氮氧化物(NOx)脱除技术的研究进展

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(河南省化工研究所有限责任公司，河南 郑州 450052)

氮氧化物(NOx)脱除技术的研究进展

黄蓓，许芳

(河南省化工研究所有限责任公司，河南 郑州 450052)

NOX(氮氧化物)是大气的主要污染物之一，本文主要介绍了氮氧化物的来源、产生的机理及造成的危害，并对生产生活中脱除此类氮氧化物的技术方法进行了总结。

氮氧化物；烟气脱硝

0 前言

随着现代工业生产和人民生活水平的不断提高，环境污染已作为一个世界范围内的问题被提出来，其中与人们日常生活息息相关的大气污染是关注的焦点之一。氮氧化物(NOx)，大气污染中的一大类，包括NO、NO2、N2O、N2O5、N2O3、NO3、N2O4等，其中N2O5、N2O3、NO3、N2O4这四种气体在常温常压条件下不稳定，会很快分解成NO和NO2；N2O是一种无色的惰性气体，俗称“笑气”，是底层大气中含量较高的氮氧化物，是导致温室效应的气体之一，当其进入大气层后会转化为NO，进而破坏臭氧层。因此，通常所称的污染大气的NOx主要是以NO和NO2这两种气体为主[1]。

NOx是煤炭燃烧和汽车尾气排放的烟气的主要污染物，也是导致酸雨的“酸性气体”。特别是近年来随着对NOx的深入研究，发现此类物质在光照下会发生光化学反应，形成光化学烟雾，从而对大气中的臭氧、人体健康造成严重的影响，其危害性正逐渐被人们所认识[2]。

如何控制NOx类物质的排放，对生产生活中生成的氮氧化物进行处理使其达到安全的排放标准，从而不会对大气环境和人的身体健康造成严重的影响，就成了环境科学家、化学家和工业生产企业研究的重点。

1 NOx的来源与形成方式

1.1 NOx的来源

大气中的NOx形成主要来源于两方面：一方面是自然界在维持自身运行过程中产生的，如生物生长中的固氮菌、雷雨天气引起的化学反应等；另一方面就是人类在生产生活过程中排放的，其中在高能耗的玻璃、钢铁、水泥等加工行业等所用的燃料燃烧后排放的NOx占比例较大。近年来随着汽车工业的逐步发展，汽车尾气排放的NOx所占的比例也在逐渐增加。

1.2烟气中NOx形成的方式

烟气中的NOx其中的氮主要来自于燃料和空气，氧则主要来源于空气。高温下氮氧化物(NO、NO2、N2O等)各自的稳定性是不同的，如NO在1 100 ℃以上是稳定的，所以在高温窑炉中产生的NOx以NO为主要成分，同时，当氧气不足时也易形成NO。因此，NO的形成速率主要由燃烧区域的氧和氮的浓度及最高温度所决定，与燃料的其他性质无关。而NO2的产生主要来自于NO进一步的氧化。NO与NO2在室温条件下又可以可逆的转化为N2O3[3-4]。

烟气中NOx的形成主要有以下三种方式：①热力型。高温下空气中的氮和氧反应形成氮氧化物；②燃料型。高温下把燃料中的含氮物质氧化成氮氧化物；③快速型。高温下空气中的氮气与燃料中碳氢化物反应形成氮氧化物。

2 NOx的脱除(即脱硝)

NOx的脱除可分为两个阶段：①燃烧过程中的控制，减少NOx的生成进而减少其排放；②燃烧后的脱除，通过对生成的NOx进行物理化学方法将其转变为可被吸收除去的物质。

2.1燃烧过程中的控制

2.1.1 低NOx燃烧器

其原理是在主燃区形成富燃料燃烧，形成还原性气氛，二次风采用分级送入。这样既保证了燃料能充分燃烧，同时大大降低了NOx的生成，此法可以脱除或者减少60%左右的NOx排放。

2.1.2 烟气再循环

将锅炉尾部温度较低的烟气分离出来，送入燃烧区域或与空气混合后再送入炉内。这样做一方面降低了炉内温度，另一方面降低了燃烧区内氧气的浓度，这都限制了NOx的生成，但此法的脱除效率并不高，只能达到25%左右。

2.1.3 分级燃烧

将空气分级送入炉内燃烧，通过减少主燃烧区的配风来控制主燃烧区内NOx的生成。同时由于在通入配风前的主燃烧区域处于还原气氛中燃烧，延长燃料在该区域的时间，也可以促进NOx的分解。

2.1.4 水或蒸汽喷射

这种方法主要原理就是降低主燃烧区域的温度，进而降低NOx特别是NO的的生成。

2.2燃烧后脱除NOx

目前，对燃烧后生成的氮氧化物的脱除主要有以下两种方法：

2.2.1 湿法脱除

将难溶于水的NO利用氧化法将其氧化成NO2，然后利用溶液吸收法进行回收处理。其中酸、碱液吸收法、还原吸收法、液相配位法、氧化吸收法等是几种较为常用的方法，但是此类方法由于技术和设备条件的限制总的脱除效率只能达到40%～60%。近年来，随着各国学者对湿法脱硝的研究，新的技术方法也被应用到此过程中，如杂多酸法、生物法等[5]，但NOx的脱除效果并没有明显的改善。

2.2.2干法脱除

主要包括催化还原法和非催化还原法两种[6]。

催化还原法是在催化剂作用下NOx被还原剂(氨或烃)还原成N2和H2O。催化还原法中依据还原剂是否与烟气中的氧气发生反应，又分为如下两种催化还原模式：不与烟气中的氧发生反应的称为选择性催化还原(SCR)，反之则为非选择性催化还原(NSCR)。

非催化还原法中的选择性非催化还原法(SNCR)是一种不添加催化剂而直接利用NH3、尿素等作为还原剂与烟气中的NOx反应，将其还原成N2和H2O过程 。

4N2+2CO2+4H2O

比较选择性催化还原(SCR)、非选择性催化还原(NSCR)及选择性非催化还原(SNCR)法后，发现他们都有各自的应用优点，但是自身的缺点也比较明显。如选择性催化还原(SCR)和非选择性催化还原(NSCR)，该法具有净化率高，工艺设备成熟，运行安全可靠，不会造成二次污染等特点。此外，在选择性催化还原(SCR法)下通过应用不同的催化剂也可以在不同的温度条件下实现对NOx的脱除，脱除效率可达70%～90%，但是此法的一个显著的不足就是催化剂相对比较昂贵，而且在应用过程中也容易被毒化，进而导致催化剂失效。而选择性非催化还原(SNCR)是通过直接利用还原剂在高温条件下对NOx还原，不使用催化剂，这样虽然避免了催化还原法的缺点，但是也引入了另外的问题，如反应温度高，还原剂用量大，脱除NOx效果不好，其脱除率只有50%～60%，而且也容易导致二次污染。

因此，近年来又发展了一种将选择性非催化还原和选择性催化还原联合起来脱除NOx的工艺(SNCR-SCR工艺)。在该工艺中非催化还原时过量的还原剂，可以直接应用到下一步的催化还原中而不需要再额外的补加还原剂，同时经过两次还原后脱除NOx的效率大大提高，脱除效率可达90%。

3 结论及展望

传统的干、湿法脱除NOx技术及其在此基础上的各种改进方法仍然是脱硝的主要手段，两种方法都有各自的优缺点。湿法脱除NOx技术的优点是显而易见的，如工艺设备要求简单、操作温度低、能耗少、处理的其他废弃物的费用低等，其主要不足是由于系统比较复杂，耗费成本较高，导致工业应用受到限制。相对湿法，干法的优点是所有的操作在高温下进行，没有废水的生成，同时生成的烟气也不需要再次加热；而干法脱除NOx的缺点就是整个系统的运行成本较高，还原剂氨易泄漏，催化剂易失活等，这些因素也都限制了干法脱除NOx技术在工业上面的应用和推广。

因此，新技术、新工艺的研究开发，对现有脱除氮氧化物(NOx)技术的不断完善与改进，将是化工行业不断追求的目标之一。

[1]杨 楠，王 雪. 氮氧化物污染及防治[J].环境保护与循环经济，2010(11)：63-67.

[2]李雪飞，张文辉，杜铭华.干法烟气脱硝综述[J].洁净煤技术，2006(3)：43-46.

[3]孙洪民，曲道志.烟气脱硝技术发展综述[J].锅炉制造，2013(4)：30-33.

[4]童志权，莫建红.催化氧化法去除烟气中NOx的研究进展[J].化工环保，2007，27(3)，193-199.

[5]印建朴，熊源泉.湿法烟气脱除NOx的研究进展[J].能源研究与利用，2008(4)：6-9.

[6]原长海，阚中华，陈 嵘.干法烟气脱硝技术的研究进展[J].广州化工，2010，38(3)：36-38.

ResearchProgressofRemovalTechnologyofNOx

HUANGBei,XUFang

(Henan Chemical Industry Research Institute Co.Ltd,Zhengzhou 450052,China)

Nitrogen oxide is one of the main pollutants in the ambient air.In this paper,the source and mechanism of nitrogen oxide and the damage of nitrogen oxide are introduced.Meanwhile,the removal technology of nitorgen oxide from the flue gas are summarized.

nitrogen oxide;flue gas denitrification

2014-06-15

黄 蓓(1982-)，女，工程师，从事化工科研开发工作，电话：15237129810。

X511

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1003-3467(2014)09-0021-03