[科普中国]-氮氧化物治理

氮氧化物治理是用改进燃烧的过程和设备或采用催化还原、吸收、吸附等排烟脱氮的方法，控制、回收或利用废气中氮氧化物(NOx)，或对NOx进行无害化处理。NOx主要包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，在20世纪60年代被确认为大气的主要污染物之一。防治途径一是排烟脱氮，二是控制NOx的产生1。

简介氮氧化物治理是用改进燃烧的过程和设备或采用催化还原、吸收、吸附等排烟脱氮的方法，控制、回收或利用废气中氮氧化物(NOx)，或对NOx进行无害化处理。NOx主要包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，在20世纪60年代被确认为大气的主要污染物之一。防治途径一是排烟脱氮，二是控制NOx的产生。排烟脱氮的方法分为干法和湿法两类。

干法主要有催化还原法、吸附法等。

催化还原法适用于治理各种污染源排放出的 NOx。可分为非选择性还原法和选择性还原法。非选择性还原法是以一氧化碳、氢、甲烷等还原性气体作为还原剂，以元素铂、钯或以钴、镍、铜、铬、锰等金属的氧化物为催化剂，在400～800℃的条件下，将氮氧化物还原成氮气，同时有部分还原剂与烟气中过剩的氧发生燃烧反应形成水和二氧化碳，并放出大量热。此法效率高，但耗费大量还原剂。选择性还原法是以元素铂或以铜、铁、钴、钒等的氧化物为催化剂,以氨(NH3)或硫化氢(H2S)为还原剂，有选择性地同排放废气中NOx反应,以NH3为还原剂时，反应温度为200～450℃（以H2S为还原剂时反应温度为120～150℃）。此法还原剂消耗仅为非选择性还原法的1/5至1/4。中国采用金属钼、铜铬系和铁铬系作催化剂，选择温度的范围为100～120℃。

吸附法用分子筛等吸附剂，吸附硝酸尾气中的NOx。氢型丝光氟石、13X型等分子筛、硅胶、泥煤和活性炭等是良好的NOx吸附剂。在有氧存在时，分子筛不仅能吸附NOx还能将NO氧化成NO2。通入热空气(或热空气与蒸汽的混合物)解吸，可回收硝酸(HNO3)或NO2。硝酸尾气中的NOx经过吸附处理可控制在50ppm以下。吸附法还可用于其他低浓度NOx废气的治理。

湿法有直接吸收法、氧化吸收法、氧化还原吸收法、液相吸收还原法和络合吸收法等。

直接吸收法有水吸收、硝酸吸收、碱性溶液（氢氧化钠、碳酸钠、氨水等碱性液体）吸收，浓硫酸吸收等多种方法。中国应用“漂白”稀硝酸(15～30%)作吸收液，在表压2千克力/厘米2，吸收温度为20℃，气液比为290:1，空塔速度为0.52米/秒的条件下吸收硝酸尾气中的NOx，可使尾气中NOx的含量降低到国家排放标准以下。用漂白稀硝酸可在低压下直接吸收NO。如在12%的漂白硝酸中NO的溶解度系数(β)为4.2。用水直接吸收NO，β值仅为0.041。当NO:NO2摩尔比为 1时，吸收速度加快。为使部分NO氧化为NO2，使摩尔比保持在1,一般采取加压、降温、催化氧化、增加吸收塔体积等措施。用漂白稀硝酸直接吸收NO，既可减少污染，又可增加硝酸产量。吸收NOx后的漂白稀硝酸，可用气体吹脱 (漂白)。吹脱出来的 NOx送入吸收塔回收。此法可从尾气中回收80～90%的NOx。碱性溶液吸收法是用 30%NaOH溶液或相应浓度的氨水，得到硝酸盐和亚硝酸盐。用氨水吸收得到的硝酸铵和亚硝酸铵可作农田肥料。用浓硫酸吸收既可去除NOx，又可去除烟气中SO2，尚处于实验室研究阶段。

氧化吸收法在氧化剂和催化剂作用下，将NO氧化成溶解度高的NO2和N2O3(三氧化二氮),然后用水或碱液吸收脱氮的方法，在湿法排烟脱氮工艺中应用较多。氧化剂可用臭氧(O3)、二氧化氯(ClOx)、亚氯酸钠(NaClO2)、次氯酸钠(NaClO)、高锰酸钾(KMnO4)、过氧化氢(H2O2)、氯(Cl2)和硝酸(HNO3)等。按氧化方式的不同可分为催化氧化吸收法、气相氧化吸收法和液相氧化吸收法。催化氧化吸收法是在催化剂作用下将NO氧化成NO2，然后用碱液吸收。氧化剂是烟气中的过剩氧。催化剂是以活性炭、氧化铝、二氧化硅为载体的钒、钨、钛和稀土金属氧化物等。此法已用于玻璃熔窑烟气净化，脱氮率达90%以上，净化后烟气中NOx浓度在60ppm以下。此法的优点是可采用闭路循环；可把SO2和尘粒等污染物同时除去；不用外加氧化剂；在烟气中喷入5%水蒸汽可提高催化剂的效率和寿命；设备的投资和运转费低。气相氧化吸收法是采用O3和ClO2强氧化剂在气相中将NO氧化成容易被水、酸和碱液吸收的NO2和N2O3。用水吸收可回收稀硝酸。此法已用于以液化天然气为燃料的锅炉烟气净化，脱氮率达90%以上。此法净化过程简单，运行可靠，对锅炉正常运转无影响，可回收高品位的HNO3。但O3用量较多，NO氧化成N2O3需要时间较长，氧化塔相应庞大。液相氧化吸收法是用液相氧化剂将NO氧化，然后用碱吸收法吸收。液相氧化剂用KMnO4、NaClO2等，脱氮率可达90～95%。

氧化还原吸收法用O3、ClO2等强氧化剂在气相中把NO氧化成易于吸收的NOx和N2O3，用稀HNO3或硝酸盐溶液吸收后，在液相中用亚硫酸钠(Na2SO3)、硫化钠(Na2S)、硫代硫酸钠(Na2S2O3)和尿素【(NH2)2CO】等还原剂将NO2和N2O3还原为N2。此法已用于加热炉排烟净化。在同一塔中可同时脱去烟气中SOx和NOx，脱硫率99%，脱氮率达90%以上。

控制方法液相吸收还原法和络合吸收还原法仍处于实验室或中间试验阶段。控制NOx的产生，NOx主要来自燃烧过程。在燃烧过程中，NOx有两种形成机制：①空气中的氮分子在高温下氧化生成热致NOx；②燃料中的氮化物经燃烧氧化分解生成燃料NOx。燃烧过程产生的NOx主要是热NOx。NOx生成量与燃烧温度、高温区氧气的浓度和燃烧气体在高温区停滞时间有关。燃烧温度越高，高温区氧气浓度越高，停滞时间越长，热NOx生成量就越多。因此，控制或减少热NOx的产生，应改善燃烧方法和改进燃烧设备。应用的改进燃烧技术、改善燃烧过程及设备的方法，一般可减少NOx排放量的60%。对于燃料NOx还没有找到有效的控制方法1。

本词条内容贡献者为:

黄头生 - 副教授 - 华北电力大学