毕业设计(论文)-工业烟气脱硝技术现状研究(33页).docx
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1、-毕业设计(论文)-工业烟气脱硝技术现状研究-第 19 页工业烟气脱硝技术现状研究目 录摘要IAbstractII引言1第1章 烟气脱硝技术方法21.1选择性催化还原法(SCR)21.2选择性非催化还原法(SNCR)31.3液体吸收法31.4催化分解法41.5吸附法41.6微生物法41.7等离子体治理技术41.8氧化法5第2章 脱硝技术在实际中的应用72.1脱硝技术的应用方向72.1.1燃煤电厂72.1.2水泥厂72.1.3硝酸工业72.1.4玻璃工业72.2选择性催化还原法(SCR)82.2.1催化剂82.2.2还原剂92.2.3硝酸工业102.2.4燃煤电厂102.2.5水泥厂102.2.
2、6钢铁行业102.2.7 SCR的负面影响112.3选择性非催化还原法(SNCR)112.3.1燃煤电厂112.3.2水泥厂112.4氨法脱硝技术122.4.1燃煤电厂122.5吸附法122.5.1钢铁行业122.5.2燃煤电厂122.6等离子体治理技术132.6.1燃煤电厂13结论14致谢15参考文献16工业烟气脱硝技术研究现状摘要: 随着我国经济的快速的增长,工业烟气的排放也大大增加。而氮氧化物(NOX)作为工业烟气排放中的一种主要污染物困扰着人们。因为NOX的治理技术在燃烧方式上和燃烧前处理这两方面未能取得突破性研究所以烟气脱硝是控制大气中NOX含量减少的重要解决办法。本文主要介绍了催化
3、分解法、液体吸收法、等离子体技术、选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、微生物法、氧化法和吸附法等一些氮氧化物工业烟气技术的优缺点及应用方向。对主要应用于实际的SCR与SNCR两种技术进行了比较,分析出若有新型催化剂的出现SCR可能会取代SNCR。而微生物法与等离子体法虽无法大量应用于实际生产中,但是两者都有高脱硝效率并且没有二次污染,会成为烟气脱硝治理技术的主要研究方向。 关键词: 烟气脱硝 氮氧化物 SCR 催化剂Research Status of Industrial Flue Gas Denitrification TechnologyAbstract: Wit
4、h the development of Chinas economy, the emission of industrial flue gas has been increasing greatly . People are sufferring from Nitrogen oxides (NOX), as a major pollutant in industrial flue gas emissions . Because NOXs governance technology has failed to achieve groundbreaking research on both co
5、mbustion and pre-combustion processes, flue gas denitrification is an important solution to control NOX reduction in the atmosphere. In this paper, the catalytic decomposition method, liquid absorption method, plasma technology, selective catalytic reduction (SCR), selective non-catalytic reduction
6、(SNCR), microbial method, oxidation and adsorption and so on. This article describes the advantages and disadvantages and application direction. In this paper, the main application of the actual SCR and SNCR two technologies were compared to analyze the emergence of a new type of catalyst SCR may re
7、place the SNCR. Although the microbial and plasma methods can not be widely used in the actual production, but both have high denitrification efficiency and no secondary pollution, will become the main research direction of flue gas denitrification technology.Key words: Flue gas denitrification;Nitr
8、ogen oxides;SCR; Catalyst引 言氮氧化物是造成大气污染的首要污染源之一。氮氧化物分为很多种:NO、N2O3、NO2、N2O5、N2O4等几种。这几种污染源中,NO和NO2是主要污染大气的氮氧化物。这些污染物的来源分为两方面:一些是固定源化石燃料的燃烧,如燃煤电厂、硝酸工业、水泥厂等;另一些是移动源的排放,如汽车飞机等1。由于这些氮氧化物会对大气和人类的生活和身体产生严重的影响和危害,国外的一些学者早早地就开始研究物体燃烧排放NOX的进程与控制燃烧后NOX的产生量。而我国国内的工业快速发展使得国内工业烟气排放量远大于国外从而导致NOX的排放量也比国外大得多。氮氧化物(NO
9、X)不仅会破坏臭氧层而且还会引起硝酸型酸雨与光化学烟雾2-3。我国的烟气脱硝治理已经迫不容缓了。烟气脱硝是处理燃烧后烟气中生成的氮氧化物的一种方法。烟气脱硝控制技术可以大抵分为首要和次要技术。主要控制技术改变现有的燃烧方法以限制NOx的生产,其包括各种物理和化学方法,而次级NOx控制技术涉及使用化学还原剂如氨或尿素来对烟道气中的NOx进行化学还原4。另外,建议进行广泛的研究和开发工作,以改良现有的控制及消除NOx的技术。第1章 烟气脱硝技术方法烟气脱硝技术有选择性催化还原法、选择性非催化还原法、液体吸收法、催化分解法、吸附法、微生物法、等离子体治理技术、氧化法等几类。1.1选择性催化还原法(S
10、CR)选择性催化还原是在氧气的存在下,还原剂先与废气中的NO反应的催化过程。SCR是现在仅有的能在氧化氛围下脱除NO的使用方法。SCR的脱硝剂主要有三种,分为尿素、氨水和液氨。尿素安全方便但是所需的经济费用却是最高。氨水好运输但是费用也不便宜,而液氨除了储存条件不方便外其他各方面都很优异5-6。影响SCR脱硝效率高低的因素主要是催化剂、反应温度、氧含量和氨的逸出浓度7。其主要反应式如下:4NO+4NH3+O24N2+6H2O (1-1)2NO2+4NH3+O22N2+6H2O (1-2)6NO+4NH35N2+6H2O (1-3)6NO2+8NH37N2+12H2O (1-4)在V2O5-Ti
11、O2作为催化剂的催化下用NH3作还原剂来减少固定位置所排放出来的NO。选择性指的是还原剂不与烟气中的O2发生反应,而是与NOX反应生成水和N28。在SCR技术中比较能广泛应用在各行各业的是低温SCR技术,而抑制低温SCR技术的推广原因还是催化剂与催化剂载体,并且还要进行试验研究以确定水蒸气在低温下对催化剂的影响以及其他参数的变化情况9。图1.1 NH3-SCR技术选择性催化还原反应原理图(引用于文献6)1.2选择性非催化还原法(SNCR)比拟于SCR,SNCR由于没有催化剂的帮助所以其反应温度要高达9001200。这使得在反应进行的同时温度也要控制的刚好,以免将氨氧化为氮氧化物。SNCR在没有
12、催化剂催化的状态下加入NH3或尿素等还原剂从而产生还原反应。由于SNCR反应温度较高,所以SNCR适用不完全再生且NOX含量较低的催化裂化装置10。SNCR在实际应用中已经有了广泛的应用,这要得益于该技术不需要催化剂、安装成本低、适应性广等优点11。其反应方程式为:NH3为还原剂 (1-5)尿素为还原剂2(NH2)2CO+2NO2+O23N2+2CO2+4H2O (1-6)2(NH2)2CO+4NO+O24N2+2CO2+4H2O (1-7)若温度过高,NH3则被氧化成NO,其化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O (1-8)1.3液体吸收法液体吸取NOX的方式有许多,利用也很普遍。水、
13、稀硝酸、浓硫酸、碱溶液都可以吸取NOX,而NO基本上不溶于水和碱溶液所以能在相关的吸收方式上再接上吸收还原、氧化吸收和综合吸收等来增加NO的净化效力。液体吸收法有其相应的优缺点,优点在于工艺与设备简单,投资少,通常还能回收NOX用来制备亚硝酸盐或硝酸盐产品以及对烟气中NOX的浓度适应性强,而缺点是显而易见的,氮氧化物的净化效果不好12-13。在上述的几种液体中,就属碱溶液的吸收结果最佳。由钠、钾、镁、铵等离子的氢氧化物或弱酸盐溶液制备而成的碱液与NOX作用产生亚硝酸盐或硝酸盐。在用液体吸收法时对NO/NO2的比例有一定的要求,而且吸收效率不高会导致有时无法达到排放要求,因此碱液吸收法需要进行进
14、一步的研究,以符合现在烟气脱硝的要求。1.4催化分解法因为NO分化为N2和O2的反应活化能高达364KJ/mol,是以必须选择合适的催化剂来下降活化能,如此才能实现分解反应。而现知的催化剂主要有贵金属、金属氧化物、钙钛矿型复合氧化物和金属离子交换的分子筛等。随着对该反应催化剂研究的深入相信在不久的将来该方法会成为费用低且方法简单的脱硝方法。1.5吸附法吸附法的道理是采用吸附剂对NOX的吸附来下降NOX的排放量。周期性的转变操作温度与压力可以节制NOX的吸附与解吸,使得NOX从烟气中剥离出来,这类技术属于干法脱硝技术。由于吸附材料的区别可分为氧化铜(CuO)法、NOXSO法、炭质材料法等14。由
15、于再生方法的不同吸附法可分为变温吸附法和变压吸附法。吸附法的优缺点相当的明显,缺点是:吸附量小、吸附剂耗量大、费用高等,优点是:设别简单、操作方便、净化效率高15。1.6微生物法在外加碳源的条件下,相宜的脱氮菌采用NOX作为氮源,将NOX还原为N2,而脱氮菌则由此取得氮源生长繁殖,这便是微生物法烟气脱硝。微生物法的处置装配主要有生物过滤塔、生物转鼓、生物滴滤塔、生物洗涤塔等。要提升微生物法对NOX的净化率可以提高单位体积内微生物浓度以及控制其PH、湿度、温度来达到最好的状态。该方法在能耗和设备上都相对较低,而且脱硝效率高没有二次污染,但是就目前微生物法的研究现状来看,还是无法广泛应用到工业上1
16、6。1.7等离子体治理技术等离子体是含有大量电子、离子、分子、中性原子、激发态原子、光子和自由基等构成的物质的第四种形态。其总正负电荷数相等宏观上呈电中性,但具备导电和受电磁影响的特点,表现出很高的化学活性。等离子体可通过高压脉冲放电在常温常压下获得。等离子中的各种高能电子和活性粒子可与烟气中的有害或无害物质发生反应,在极短时间内去除NOX使其净化效率达到80左右。等离子脱硝技术相比较其他脱硝工艺来说有很大的优点,例如不会有第二污染物产生,而且占地面积小同时可以消除烟气中大部分的污染物。但是没有在实际应用中大量应用的原因是等离子本身消耗的能量过高,不能大量推广17。1.8氧化法氧化法是运用各类
17、氧化剂如:臭氧、次氯酸钠、亚氯酸钠、双氧水等将烟气中的NOX氧化成N2O5,然后N2O5溶于水生成HNO3,HNO3再与NaOH反应从而达到脱硝的目的。在这些氧化剂中运用最为广泛的是O3。臭氧氧化法需要先将排放出来的烟气降低到100左右,再将O3通入其中与氮氧化物反应再用碱性溶液吸收,这样就达到脱硝的目的18。这几种现有的烟气脱硝技术各自有相应的优缺点以及在应用方向上的不同,现归纳如下,见表1.1。表1.1烟气脱硝技术比较烟气脱硝技术优点缺点适用性脱硝效率SCR法脱硝高效稳定受烟气成分影响大;催化剂昂贵;催化剂需要更换对烟气温度有一定要求80以上SNCR法操作简单;还原剂安全易得受烟气影响大,
18、脱硝效率不稳定;还原剂容易造成烟道腐蚀和堵塞;容易造成二次污染使用高温烟气;可根据烟气浓度调整操作参数2550液体吸收法操作简单;能耗低吸收溶剂消耗量大对烟气中氮氧化物适应性强80以上催化分解法工艺简单;经济性好催化剂种类少,易中毒烟气中含尘量较少90以上吸附法工艺简单效率高;吸附后产物可富集利用解吸附/再生过程复杂比较适合低浓度,气量小的烟气微生物法无二次污染受脱氮菌生长条件影响烟气量小,温度不能过高80以上等离子体法占地面积小;能去除烟气中大部分污染物等离子体本身能量过高适合含有不同污染物的烟气80左右氧化法氧化剂易寻找;操作简单烟气中所含成分不能过于复杂温度不宜过高80以上第2章 脱硝技
19、术在实际中的应用2.1脱硝技术的应用方向各类脱硝技术方式在现实的应用上的选择也各不相同。在工业烟气的脱硝上主要运用在以下几个方面:燃煤电厂、水泥厂、硝酸工业、钢铁行业等。根据不同的行业的不同特点选择相对经济实用的脱硝技术是很有必要的。脱硝工艺的实际应用要考虑到这些方面:脱硝剂的来源要可靠、设备运行可靠、技术成熟、运行费用不得过高等19。2.1.1燃煤电厂作为发展中国家,我国的电力来源首要来自燃煤发电。而燃煤造成的环境污染已经日趋严重,而在各种污染物中氮氧化物是一个不容忽视的存在,因此要研究各种烟气脱硝方法,用来保护环境20。通过燃煤来发电的模式会导致有大量的由煤炭燃烧引发的氮氧化物)(NOX)
20、、二氧化硫(SO2)以及大量的灰尘。在没有新能源的介入下,煤作为现阶段使用量最大的化石能源在燃烧后产生的氮氧化物能占到NOX排放比例的67以上21。脱硝技术在燃煤电厂上的应用受到催化剂和接触时间的影响22。目前情况,国内对于燃煤放出的SO2进行了控制,但是对NOX的排放控制还不够。若不再采取相关措施,氮氧化物的排放会成为又一困扰环境的巨大问题23。2.1.2水泥厂水泥厂在制造水泥的过程中会带来许多的环境污染,而在氮氧化物的排放上,已经成为第三名,仅次于燃煤电厂与汽车尾气的排放24。2.1.3硝酸工业在制备硝酸的产业中会有氮氧化物的生成,主要包括NO2和NO。这些气体的逃脱会对大气造成一定程度上
21、的破坏而且也使得在硝酸的制备中的氨耗增加,是成本消耗加大。因此,在对硝酸制备的尾气进行脱硝处理是很有必要的,不仅能保护环境而且还可以减少成本的投入,一举两得。在制备硝酸的工业生产中排放的工业尾气的主要污染物为氮氧化物。治理这种尾气的方法主要为选择性催化还原法(SCR),添加还原剂使NOX转化为N2,以及化学吸附法,将工业烟气中的NOX直接转化为NO3或NO2,然后回收25。2.1.4玻璃工业在制作玻璃的过程中需要远高于水泥厂的燃烧温度,因此在排放出的氮氧化物的量非常大,高达数千毫克每标立方。依据玻璃窑的特点来选择的烟气脱硝技术要具有以下几点要求:粉尘的适应性、碱性氧化物的影响、脱硝效率要求以及
22、对窑内温度、风量和压力的影响26。而对烟气的脱硝工艺选择上主要是SCR和SNCR这两种,而SNCR工艺中向玻璃窑中添加氨会影响到玻璃的质量,因此,玻璃制备行业主要使用的是SCR烟气脱硝技术27。图2.1 平板玻璃工业窑炉SCR脱硝中试系统设计图(引用于文献27)2.2选择性催化还原法(SCR)2.2.1催化剂在SCR脱硝技术中最为主要的就是催化剂。在高温催化剂中主要有以下几类:分子筛类催化剂、金属氧化物类催化剂、钛锆复合氧化物类催化剂等28-29。在现代工业的应用中,催化剂要求要具有耐硫抗水、在比较低的温度下能保持活性以及对N2的选择性30-31。具有抵抗烟气中其他物质引起中毒的性能、压力损失
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