3.1 摩爾比
摩爾比(O3/NO)是指O3與NO之間摩爾數的比值,它 反映了 臭氧量相 對于一氧 化氮量的 高低。NO的氧化率 隨O3/NO的升高 直線 上升。 目前 已有的 研究 中,在0 .9≤O3/NO<1的情況下,脫硝率可達 到85%以上,有的甚至幾乎達到100%。根據式(1)可見,O3與NO完全反應的摩爾比理論值為1,但在實際中,由于其他物質的干 擾,可發生一系列其他反應,如式(2)~(5),使得O3不能100%與NO進行反應。
3.2 溫度
由于臭氧 的生存周期關系到脫硫脫硝效率的高低,所 以考察臭氧對溫度的敏感性具有重要意義。王智化等人 在對臭氧 的熱分解 特性的研 究中得出 在150 ℃的低溫條件下,臭氧的分解率不高,但隨著溫度增加到250℃甚至更高時,臭氧分解速度明顯加快。Zhihua Wang等人也 得出在 25 ℃時臭 氧的分 解率只 有0. 5%,當溫 度高于200℃時,分解率顯著增加。這些結果對研究臭氧在煙氣中的生存時間及氧化反應時間具有重要意義。
3.3 反應時間
臭氧在煙 氣中的停留時間只要能夠保證氧化反應的完成即可,在ISHWAR K. PURI的研究中,反應時間在1~10 s之間對反應器出口的NO摩爾數沒有什么影響,而且增加停留時間并不能增大NO的脫除率。這主要是因為 關鍵反應的反應平衡在很短時間內即可達到,不需要較長的臭氧停留時間。
3.4 吸收液性質
利 用臭氧將 NO氧 化為高 價態的氮 氧化物 后,需要進 一步地吸收 。常見的吸 收液有Ca(OH)2、NaOH等堿液 。不同的吸收劑產生的脫除效果會有一定的差異。例如 王智 化等 人在利 用水 吸收 尾氣時 ,N O和 SO2 的脫除效 率分別達 到86. 27%和100%。這 是利用氣體 在水中的溶 解度進行吸收,也有試驗利用吸收液將高價氮氧化物還原成為N2后直接排入大氣中,如Young Sun Mok和Heon-Ju Lee采用Na2S和NaOH溶液作為吸收劑,NOx的去除率高達95%,SO2去除率約為100%,但存在吸收液消耗量大的問題。
4 臭氧氧化技術的工程應用
美國BOC公司開發的LoTOx是一種低溫氧化技術,將氧/臭氧混合氣注入再生器煙道,將NOX氧化成高價態且易溶于水的 N2O3和N2O5,然后通 過洗滌形成HNO3。
主要的反應如下:
NO+O3→NO2+O2 (6)
2NO2+O3→N2O5+O2 (7)
N2O5+H2O→2HNO3 (8)
采用LoTOx技術可得到較高的NOX脫除率,典型的脫除 范圍為 70%~9 0%,甚至 可達到 95%,并 且可在 不同的 NOX濃度 和NO、NO2的比 例下保 持高效 率;因 為未與NOX反應的O3會在洗滌器內被除去, 所以不存在類似SCR中O3的泄漏 問題;除以上優點外,該技術應用中SO2 和CO的 存在不 影響N OX的去 除,而 LoTOx也不 影響其他 污染物控制 技。BELCO公司將 LoTOx技 術與自己研發的EDV(Electro-Dynamic Venturei)洗滌系統結合形成一體化的脫硫脫硝系統,用 于石油精煉廠中加熱器、鍋爐等的廢氣治理。經氧化后生成的N2O5通過EDV洗滌器 很容易與煙氣中 水分發生反應 生成HNO3,然后再同洗滌劑生成鹽類,最后通過洗 滌清理排出系統外。具體的化學反應如下:
N2O5+H2O→2HNO3 (9)
HNO3+NaOH→NaNO3+H2O (10)
LoTOx-EDV系統可 使NOx排放減 少到10 μg/g以下, 可 滿足 最 嚴格 的 減排 要 求。 并 且不 會 使S O2轉 化為SO3, 此外,煙氣 中的顆粒 物和硫化物 對臭氧消 耗或NOX脫除 效率的影響并不明顯,該系統不僅可以 高效去除氮氧化物,而且對二氧化硫和粉塵等顆 粒物也有明顯的去除效果。此外,它不存在堵塞、氨泄 漏等問題,是一種應用前景廣闊的脫硫脫硝技術。根 據 MA R A M A 2 0 0 7 評 估 數 據 報 告 , 在 保 證NOX脫除 率為 8 0%~ 95 %的情 況下 , LoT Ox運 行費 用為1700 ~1950美 元/噸NOX,比SCR的運 行費用236 4~24 58 美元 /噸NOX要低 。 目前 LoTOx技術 已有 應用 實例 , 如 大 西 洋 中 部 的 某 石 油 精 煉 廠 采 用 該 技 術 進 行NOX的 脫除 ,Ohi o地 區 的1 臺 25 MW 燃 煤鍋 爐 采用 該技術 進 行 了工 程 示范 , NOX去 除率 可 達8 5 %~9 0 %;在Ca li forni a地 區, 某利 用LoTOx技 術的 熔鉛 爐可 去除8 0%的NOX。
5 結語
(1) 隨著 環 保 要 求 的 日 益 嚴格 , 傳 統 的 煙 氣 脫硫 脫 硝 工 藝 將 不 能 滿 足 嚴 格 的 減 排 要 求 , 此 外 , 傳統 工 藝 還 存 在 設 備 投 資 高 、 占 地 面 積 大 、 系 統 復 雜等 缺 點 。 因 此 開 發 工 藝 簡 單 、 可 靠 的 脫 硫 脫 硝 工 藝具有 重 要意 義。
(2) 采用臭氧 的高級 氧化技 術不僅對 NOX具有 良好的脫除效果,而且對煙氣中的其他有害 污染物,比如重金屬汞也有一定的去除能力。
(3)影響臭氧同時脫硫脫硝的因素主要有摩爾比、反應溫度、反應時間、吸收液性質等。
(4)LoTOx的工程應 用表明該技 術在國外已 進入工業化應用階段,但現階段臭氧的制備費 用較高,制約了該技術的推廣使用,隨著臭氧發生裝置 的逐步改進,臭氧 氧化 同時 脫硫 脫硝 技術 必將 會有 更加 廣泛 的應 用前景。