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氮氧化合物
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氮氧化物废气治理技术的选择

  • 在废气治理工作中选择恰当的(最优的)技术方案是一项重要的工作,是环境技术管理的重要内容,下面简要阐述需要综合考虑的几个重要内容。
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在废气治理工作中选择恰当的(最优的)技术方案是一项重要的工作,是环境技术管理的重要内容,下面简要阐述需要综合考虑的几个重要内容。

氮氧化物废气治理技术

(一)所选用的NO 治理技术必须能达标排放


《国务院关于环境保护若干问题的决定》明确规定:"自本决定发布之日起,现有排污单位超标排放污染物的,由县级以上人民政府或其委托的环境保护行政主管部门依法责令限期治理。限期治理的期限可视不同情况定为1~3年。也就是说现有污染源2000年以前必须做到达标排放。"而"投入生产或使用后不能稳定达到国家或地方规定的污染物排放标准的新项目,由县级以上环境保护行政主管部门责令其停止超标排放污染物,同时报请县级以上人民政府责令其停产整顿。”所以,选用的NO2废气治理技术首要的条件就是要能达标排放。

氮氧化物废气治理技术

(二)根据污染源的特征,因地制宜


NOx废气的固定污染源有两种类型:一是燃料燃烧源,二是工业生产过程形成的污染源。对于前者我国尚未对排放标准做出规定,而对工业生产污染源所排放的 ,在《大气污染物综合排放标准》(GB 16297-1996)中做出了明确规定如下表所示。

NOx排放标准              单位:mg/m3

污染物污染源所在行业最高允许排放浓度
现有污染源新污染源
NOx硝酸氮肥和火炸药生产17001400
硝酸使用和其他420240
备注不许向一类区域排放

在选择NO2治理技术时,要综合考虑污染源的工艺生产特点、规模,废气及NO2排放量,所在的功能区及排污去向等因素。

(三)综合效益高、费用低

选择NO2治理技术必须进行费用效益分析,能达到同等效果(或效益)的两个或多个技术方案选费用最低的;同等费用的几个技术方案,要选综合效益高的。这里所说的综合效益包括经济效益、社会效益和环境效益。

例如,某市一地区NO2超标排放是产生工业型光化学烟雾的主要因素之一。后来在治理NOx废气时选用了选择性催化还原法。这种方法没有经济效益,需要比较高的运转费用;但是,这项治理技术可以使工业污染源稳定地达到排放标准,因而可以获得好的环境效益和社会效益。

以上只是概括介绍了选择NO2废气治理技术需综合考虑的一些因素,具体进行选择时需应用层次分析法、目标决策法、费用-效益分析法等进行评价、优化。

废气治理

二、发展趋势

根据中国的实际情况对固定源NOx废气治理技术的发展趋势做一简要分析[6]。

(一)燃料燃烧源

1995年以前,我国对各类燃料燃烧排放的NO2基本上均未加控制,因而也没有实测值可以利用。在《大气污染物综合排放标准》(GB 16297-1996)、《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB 9078-1996)和《锅炉大气污染物排放标准》(GB 13271-91,92年批准)中,均未对燃烧废气中NO2最高允许排放浓度做出明确规定。《中国环境保护21世纪议程》及《国家环境保护“九五”计划和2010年远景目标》中的大气污染控制部分,对固定源燃料燃烧排放的NO2等没有提出明确的治理要求。《中国跨世纪绿色工程规划》的预期效益,也只有年消减二氧化硫约180万吨和消减烟尘排放量150万吨。综合上述情况,我国在中近期内对燃料燃烧源(主要是烧煤)采用除去NOx的排烟脱氮技术的可能性很小。

但是,随着燃料消耗量的增大,NO2排放量必然增大。1980年煤耗量只有6亿吨,1995年已达12.8亿吨,我国二氧化硫排放量达到2370万吨,而燃煤排放的NO2约达到1000万吨(按8kg/t煤估算)。NOx是我国酸雨污染日趋严重的重要因素之一,也是光化学烟雾前体污染物,燃料燃烧源排放的NOx,应引起足够的重视。根据我国的现实情况,固定源燃料燃烧排放的NO2治理技术可能有两个发展方向,一是改进燃烧过程控制NO2的排放;二是发展能同时消除NO2与SO2的治理技术。

废气治理技术

(二)工业生产源

工业生产过程排放NO2有两种类型:一是硝酸、氮肥等生产厂;二是硝酸使用和其他前者排放量大,且为连续排放;后者排放量相对较小,有些厂为间歇排放。下面分别阐述。

1.硝酸、氮肥等生产厂的NO2废气治理技术的发展趋势

(1)选择性催化还原法 这个方法用氨(NH3)作还原剂,转化率(NO2净化率)可达到90%以上,效果好,可使排放量大的工业生产源稳定达标排放。所以,近期内尚会有一定的发展。但从长远看这项技术会逐步被其他治理技术所代替。因为这项治理技术从工业生产理论和工业经济来分析都是不合理的。正常的工业生产是氨氧化制硝酸:

  • 而选择性催化还原法是用NH3作还原剂将NO2还原为N2,这从工业生产理论来看是不合理的,从工业经济来看是浪费资源。这项技术应该被催化分解所取代。催化分解不需要还原剂,NO2废气通过特制催化剂即可直接分解为氮气N2和氧气(或CO2)。
  • CNS-30型催化剂是一种特制的脱硝催化剂,采用了含碳的多孔性物质代替传统的AL2O3.SiO2等载体,配以适当的活性组分。CNS-30型脱氮催化剂,可将NO2废气一次性转化为N2和CO2,无二次污染,起燃温度低,治理NOx废气浓度范围广,设备简单,一次性投资少,能耗低,操作方便,去除率高(可达95%以上)。
  • 这是一种消耗性催化剂,催化剂载体中的碳参与NOx分解反应,所以在使用中,要适当补充CNS-30脱氮催化剂,以保持必要的反应床层高度。某染料厂利用本厂的废活性炭自制催化剂,取得了较好的效果。

(2)用稀硝酸等作吸收剂,回收利用NOx用漂白稀硝酸(15%~30%)吸收硝酸厂尾气(治理NOx废气),是一个既可使尾气中的NO2含量达标排放,又可增加硝酸产量的经济可行的方法。根据我国的实际经验估算,一个日产300t的硝酸工厂,每天可回收硝酸6t,一年约可回收2000t硝酸。所以这项技术应大力发展,并应结合工艺改革,不断改进。

对NO2回收利用是应该重点发展的NO2废气治理技术,但应坚持以下的原则:一是从对污染源进行全过程控制的要求出发,推行清洁生产,尽量减少尾气中的NO2的含量;二是因地因厂制宜选择吸收液,达到来源方便、费用低,回收的产品最好是与本厂产品是同一类型的(如硝酸厂用稀硝酸、氮肥厂可以用氨水);三是不断提高吸收效率,降低设备投资和运行费用。

废气处理

2.使用硝酸的生产厂的NO2废气治理技术

这类厂的特点是排放量不大,有些是间歇排放,不同类型的生产厂废气(尾气)中NO2含量(浓度)差别大。根据实践经验可采用发展的治理技术如下。

(1)液体吸收法 采用这种方法,因地因厂选择吸收液,既可达标排放,经济上也是合理的。如:北京化工一厂(试剂厂)生产AgNO3,治理尾气中的NO2采用30%的NaOH 做吸收液,循环吸收可达标排放,30%NaOH来自化工二厂(两厂距离近)电解NaCl浓缩的产品(来源方便、节省了费用);而回收NO2得到的副产品NaNO3·NaNO2,可以找到用户推向市场。

(2)固体吸附法 对于生产规模小、间歇排放、NO4排放浓度变化大的工业污染源,这种方法是适合的,但要发展、推广需从两个方面研究改进:一是尽快研制吸附容量大、寿命长、便于再生、价格低的吸附剂;二是吸附装置简化结构,便于安装,并尽快标准化、系列化,使NO2治理走向社会化。

(3)催化分解也是一个实际可行的方法。

(三)脱硝行业新技术

(1)SCR脱硝催化剂 选择性催化还原(SCR)脱硝是国内外公认的烟气脱硝主流技术,其原理是利用氨在催化剂的作用下将烟气中的NO,还原为无毒的N2。催化剂占脱硝总成本的40%,是SCR技术的核心烟气脱硝的控制因素。我国的脱硝催化剂生产技术和原材料还依赖国外,催化剂价格十分昂贵,导致国内及集团公司所属燃煤电厂整体脱硝成本非常高,限制了烟气脱硝工作的发展。

随着技术引进、消化吸收及产业化的发展,国内已经有几家具备一定产能的脱硝催化剂生产厂家,继续开发,势在必行。

(2)低温SCR脱硝技术 研制适于火电厂低温烟气条件下(120~150℃)能有效去除NO的SCR脱硝催化剂,研制催化剂制备的最佳配方及SCR反应工艺条件。

(3)纳米金属氧化物催化剂协同脱硝除汞NO2和Hg协同控制的技术核心﹣﹣新型双功能SCR催化剂研究,研究NO2和Hg污染物协同催化净化过程中复杂反应的各种促进和抑制作用机理,揭示NO,催化还原及HgO氧化活性位,结合催化剂表征,优化的双功能SCR催化剂配方,并提出催化剂可能的中毒机制和协同控制多种污染物的反应机理。

(4)等离子体双尺度低no2燃烧技术 以等离子体技术为基础,以高效低NO2等离子体陶瓷燃烧器为核心,开发新型的内燃式、高效燃烧、低 NO2 燃烧器。结合双尺度燃烧优化技术,优化炉内燃烧过程,降低煤粉锅炉的NO排放,形成产业化的、可以替代scr (sncr)的高效清洁燃烧技术。

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