臭氧低温脱硝是未来环保行业的趋势

来源:admin 时间:2020-10-10 08:09:38

一、臭氧在脱硝中的优势。

烟气脱硝是指将产生的氮氧化物(NOx)还原到N2,从而从烟气中去除NOx。烟气脱硝的原理是通过氧化剂将NO氧化成NO2,生成的NO2被水或碱性溶液吸收实现脱硝。

传统的烟气脱硫脱硝工艺已经不能满足日益严格的减排要求,传统工艺也存在设备投资高、占地面积大等缺点。开发一种简单可靠的脱硫脱硝工艺具有重要意义。臭氧低温脱硝的目的是去除烟气中的NOx,烟气中NOx的主要成分是NO,臭氧的高级氧化可以达到去除效果,也可以去除烟气中的其他有害气体。臭氧作为强氧化剂,可以将烟气中不溶于水的NO氧化成NO2或更高的氮氧化物,然后用相应的吸收液(水、碱溶液、酸溶液或金属络合物溶液等)对烟气进行喷淋洗涤。),使气相中的氮氧化物可以转移到液相或被碱液中和吸收,从而实现烟气的脱硝处理。

臭氧同时脱硫脱硝过程中一氧化氮的氧化机理复杂。在实际测试中,可以研究低温下臭氧与一氧化氮之间的关键反应。

在低温下,O3和nO之间的关键反应如下:

一氧化氮+臭氧→二氧化氮+氧气(1)

NO2+O3→NO3+O2(2)

NO3+NO2→N2O5(3)

一氧化氮+氧气+甲烷→二氧化氮+甲烷(4)

NO2+O→NO3(5)

在典型烟气温度下,臭氧对一氧化氮的氧化效率可达84%以上,结合尾部湿法洗涤的脱硫率接近100%,当臭氧/一氧化氮摩尔比为0.9时,脱硝效率也达到86.27%。在烟气中引入臭氧氧化NO,然后被吸收液吸收。最终,氮氧化物的去除率高达95%,SO2的去除率约为100%。向模拟烟气中注入O3去除SO2、NOx和Hg,然后用碱吸收塔洗涤烟气。结果表明,一氧化氮和氧化汞的去除率与臭氧的注入量有关。当O3用量为200ppm时,一氧化氮的去除率可达85%,一氧化氮和二氧化硫的去除率分别可达97%和99%。

臭氧低温脱硝技术

二、臭氧脱硝的主要影响因素。

臭氧低温脱硝的主要影响因素有摩尔比、反应温度、反应时间、吸收液性质等。这些因素对脱硝和脱硫效率有不同的影响。

1、摩尔比。

摩尔比(O3/NO)是指O3和NO之间的摩尔比,它反映了臭氧的量相对于一氧化氮的量。O3/NO的氧化速率随着O3/NO的增加而线性增加。目前脱硝率可以达到85%以上,有的甚至在0.9≤O3/NO<1的条件下几乎达到99%。从式(1)可以看出,O3与NO的摩尔比为1的理论值,但在实际中,由于其他物质的干扰,可能会发生一系列其他反应,如式(2)~(5),使O3不能与NO100%反应。

2、温度。

由于臭氧的生命周期与脱硫脱硝效率有关,因此研究臭氧对温度的敏感性具有重要意义。通过对臭氧热分解特性的研究,得出臭氧在150℃的低温下分解速率不高,但随着温度升高到250℃甚至更高,臭氧的分解速率明显加快。在25℃时,臭氧的分解率仅为0.5%,当温度高于200℃时,分解率显著增加。

3、反应时间。

只要臭氧在烟气中的停留时间能够保证氧化反应的完成,实验数据表明1~104s之间的反应时间对反应器出口NO摩尔数没有影响,增加停留时间并不能提高NO的去除率。这主要是因为关键反应的反应平衡可以在很短的时间内达到,不再需要臭氧停留时间。

4、吸收液的性质。

一氧化氮被臭氧氧化成高价氮氧化物后,需要进一步吸收。常见的吸收液有碱液如Ca(OH)2、NaOH等。不同的吸收剂去除效果不同。当尾气被水吸收时,一氧化氮和二氧化硫的去除率分别达到86.27%和99%。这样利用气体在水中的溶解度进行吸收,有的实验利用吸收液将高价氮氧化物还原成N2,然后直接排放到大气中。比如使用Na2S和NaOH溶液作为吸收剂,对NOx的去除率高达95%,对SO2的去除率在99%左右,但存在吸收液消耗量大的问题。

臭氧脱硝

三、臭氧脱硝系统的组成。

1、臭氧制备和储存系统。

臭氧低温脱硝系统主要包括空气压缩机系统和臭氧制备及储存系统;臭氧注入系统;仪器采集和检测控制系统;脱硝洗涤反应系统(与脱硫系统共用);辅助安全系统等。

由于臭氧在工业上的广泛应用,目前臭氧的制备、储存和运输系统已经成熟可靠,有些便于商业采购、维护和更新。臭氧一般由纯氧或空气制备。

臭氧发生器一般用于现场制备臭氧。臭氧发生器现在广泛用于饮用水、废水和游泳池水的处理。臭氧发生器是一种安全可靠的工业部件,可以保证长期连续运行。臭氧发生器的结构类似于管壳式换热器。氧气通过壳式热交换器产生臭氧。管道内部是玻璃介质,其中包含电极并连接到电源。当电流通过玻璃管时,沿玻璃管表面产生电晕。氧气通过电晕时,氧分子被分离,氧原子被释放,氧原子迅速与氧气流中可利用的氧分子结合,形成臭氧分子。臭氧始终存在于不锈钢臭氧发生器、工艺管道,或者气流过程的反应部分,在去除氮氧化物的过程中被完全消耗掉,不会对环境造成威胁。

2、臭氧分布扩散反应系统(臭氧网格)

臭氧通过不锈钢管输送到烟气分布扩散系统,通过均匀分布的分布器注入含氮氧化物的原烟气反应系统。反应系统提供均匀分布的臭氧,并混合到足以使其迅速反应。由于臭氧与氮氧化物的反应速度极快,所以在反应器的设计中不必考虑停留时间长的问题,这样臭氧就可以与氮氧化物充分反应,将不溶的一氧化氮氧化成二氧化氮。

臭氧在均匀分布器内均匀分布,与烟气中的氮氧化物充分接触碰撞,是整个脱硝系统的核心和关键。一般需要对反应器进行流场模拟(CFD)和化学反应模拟(CKM),并根据模拟情况和以往的工程经验进行优化设计,以保证脱氮效率。

一般情况下,我们会模拟整个项目在各种工况下的温度场、压力场、速度场和浓度场,以帮助确定整个反应器和臭氧分布系统的合适设计参数。

3、仪器采集、检测和控制系统。

基于人机界面和DCS/PLC控制,在线分析检测烟气中的流量、温度、烟尘、NOx、SOx、O2、O3,根据烟气中氮氧化物的流量和浓度对系统的生成量进行采样。

4、脱硝洗涤反应系统。

本项目采用现有的湿式碱法脱硫吸收装置,含NOx的烟气经臭氧氧化后可直接进入湿式脱硫装置,被臭氧氧化的高价氮氧化物在脱硫吸收塔中被碱性吸收剂吸收。这种洗涤和吸收过程的效率很高,液相反应是不可逆的,并变成可用的盐。

5、辅助安全系统和臭氧特性。

臭氧是有毒气体,允许臭氧浓度设定为0.1ppm/8h。浓度为0.3mg/m3时,对眼、鼻、喉有刺激性。当浓度为3~30mg/m3时,出现头痛和呼吸器官局部麻痹。当浓度为15~60mg/m3时,对人体有害。臭氧在世界上已经使用了150多年,因为它气味强烈,易于感知。到目前为止,还没有因臭氧中毒导致死亡的报道。


脱硝臭氧发生器