臭氧脫硝技術(shù)原理和影響因素

1.臭氧脫硝原理

        臭氧作為強氧化劑被氮氧化物還原的反應(yīng)物是氧氣，所以是一種清潔環(huán)保無二次污染的脫硝劑。NO 本身難溶于水，而臭氧可以將其氧化成易溶于水的NO2、N2O3、N2O5 等高價氮氧化物，再通過堿性溶液將煙氣中的SO2 吸收，達(dá)到同時脫硫脫硝的目的[4]。研究證明，O3 可以快速有效地將NO 氧化到高價態(tài)并且氧化過程一般在瞬間即可完成[5]。

       在高溫條件下O3 與NO 的化學(xué)反應(yīng)機理較為復(fù)雜，但可通過低溫條件下反應(yīng)過程進(jìn)行研究：

NO ＋ O3 → NO2 ＋ O2 （1）

NO2 ＋ O3 → NO3 ＋ O2 （2）

NO2 ＋ NO3 → N2O5 （3）

MNO ＋ O → NO2 （4）

NO2 ＋ O → NO3 （5）

       電子束法和脈沖電暈法雖然能夠產(chǎn)生強氧化劑，如·OH、·HO2 等自由基，但由于實際工況環(huán)境惡劣（煙氣溫度高且含有多種污染物），導(dǎo)致自由基存活壽命短并且耗電量高不經(jīng)濟；而O3 存活持續(xù)時間長，采用高壓電離法制備O3 可顯著降低生產(chǎn)成本[6]。

2.臭氧脫硝技術(shù)優(yōu)勢

       浙江大學(xué)王智化等學(xué)者使用臭氧在典型煙氣溫度下對其中的NOx 和硫化物同時進(jìn)行氧化處理，結(jié)果表明，O3 對NOx 的脫除率可達(dá)84%，如果在處理過程中使用濕法洗滌，可以完全去除硫化物。如果通入過量的O3，多余的O3 可在洗滌器內(nèi)除去，不存在類似選擇性催化還原法（SCR）中O3 的泄漏問題并且SO2 和CO 的存在不影響NO 的去除[7]。在煙道中選取合適位置噴入O3 即可完成反應(yīng)，并通過現(xiàn)有濕法煙氣脫硫（WFGD）系統(tǒng)去除反應(yīng)生成的NOx，不需要新建SCR 反應(yīng)器，節(jié)省大量投資；無氨逃逸、空預(yù)器堵塞等問題發(fā)生。常規(guī)WFGD中，煙氣經(jīng)過噴淋和洗滌后SO2 含量明顯降低，剩余的O3 將亞硝酸根離子、亞硫酸根離子和羥銨磺酸鹽化合物很終氧化為HNO3 和H2SO4。研究表明采用O3 氧化與尾部噴淋的處理工藝可以同時實現(xiàn)NOx 和SO2 的凈化，從而達(dá)到一站式脫硫脫硝的目的[8-9]。近年來臭氧制備工藝也逐漸成熟，一次投資成本及后續(xù)運行費用均大幅降低。高壓放電式、紫外線照射式、電解式是常見的臭氧制備方式。工業(yè)上很常見的制備方式是以工業(yè)純氧為原材料采用高壓電離的工藝，該工藝具有設(shè)備運行穩(wěn)定可靠，全套裝置體積緊湊占地小，自動化程度高等優(yōu)點。

       因此臭氧脫硝具有工程改造量小、脫硝效率高和一次投資成本低等優(yōu)點，在廢氣處理后期改造方面具有巨大優(yōu)勢。

 

3.臭氧脫硝效果影響因素

       O3 與NO 的分子摩爾數(shù)比值是衡量反應(yīng)中二者相對量的重要指標(biāo)，并直接影響氧化反應(yīng)的進(jìn)行程度。研究表明，二者的分子摩爾數(shù)數(shù)比值與NO的脫除率呈正比例關(guān)系。根據(jù)NO 被氧化的化學(xué)反應(yīng)方程式，二者發(fā)生完全反應(yīng)的理論摩爾比值為1。但在實際的煙氣中還存在其他物質(zhì)，例如H2S、SO2、NO2 等，這些組分都會對反應(yīng)形成干擾，導(dǎo)致其他副反應(yīng)的發(fā)生[10]。

 

       整套裝置的運行效果會受到氧化還原反應(yīng)總時間的直接影響，而由于O3 的存在時間又會影響氧化還原反應(yīng)的總時間，因而研究O3 對環(huán)境溫度（特別是典型煙氣溫度）的熱分解特性以及在各溫度下的生存時間具有重要意義。有學(xué)者特別研究了O3的熱分解特性，O3 所處溫度不同其分解速度有很大不同。當(dāng)O3 處在150℃的環(huán)境溫度時，其穩(wěn)定性較好、生存時間長。當(dāng)環(huán)境溫度繼續(xù)升高時，其分解速度明顯加快，此項研究表明O3 的很高生存溫度大約在200℃，考慮到石化行業(yè)典型廢氣溫度一般不會高于150℃，因此只要恰當(dāng)把握O3 加入的位置，一般不會發(fā)生O3 分解的情況。