湿法同时脱硫脱硝工艺中脱硝吸收剂的研究现状

摘要:综述了目前国内外开发的湿法烟气脱硫、脱硝一体化技术中对脱硝吸收剂的研究现状,主要介绍了亚氯酸钠、过氧化氢、高锰酸钾、亚铁络合物、钴络合物以及尿素、亚硫酸铵。分析了各种吸收剂的优缺点,并对湿法脱硝吸收剂的应用前景进行了展望。

关键词:湿法烟气脱硫,脱硝,吸收剂

烟气脱硫、脱氮是控制煤燃烧产物SO2 和NOx 的重要方法之一,基于目前我国湿法烟气脱硫技术广泛应用的现状,开发与湿法脱硫相结合的湿法协同脱硝技术具有广阔的工业应用前景[ 1 ] 。由于烟气中95%的NOx 是以溶解度很低的NO形式存在, 所以在湿法吸收过程中如何提高NOx 的氧化度,是湿法同时脱硫、脱硝技术的关键。目前,根据对NO 的处理方式不同,可将烟气脱硝吸收反应主要分为氧化吸收、络合吸收及还原吸收三类。

1　氧化吸收

氧化吸收首先将NO 氧化成NO2 , 从而提高 NOx 的氧化度,再用碱液吸收。目前研究较多的强氧化剂有NaClO2、ClO2、HClO3、KMnO4 等[ 2 - 3 ] 。

1. 1　亚氯酸钠

NaClO2 为白色晶体或结晶状粉末,具有很强的氧化性。在国外,NaClO2 常常被用来与酸或碱共同去除NOx ,通常的做法是在净化系统中加入碱性吸收液以去除NO和NO2。

NaClO2 溶液湿法脱除NOx 的反应比较复杂,许多学者认为这个反应是气膜控制的吸收氧化反应, NOx 要通过N2O3 和N2O4 的水解而被吸收。NO可以在水溶液中被NaClO2 氧化。在该反应过程中, NO被氧化成NO- 3 ,而ClO- 2 转化为Cl- 、ClO- 。推测碱性溶液中的反应式如下[ 4 ] :

对NaClO2 脱硝的研究目前主要是针对不同浓度的NaClO2、NaOH混合溶液对NO的吸收率,也有研究者用NaClO2 进行了同时脱硫、脱硝试验。

研究表明[ 5 ] ,加大NaClO2 浓度能提高NOx 的去除率,其中大约14%的去除率来自于水, 80%来自NaClO2 溶液的吸收。加入低浓度的NaOH溶液即可提高对NOx 的吸收率。常规FGD 系统的pH 值一般控制在5～6之间, Adewuyi[ 6 ]等在吸收液中添加Na2HPO4 和K2HPO4 缓冲溶液,将吸收液的pH 值提高到6～7,从而达到最佳的脱硝效率。

NaClO2 同时脱硫、脱硝工艺对SO2 和NOx 的脱除率均较高,能与湿法脱硫工艺有效地结合起来,简单易行。但是,此工艺也存在一些问题:烟气中SO2 和NOx 的含量不同对两者脱除率有很大影响,会降低脱硝效率;在严格的操作条件下,各种影响因素对待处理烟气的要求也较高;生成物复杂,不易进行二次利用,处理过程中容易产生二次污染,生成有毒气体,腐蚀设备。

1. 2　过氧化氢

在酸性条件下, H2 O2 具有较强的氧化性,可将 NO氧化成NO2 和水,氧化电位为+ 1. 77V。

David Gray等[ 7 ]的研究结果表明,同相反应速率较慢,若采用较高浓度的H2O2 溶液且利用微粒的表面作接触面,可以促进氧化反应的进行。佛罗里达大学研究了将H2 O2 喷射到烟气流中,与后面典型湿式洗涤器联合脱除NOx 的工艺。Jordan M. Haywood[ 8 ]对此工艺进行的经济可行性分析表明, H2 O2 /NO摩尔比是工艺经济性的关键因素,在摩尔比为1. 37时, H2 O2 喷射工艺作为SCR法的替代工艺具有经济可行性。

H2 O2 氧化无副产物,但其本身不稳定,易分解, 在加热或搅拌作用下,分解速度加快。叶向高[ 9 ]研究了20 ℃、101. 325 kPa条件下, 1. 5% ～5. 0%H2 O2 溶液的分解特性,结果表明: H2 O2 浓度越高,分解的绝对量越大,酸度愈强对抑制H2 O2 的分解愈有益; 每天连续搅拌4 h的H2 O2 分解速度与自然分解一天的速度相差不多。为了减少H2 O2 的分解,可在吸收液中加入适量的稳定剂。