煤炭作為主要能源物，其燃燒過程排放的SO2、 NOx等污染物的總量很大，會造成嚴(yán)重的大氣污染，危害人類健康。對SO2的控制，目前較為成熟的技術(shù)是石灰石—石膏法，脫除效率可達(dá)95%以上。此外還有爐內(nèi)噴鈣脫硫、電子束法脫硫等技術(shù)。對NOx的控制分為兩類，一類是控制燃煤過程中NOx的生成，主要有低氧燃燒法、兩段燃燒法和煙氣再循環(huán)法等。另一類是通過物理化學(xué)方法進行脫除，主要有催化、吸收、吸附、放電等。其中廣泛應(yīng)用的是選擇性催化還原法(SCR)，脫除效率達(dá)90%以上。
1、臭氧脫硝機理
臭氧的氧化能力極強，從下表可知，臭氧的氧化還原電位僅次于氟，比過氧化氫、高錳酸鉀等都高。此外，臭氧的反應(yīng)產(chǎn)物是氧氣，所以它是一種高效清潔的強氧化劑。
臭氧脫硝的原理在于臭氧可以將難溶于水的NO氧化成易溶于水的NO2、N2O3、N2O5等高價態(tài)氮氧化物。天潔公司對臭氧同時脫硫脫硝過程中NO的氧化機理進行了研究，構(gòu)建出O3與NOX之間65步詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)機理，該機理比較復(fù)雜。在實際試驗中，可根據(jù)低溫條件下臭氧與NO的關(guān)鍵反應(yīng)進行研究。
低溫條件下，O3與NO之間的關(guān)鍵反應(yīng)如下：
NO+O3→NO2+O2 (1)
NO2+O3→NO3+O2 (2)
NO3+NO2→N2O5 (3)
NO+O+M→NO2+M (4)
NO2+O→NO3 (5)
2、臭氧同時脫硫脫硝的主要影響因素
利用臭氧同時脫硫脫硝的影響因素主要有摩爾比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、吸收液性質(zhì)等，這些因素對脫硝和脫硫效率都有不同程度的影響。
2.1 摩爾比
摩爾比(O3/NO)是指O3與NO之間摩爾數(shù)的比值，它反映了臭氧量相對于一氧化氮量的高低。NO的氧化率隨O3/NO的升高直線上升。目前已有的研究中，在 0.9≤O3/NO<1的情況下，脫硝率可達(dá)到85%以上，有的甚至幾乎達(dá)到100%。根據(jù)式(1)可見，O3與NO完全反應(yīng)的摩爾比理論值為1，但在實際中，由于其他物質(zhì)的干擾，可發(fā)生一系列其他反應(yīng)，如式(2)～(5)，使得O3不能100%與NO進行反應(yīng)。
2.2 溫度
由于臭氧的生存周期關(guān)系到脫硫脫硝效率的高低，所以考察臭氧對溫度的敏感性具有重要意義。王智化等人在對臭氧的熱分解特性的研究中得出在150℃的低溫條件下，臭氧的分解率不高，但隨著溫度增加到250℃甚至更高時，臭氧分解速度明顯加快。Zhihua Wang等人也得出在25℃時臭氧的分解率只有0.5%，當(dāng)溫度高于 200℃時，分解率顯著增加。這些結(jié)果對研究臭氧在煙氣中的生存時間及氧化反應(yīng)時間具有重要意義。
2.3 反應(yīng)時間
臭氧在煙氣中的停留時間只要能夠保證氧化反應(yīng)的完成即可，在ISHWAR K. PURI的研究中，反應(yīng)時間在1～104s之間對反應(yīng)器出口的NO摩爾數(shù)沒有什么影響，而且增加停留時間并不能增大NO的脫除率。這主要是因為關(guān)鍵反應(yīng)的反應(yīng) |
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