氮氧化物廢氣的處理..

1、氮氧化物廢氣的處理姓 名： 賀佳萌學(xué) 號： 1505110107專業(yè)班級：應(yīng)化1101指導(dǎo)老師：曾冬銘摘要：氮氧化物是主要的大氣污染物之一，本文介紹了含氮氧化物廢氣的產(chǎn)生 原因及處理方法。關(guān)鍵詞：氮氧化物；處理技術(shù)；、八 、，刖言氮氧化物是指一系列由氮元索和氧元素組成的化合物，包括有N20、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5，通常用分子式 NOx來統(tǒng)一表示。大氣 中NOx主要以NO、NO2的形式存在。NOx的危害早已被人們所認(rèn)識到，主要體現(xiàn)在：(1) 氮氧化物對人體的危害很大，可直接導(dǎo)致人體的呼吸道損傷，而且是 一種致癌物。(2) 氮氧化物會使植物受損傷甚至死亡。(3) 在陽光的催化作

2、用下，氮氧化物易與碳?xì)浠锇l(fā)生復(fù)雜的光化反應(yīng)，產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，導(dǎo)致嚴(yán)重的大氣污染。(4) 氮氧化物會導(dǎo)致臭氧層的破壞 。(5) 氮氧化物也易與水氣結(jié)合成為含有硝酸成分的酸雨川。以上光化學(xué)煙霧、酸雨及臭氧問題，近年來有逐漸惡化的趨勢，已經(jīng)成為 政府及社會公眾非常關(guān)心的問題。氮氧化物的產(chǎn)生主要來自于兩個方面：自然界本身和人類活動。據(jù)統(tǒng)計，由 自然界本身變化規(guī)律產(chǎn)生的 NOx每年約500X1061人類活動產(chǎn)生的NOx每年約 50X106t。從數(shù)據(jù)來看，雖然人類活動產(chǎn)生的NOx較自然界本身產(chǎn)生的NOx少得 多，但由于人類活動產(chǎn)生的 NOx往往比較集中，濃度較高，且大多在人類活動環(huán)境 區(qū)域內(nèi)，因而其危害

3、性更大。人類活動產(chǎn)生的氮氧化物主要來源于兩個方面：(1) 含氮化合物的燃燒；(2) 亞硝酸、硝酸及其鹽類的工業(yè)生產(chǎn)及使用。據(jù)美國環(huán)保局估計，99%的NOx產(chǎn)生于含氮化合物的燃燒，如火力電廠煤燃燒產(chǎn)生的煙氣、汽車尾氣等。在 亞硝酸、硝酸及其鹽類的工業(yè)生產(chǎn)及使用過程中，由于它們的還原分解，會放出大 量的NOx,其局部濃度很高，處理困難，危害大。在含NOx廢氣中,對自然環(huán)境和人類生存危害最大的主要是 NO和NO2。 NO為無色、無味、無臭氣體，微溶于水，可溶于乙醇和硝酸，在空氣中可緩慢氧化 為NO2,與氧化劑反應(yīng)生成NO2,與還原劑反應(yīng)生成N2NO2溶于水和硝酸，和水 反應(yīng)生成HNO3和HNO2,和

4、堿及強堿弱酸鹽反應(yīng)生成硝酸鹽和亞硝酸鹽 ，和還原 劑反應(yīng)還原為N2。氮氧化物的來源天然(5X 108t/a ):自然界細(xì)菌分解土壤和海洋中有機物而生成人類活動(5 X 107t/a ):1. 工業(yè)污染?主要是由于在工業(yè)生產(chǎn)過程中(特別是在石油化工企業(yè))燃燒化石燃料而 產(chǎn)生的，它主要包括二部分：? 一是在工藝生產(chǎn)過程中排放的泄漏的氣體污染物，如化工廠及煤制氣廠；?二是在工業(yè)生產(chǎn)用的各種鍋爐、窯爐排放的污染物；2. 生活污染主要是指城鎮(zhèn)居民、機關(guān)和服務(wù)性行業(yè)，因做飯、取暖、沐浴等生活需 要，燃燒礦物質(zhì)燃料而向大氣排放的氮氧化合物等污染物質(zhì)，是大氣污 染的有害氣體產(chǎn)生的主要來源之一3. 交通污染主要

5、來自兩個方面：? 一是汽車、火車、輪船和飛機等交通工具在運動過程中排放的一氧化碳、 氮氧化合物等；?二是在原料運輸過程中由于某些原料的泄漏及直接向空排放而造成的 污染氮氧化物的危害1. 腐蝕作用氮氧化物遇到水或水蒸氣后能生成一種酸性物質(zhì)，對絕大多數(shù)金屬和有機物均 產(chǎn)生腐蝕性破壞。它還會灼傷人和其它活體組織，使活體組織中的水份遭到破 壞，產(chǎn)生腐蝕性化學(xué)變化。2. 對人體的毒害作用它們和血液中的血色素結(jié)合，使血液缺氧，引起中樞神經(jīng)麻痹。吸入氣管中會 產(chǎn)生硝酸,破壞血液中血紅蛋白，降低血液輸氧能力，造成嚴(yán)重缺氧。而且據(jù)研 究發(fā)現(xiàn)，在二氧化氮污染區(qū)內(nèi)，人的呼吸機能下降，尤其氮氧化物中的二氧化 氮可引起

6、咳嗽和咽喉痛，如果再加上二氧化硫的影響，會加重支氣管炎、哮喘 病和肺氣腫，這使得呼吸器官發(fā)病率增高。與碳?xì)浠衔锝?jīng)太陽紫外線照射， 會生成一種有毒的氣體叫光化學(xué)煙霧。這些光化學(xué)煙霧，能使人的眼睛紅痛， 視力減弱，呼吸緊張，頭痛，胸痛，全身麻痹，肺水腫，甚至死亡3. 對植物的危害一氧化氮不會引起植物葉片斑害，但能抑制植物的光合作用。而植物葉片氣孔 吸收溶解二氧化氮，就會造成葉脈壞死，從而影響植物的生長和發(fā)育，降低產(chǎn) 量。如長期處于23ppm的高濃度下，就會使植物產(chǎn)生急性受害4. 對環(huán)境的污染可與臭氧分子反應(yīng)，破壞臭氧層，導(dǎo)致大氣中臭氧含量降低，從而減弱對紫外 線輻射的屏蔽作用，而紫外線輻射量的增

7、加首先會降低人體的免疫系統(tǒng)功能， 危害呼吸器官和眼睛、誘發(fā)慢性病、增高皮膚癌發(fā)病率氮氧化物的處理技術(shù)一、氮氧化物的控制燃燒控制技術(shù)燃燒控制技術(shù)是指通過改進燃燒工藝，減少NOX的產(chǎn)生，如全氧燃燒、分級燃燒、 和煙氣再循環(huán)法等方法。我國在 20世紀(jì)80年代至本世紀(jì)初，先后開發(fā)旋流式粉 煤預(yù)燃燒器、鈍體粉煤燃燒器、多功能船體粉煤燃燒器、雙通道粉煤燃燒器、 多級濃縮粉煤燃燒器，其中多功能船體粉煤燃燒器在近 200臺鍋爐成功應(yīng)用,NOx 降低率最高達50%55%同時節(jié)約點火油和燃油,并能較好地穩(wěn)定燃燒過程。煙氣再循環(huán)法把空氣預(yù)熱器前的一部分煙氣與燃燒用的空氣混合，通過燃燒器送入爐內(nèi)。 由于溫度較低的惰性

8、煙氣進入爐內(nèi)，達到了同時降低爐內(nèi)溫度水平和氧氣濃 度的目的。煙氣再循環(huán)法使用不當(dāng)會引起燃燒不穩(wěn)定的問題，此外煙氣再循 環(huán)需要加裝風(fēng)機、風(fēng)道，還需要場地，從而增大了投資，系統(tǒng)較復(fù)雜，對原 有設(shè)備進行改裝時常受場地不夠的限制。全氧燃燒在空氣與燃料的燃燒過程中，占空氣79%的氮氣對燃燒無益，反而由于大量 的氮氣被加熱排人大氣造成大量熱損失，最重要的是氮氣在高溫下與氧氣生 成的占燃燒中產(chǎn)生大部分。分級燃燒分級燃燒其主要原理是，無論熱反應(yīng)型或燃燒型，燃燒區(qū)的氧濃度 （即過量 空氣系數(shù)）對的生成量影響很大，當(dāng)過量空氣系數(shù)a小于 1時，燃燒區(qū)處于“富燃料燃燒”狀態(tài)，對減少的生成量由明顯的效果爐膛噴射脫硝技術(shù)

9、爐膛噴射脫硝過程類似于爐內(nèi)噴鈣脫硫過程 ，實際上是在爐膛上部噴射某種物 質(zhì),能夠在一定溫度條件下還原已生成的 NOx以降低NOx的排放量。爐膛噴射包 括爐膛噴水或注入水蒸氣、噴射二次燃料、噴氨等方法。氮氧化物的處理固體吸附法固體吸附法治理廢氣既能較徹底地消除污染，又能將回收利用。固體吸附劑有 活性炭、硅膠和各種類型的分子篩。其主要缺點是：操作繁瑣，分子篩用量大， 能量消耗大。活性炭吸附法： 此法對NOx的吸附過程吸附劑伴有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。NOx被吸附到活性炭表面后, 活性炭對NOx有還原作用，反應(yīng)式如下：C 2NO N2 CO22C 2NO22CO2 N2活性炭對低濃度NOx有很高的吸附能力，其

10、吸附能力超過分子篩和硅膠。但缺 點在于對NOX的吸附容量小且解析再生麻煩，活性炭在300C以上有自燃的可能， 處理不又當(dāng)會造成二次污染，故實際應(yīng)用有困難。硅膠吸附法：以硅膠作為吸附劑先將NO氧化為再加以吸附，經(jīng)過加熱可解吸附。當(dāng)?shù)臐舛雀哂?.1%, NO的濃度高于1% 1.5%，效果良好，但是如果氣體含固體雜質(zhì)時， 就不宜用此方法，因為固體雜質(zhì)會堵塞吸附劑空隙而使吸附劑失去作用。分子篩吸附法：常用作吸附劑的分子篩有氫型絲光沸石、氫型皂沸石等。以氫型絲光沸石為例，該物質(zhì)對NOx有較高的吸附能力，在有氧條件下，能夠?qū)?NO氧化為加以吸附。 利用分子篩吸附技術(shù)來凈化氮氧化合物是吸附法中最有前途的一種

11、方法，國外 已有工業(yè)裝置用予處理硝酸尾氣催化還原法催化還原法處理的原理是在催化劑存在的條件下，利用還原性物質(zhì)將為無還原 害氣體。非選擇性催化還原法：非選擇性催化還原法，最早是利用鉑族金屬作為主要成分的載體催化劑。通過 加熱反應(yīng)脫除。此法早在1956年就被用于硝酸工廠尾氣脫色，也就是用少量還 原劑，使尾氣中紅棕色的還原成無色的而放空。它并沒有真正脫除NOx只是看不到黃色而已。氨選擇催化還原法：這種方法具有更多的實際優(yōu)點，技術(shù)成熟，工業(yè)化應(yīng)用多。該方法所用催化劑 可以是鉑族，也可以是非鉑族的載體催化劑。反應(yīng)溫度比非選擇催化還原低， 還原劑氮只與NC反應(yīng)，不與尾氣中的氧氣反應(yīng)，這樣可節(jié)省大量的氨金屬

12、碳基催化劑催化還原法：該方法是目前國內(nèi)較先進的一種以活性炭為載體，堿金屬為催化劑，在不太高 的燃燒溫度下徹底治理的方法。此方法在航天發(fā)射場已得到應(yīng)用，處理效果好。液體吸收法NaOH溶液吸收法：反應(yīng)方程式：2NOx 2NaOHNaNO2 NaNO3 2ONO NO2 2NaOH2NaNO2 H2O該法主要用于處理硝酸生產(chǎn)尾氣、硝化反應(yīng)尾氣以及使用硝酸處理金屬產(chǎn)生的廢氣。這類廢氣中濃度一般在 1000 5000PPm之間，有時更高，但排放量并不 大尿素一硝酸溶液吸收法:我國某航大發(fā)射中心對于加注系統(tǒng)及庫房產(chǎn)生的氮氧化物廢氣，就是采用這種方法處理的。該處理系統(tǒng)經(jīng)多年使用證明，其處理氮氧化物的效率高，

13、性能穩(wěn)定。水一硫酸亞鐵兩段吸收法：氮氧化物廢氣常采用水吸收處理。由于水吸收NO的效率很低，而FeS04對NO具有很高的吸收率，生成不穩(wěn)定的絡(luò)合物其反應(yīng)方程式：FeSO4 NOFe(NO)SO4Fe EDT S032 絡(luò)合吸收法固定燃燒裝置排放煙道氣中的氮氧化物，90%以上的是N0若用溶液吸收，必須使NO氧化為，吸收效果才好。而用 Fe EDTA絡(luò)合物吸收N0則可直接與N（ 絡(luò)合，在還原劑存在的條件下，NO被還原成、或達到去除的目的。該方法在國 內(nèi)尚未有報道，國外也僅見日本用于中試裝置。我國現(xiàn)有氮氧化物的處理技術(shù)目前,近些年發(fā)展起來的處理氮氧化物廢氣的方法主要有電子束照射法， 光催化氧化法，生化

14、法，低溫等離子體技術(shù)，液膜法。2.1電子束照射法電子加速電子束照射法的原理是在煙氣中加入少量氨氣、水蒸氣或甲烷氣，再利用器產(chǎn)生的高能電子流，直接照射待處理的氣體，通過高能電子與氣體中的氧分子及水分子 碰撞，使之離解、電離，形成非平衡等離子體，其中所產(chǎn)生的大量活性粒子（如 和HO2等）與污染物進行反應(yīng)，使之氧化去除。NOx的有效方法之一。其優(yōu)點是不,且具有較高能電子產(chǎn)生等離子體工藝是工業(yè)煙氣中去除產(chǎn)生廢水，回收副產(chǎn)物NH4NO3可作氮肥加以利用，能同時脫除SO2和NOx 高的脫除率結(jié)合化學(xué)方法和等離子體方法的優(yōu)點，有研究采用了一種在等離子體發(fā)Al 203顆粒2、射場中加催化劑的方法，來研究催化劑

15、、等離子體共同作用下煙氣中NOx的脫 除情況。該領(lǐng)域已開發(fā)了一批適用于脫氮過程的催化劑，如Ti O催化劑、Al 203負(fù)載貴金屬型催化劑和分子篩催化劑等。近年來有人提出了用高 壓脈沖電源代替電子加速器的脈沖放電等離子體煙氣脫硫脫硝技術(shù)，陳偉華等研究了利用脈沖放電等離子體裝置，在添加丙烯作催化劑下的脫硫脫硝效果。2.2光催化氧化法半導(dǎo)體光催化技術(shù)是近 30年發(fā)展起來的新型節(jié)能綠色環(huán)保技術(shù)，目前研究過的光催化劑有 Ti02、ZnO、CdS、CuO、W03、SnO2等，在眾多的光催化劑中，二氧化鈦以其化學(xué)性能穩(wěn)定、反應(yīng)條件溫和、催化性能優(yōu)良、安全 無毒副作用、無二次污染等優(yōu)點而被廣泛使用。自從I b

16、 u su k i首次報道了將二氧化鈦應(yīng)用于N 0的催化凈化，這方面的研究很多， 邱星林等研制的含納 米級Ti 02的光催化環(huán)保涂料，在太陽光作用下，NO幾乎全部被降解。關(guān)于Ti0 2的光催化機理一般認(rèn)為：在波長小于 380 n m光的照射下， TiO 2的價帶電子會被激發(fā)到導(dǎo)帶形成電子一空穴對，電子一空穴對遷移到半導(dǎo)體顆粒表面，被表面物種捕獲光激導(dǎo)帶電子與吸附在催化劑表面的02結(jié)合形成02- H02 0-等活性自由基；空穴與吸附在 表面的水或覆蓋在催化劑顆 粒表層的羥基反應(yīng)也能形成0 H自由基。NO的起始濃度、氣體停留時間、反應(yīng)溫度、紫外光強度等因素對 NO的分解率有影響。OH和HO 等自由

17、基對NOx的氧化起著非常重要的作用。 02是半導(dǎo)體導(dǎo)帶光致電子的俘獲劑，可有效地阻止電子與空穴的復(fù)合，同時02通過俘獲電產(chǎn)生的各種活性自由基，在光催化過程中具有一定的促進作用。英國千禧化學(xué)公司最近研制出一種能協(xié)助清除 N0的生態(tài)漆，其主要成分 為Ti O2和CaCO微粒。Ti O2微粒吸收太陽光中的紫外線將 NO氣體轉(zhuǎn)化成 硝酸，再利用CaCO于以中和。釋放出的CO2、水和硝酸鈣等副產(chǎn)物將被雨水 等沖刷掉，NO去除率可達60 %。針對納米催化劑存在易失活、易團聚等問題。采用將納米二氧化鈦固定在分子篩上的辦法。既能提高催化劑的分散度也可以延長催化劑的使用壽命。 并且分子篩對NO具有一定的吸附作用

18、，可以提高催化效率，通過對分子篩進 行改性，可以提高其選擇性，使 NO 最大限度地分解為N2和O2。2.3生化法生化法是近10多年才發(fā)展起來的一種處理方法，因它是模仿自然界的自 然凈化過程而建立起來的一種處理方法，具有流程短，投資少,運行費用低,管理簡 便等特點而具有極大的發(fā)展?jié)摿Γ咽艿皆絹碓蕉嘌芯咳藛T的重視。含NOx廢氣生化法處理的基本原理是氣相中的 NOx如NO和NO2首先 通過溶解或吸附等傳質(zhì)過程轉(zhuǎn)移至液相，如NO2通過形成NO3或NO2 而溶 于水中,NO被吸附在液相中的微生物或固體物表面而進入液相；然后在外加碳源 的情況下借助于微生物的生命代謝活動，通過微生物對分布于液相中的含 N

19、化合 物的吸收和微生物體內(nèi)的氧化、還原、分解等生物謝作用 ，把部分吸收的含N化 合物轉(zhuǎn)化為微生物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，組成新的細(xì)胞，使微生物生長繁殖；另一 部分含N化合物則被微生物分解為簡單而無害的氮氣或容易處理的 NO3或 NO2 ,同時釋放出微生物生長和活動所需的能量。在廢氣的生物處理中，微生物的存在形式可分為懸浮生長系統(tǒng)和附著生 長系統(tǒng)兩種。懸浮生長系統(tǒng)即微生物及其營養(yǎng)物配料存在與液相中，氣體中的污染物通過與懸浮物接觸后轉(zhuǎn)移到液相中而被微生物所凈化，其形式有噴淋塔、 鼓泡塔等生物洗滌器。廢氣在增濕后進入生物濾床，通過濾層時，污染物從氣相中轉(zhuǎn)移到生物膜 表面并被微生物凈化。懸浮生長系統(tǒng)及附著

20、生長系統(tǒng)在凈化NOx方面各具有其優(yōu)勢；前者相對后者來說，微生物的環(huán)境條件及操作條件易于控制，但因NOx中的NO占有較大的比例，而NO又不易溶于水，使得NO的凈化率不高。2.4低溫等離子技術(shù)低溫等離子體應(yīng)用于固體廢物、廢水、廢氣的治理在近幾年來備受矚目。 等離子體是一種導(dǎo)電流體，在宏觀上呈現(xiàn)電中性.對外加電磁場十分敏感，等離子體中富含大量內(nèi)能較大的各種微觀粒子，其理化性質(zhì)相當(dāng)活潑，極易與其他物質(zhì)發(fā)生相互作用。低溫等離子體的電子溫度可達 104K以上，而離子和中性 粒子的溫度只有3 0 0 5 0 0 K，體系的表觀溫度較低。常用的氣體低溫等離 子體產(chǎn)生方法為放電法，即在電場作用下氣體被擊穿而導(dǎo)電

21、，由此產(chǎn)生電離氣體。其放電方式有輝光放電、電暈放電、介質(zhì)阻擋放電、射頻放電和微波放電。 由于對氣態(tài)污染物的治理，一般要求在常壓下進行，而能在常壓下產(chǎn)生低溫等 離子體的只有電暈放電和介質(zhì)阻擋放電兩種形式，目前的研究以這兩種放電方式為主 其中電暈放電利用非對稱電極放電產(chǎn)生等離于體.但難以獲得大體積的 等離子體，介質(zhì)阻擋放電可以在很寬的氣壓、電壓及頻率范圍內(nèi)使用，另外由 于它可以在較大的區(qū)域內(nèi)形成等離子體區(qū)，所以允許有較大的氣體流量。低溫等離予體凈化 NO的作用機理是粒子非彈性碰撞的結(jié)果。利用外電場 放電產(chǎn)生的高能電子撞擊尾氣中的氣體分子 （NOx、N2、O 2和H 2O等），使之 獲得能量。并得以

22、激活、分解、電離，產(chǎn)生氧化能力很強的自由基原子氧（O ）、 原子氮（N ）、臭氧（O3 ）等.這些強氧化物質(zhì)可迅速與尾氣中的 NOx作用， 又會產(chǎn)生其它種類的活性物質(zhì)，導(dǎo)致一系列復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。氧氣對NO的脫除存在抑制作用。放電增強了物種的活性，一些常溫常壓 沒有催化劑很難或根本就不能發(fā)生的化學(xué)過程得以實現(xiàn)。在反應(yīng)過程中，高能電子起著決定性作用。 而這主要取決于電子的平均能、電子密度、氣體溫度等 條件。采用低溫等離子體技術(shù)不僅節(jié)約能源和設(shè)備、易于實現(xiàn)。且具有處理效果 好、處理范圍廣、能同時處理多種污染物、凈化徹底、無二次污染等優(yōu)點，因 此在廢氣治理領(lǐng)域逐漸引起人們的重視。廣闊的發(fā)展前景。2.5液膜法液膜法凈化煙氣是美國能源部 Pittsburgh能源技術(shù)中心（PETC）開發(fā)的。 國外如美國、加拿大、日本等國都對液膜法進行了大量的研究。液膜為含水液 體，原則上對NOX有吸附作用的液體均可作為液膜，但須經(jīng)試驗證明氣體 在其中滲透性良好才能使用。液膜與固體膜（電滲析、反滲透等）相比有其獨特的優(yōu)點，如液膜由于液體表面張力作用，膜面上不生針孔；具有極大的表面積；膜的厚度極??；膜本身可 以多次再生利用；乳化型液膜無需支撐體；無清洗、維修和使用期限問題；節(jié) 省能源；液膜滲透速度快、選擇性高、靈活性大,可以根據(jù)不同要求設(shè)計出各種 分離過程。總