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静态污染源中NO_x和SO_x的催化净化技术
作者:管理员    发布于:2016-12-12 10:39:57    文字:【】【】【

  工业生产,特别是化学工业、石油炼制工业、动力生产工业和交通运输业与环境问题有着密切的关系。地球环境(大气、土壤和水源)己受到严重污染,必须加强治理,这一点己成为各国政府、社会民众和生产企业的共识。而且许多有远见的公司正在致力于使生产过程变得更清洁、更安全和更有效。

  一般可将污染源分为动态污染源和静态污染源。动态污染源主要是指交通运输业;而静态污染源包括各类工业生产过程、动力生产过程、废物焚化过程和民用燃烧过程。这些过程会产生烃放。其中温室气体(例如CO2、N2O和CH4等)会引起变暧,而NOx、SOx和NH3的排放会导致环境酸化。环境中的NOx与烃类作用会产生光化学烟雾,而NOx和SOx又是产生酸雨的直接污染物。

  从20世纪80年代开始,国际社会呼吁应从各类静态污染源(例如工业锅炉、动力厂、废物和生物质焚化炉和气化炉、发动机和燃气涡轮机)的尾气中脱除NOx和SOx.日本是个开展这项工作的国家,采用选择性催化还原技术(SCR)脱除燃气、燃煤和燃油发电厂尾气中的NOx.日本的公用事业公司早在1972年就提出SCR过程。现在许多国家都在利用SCR技术,而德国和日本是这一领域的先导国家。

  本文重点论述处理静态污染源中NOx和SOx的一些新催化概念和相应的技术发展。

  1NO的分解在实际的燃烧系统中,由于大气中氮的高温固定作用和燃料中含氮化合物的氧化作用可形成氮氧化物。它们可分别称为热力作用的NOx和原于燃料的NOx.根据热力学分析,NO在非常高的温度下是一种不稳定的化合物。然而,分解速率是非常低的,因此必须使用催化剂。为了寻找适宜于分解反应的催化剂,许多学者己进行了大量的实验研究。然而,实验发现大多数类型的催化剂是不能抗氧中毒的。例如研究得较多的Cu-ZSM-5、Pt/Al2O3及一些非负载的氧化物,如:C3O4、CuO、NiO、Fe2O3等,都存在这样的问题。

  Yang和Chm采用杂多化合物H3PW12O40"6H2O通过两步法研究NO的分解。因为NO在烟道气中的含量非常低,而且分解速率很低,首先在423K下使NO浓缩在吸附剂上。NOx被化学吸附,形成硝酸盐和亚硝酸盐。饱和后,NOx在催化剂中的分压是1MPa催化剂在水的存在下被迅速加热到723K的温度,发生分解反应,生成N2.CO2和SO2不会影响反应速率。

  以由两步过程分解:。吸收反应是:杂多化合物保持不变化,而H2O被NO交换。在快速加热后,分解反应发生:在后一个反应中,失去3个氧原子。作者在他们的文章中称,氧的作用仍然是不清楚的。

  2选择性催化还原(SCR)与非催化还原(NCR)技术121 SCR技术是加入氨为还原剂,使NO通过以铂、钯、钛等贵金属为组份的催化剂层,与氨反应生成N2而得到去除。反应的温度一般为300 ~400C,脱氮率可达85 ~90欧洲和日本己采用SCR技术进行NOx控制。

  氧化钛和氧化钛/氧化硅负载的氧化钒、氧化钼、氧化钨和氧化铬都可被用作SCR催化剂。目前己开发出低温型和高温型催化剂。其中氧化钒/氧化钛催化剂受到了高度重视。

  在研究和实际应用中,己使用过多种还原剂,如CH4、CO、H2和NH3.其中氨在选择性催化还原中被广泛地用作还原剂。

  目前,欧美、日本等在发电厂、废物焚化炉和燃气涡轮机中己应用了SCR技术。

  由燃煤锅炉产生的烟道气与氨一起通入SCR反应器。催化SCR反应器通常放置在废热锅炉和空气预热器之间(见)。烟道气通过热交换器和脱硫装置后,送到烟囱排放。以这种方式使用的SCR催化剂是所谓高灰尘模式。这意味着催化剂抗磨损的能力应该是非常高的。这是采用氧化钛作载体的原因之一。

  表1各种反应的反应热(673K序号反应-在高选择性负载型氧化钒催化剂上的总反应式可以由化学计量式描述:如果烟道气含有较多的NO则个反应占优势,氨的活性很高,而且在氧的存在下会提高反应速率,所以NH3是优先选择的还原剂。除了这个主反应外,其他的反应也是可行的。表1中列出了各种可能发生的反应。

  DeNOX工艺,反应温度为870~1200°C,反应过程中喷入氨(NH3),应用于燃煤和燃油电站锅炉时,脱氮率可达40~60;第二种是美国燃烧技术公司(NFT)的脱氮技术反应温度为900 ~1000反应过程中需喷入尿素,尿素溶液可直接喷入锅炉炉膛,若同时喷石灰水还可进行脱硫,该技术目前在美国和欧洲己得到商业应用,脱氮率达35~70;第三种是二级DeNOx技术,反应过程中喷入尿素和甲醇,该系统的台反应装置用于城市垃圾焚烧炉上,获得65~ 80的脱氮率。

  3同时处理NOx和SOx的NOXSO技术O‘Sullivan等人所属的公司在同时的配-空气器通石酿除厉1Elecfro也PublishingN°XSO技术脱器和盟,方案是采用一种i.net处理NOx和SOx的技术开发方面进行了一系列卓有成效的开创性工作。其中一种称为NOXSO的技术在净化理论和技术方法上都很有新意碳素技术,1999,4:的催化剂结构设计及应用丨。科学通报,1999,(上接第46页)

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