸氧化-碱液吸收流程已用于工业生产。（4）吸附法吸附法是利用吸附剂对NOx的吸附量随温度或压力变化而变化，通过周期性地改变操作温度或压力控制NOx的吸附和解吸，使NOx从气源中分离出来。常用的吸附剂为分子筛.硅胶.活性炭.含氨泥煤等。该法的优点:能比较彻底地消除NOx的污染，又能将NOx回收利用，设备简单且操作方便。缺点是：由于吸附剂的吸附容量小，需要的吸附剂量大，设备庞大，需要再生处理,而且过程为间歇操作。因此仅用于净化处理低浓度的NOx废气。机动车尾气氮氧化物控制技术近几年，我国随着机动车拥有量的迅猛增长，由此引发的NOx污染日趋严重，控制机动车尾气排放已迫在眉睫，具体控制措施是:大力推广小排量汽车，国家并给予一定的政策支持；对于严重超标的汽车必须安装催化器;鼓励使用无铅汽油；积极发展绿色环保型汽车（如旅游区用的电瓶车）等;严格控制用车质量，对于不符合排放标准的机动车，应禁止上路，对已超过使用寿命的,应加速淘汰。参考文献郝吉明，马广大大气污染