院：專業(yè)：學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)教師：完成日期：堿液吸收氮氧化物的實(shí)驗(yàn)分析第一章前言摘要：采用配氮法對(duì)堿液吸收NO進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，從理論和實(shí)驗(yàn)分析了氧化度、堿液XH液和NaCO溶液對(duì)氮氧化物都能達(dá)到較好的脫除效果,但是相對(duì)于最佳的脫除效果，23兩者都在某一低濃度就有很好吸收效果,NaOH溶液的質(zhì)量濃度較NaCO低。當(dāng)氧化度23n業(yè)如何樣保護(hù)1.1.1氮氧化物(NO)的危害XNO可以通過皮膚接觸和攝入被污染的食品進(jìn)入消化道，對(duì)人體造成危害，也可以X通過呼吸道吸入人體，給人體造成更為嚴(yán)重的傷害。危害主要有：(1)NO對(duì)人體的X制毒作用，危害最大的是NO，主要影響呼吸系統(tǒng)，可引起支氣管炎和肺氣腫等疾病;2 XXX合物可形成光化學(xué)煙霧[1]；(5)NO參與臭氧層的破壞。X1.1.2氮氧化物(NO)的來源X?；跛猁})、HCN、水滴中的NO-、NO-和NH+以及顆粒物中的有機(jī)氮化物，統(tǒng)稱為324奇氮。其中濃度最高，在大氣化學(xué)中最重要的是NO和NO常被合稱為NO。NO以燃料2XX源是NO排放的主要來源，其余主要來自機(jī)動(dòng)車輛，此外，一些工業(yè)生產(chǎn)過程也有NOXX的排放。在我國市場(chǎng)大氣中，人為排放的NO大多數(shù)來自燃料的燃燒，如以原煤為燃料X嚴(yán)格的氮氧化物的排放標(biāo)準(zhǔn)。美國環(huán)境保護(hù)局1971年頒布的硝酸廠NO的排放標(biāo)準(zhǔn)X為：每噸硝酸產(chǎn)品為(以NO計(jì))，同時(shí)每小時(shí)只允許有2分鐘向大氣中排放帶色的2氧化氮?dú)怏w。國外硝酸尾氣中NO的排放標(biāo)準(zhǔn)為：美國新廠≤200ppm，老廠≤400ppm；X1.1.4氮氧化物(NO)的控制X煤在燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO)，這二者統(tǒng)2稱為NO。和SO的生成機(jī)理不同，在煤燃燒過程中氮氧化物的生成量和排放量與煤燃X2不加控制時(shí)，液態(tài)排渣爐的NO排放值要比固態(tài)排渣爐的高得多，即使是固態(tài)排渣爐，X燃燒器布置方式不同，NO的排放值也很不相同。在煤燃燒過程中，生成NO的途徑有XX熱力型NO(ThermalNO)[4]：它是空氣中的氮?dú)庠诟邷叵卵趸傻腘O；XXX燃料型NO(FuelNO)[5]：它是燃料中含有的氮化合物在燃燒過程中熱分解而又接XX著氧化而生成的NO；X快速型NO(PromptNO)[6]：它是燃燒時(shí)空氣中的氮和燃料中的碳?xì)潆x子團(tuán)如CHXX等反應(yīng)生成的NO。X從對(duì)熱力型、燃料型和快速型三種NO生成機(jī)理[7]的介紹中可以看出，不同類型的XNO的生成機(jī)理是不相同的，主要表現(xiàn)在氮的來源不同、生成的途徑不同和生成的條件X不同，但它們之間又有一定的聯(lián)系。三種NO在煤燃燒過程中的情況很不相同?？焖傩蚗NO所占比例不到5%；在溫度小于1350℃時(shí)，幾乎沒有熱力型NO，只有當(dāng)燃燒溫度超XX過1600℃，如液態(tài)排渣煤粉爐中，熱力型NO才可能占到25%—30%。而對(duì)常規(guī)煤燃燒X設(shè)備，NO主要是通過燃料型的生成途徑而產(chǎn)生的。因此，控制和減少煤燃燒產(chǎn)生的XNO，主要是控制燃料型NO的生成。從燃料型NO的生成和破壞機(jī)理可知，為了減少燃XXX料型NO，不僅要盡可能地抑制NO的生成，對(duì)已生成的NO，還要?jiǎng)?chuàng)造條件盡可能地促XXX使它們的破壞和還原?？刂芅O排放的技術(shù)措施可分為兩大來類：一類是一次措施，即X通過各種技術(shù)手段，控制燃燒過程中NO的生成量。另一類是二次措施，即將已經(jīng)生成X的NO通過某種手段從煙氣中脫除掉，從而降低NO的排放量[8]。XX料的脫氮或使用含氮量低的燃料，如煤改油，煤改氣和洗煤、選煤、混煤等方法降低燃料的含氮量，以降低燃料型NO；另外，X熱力型NO的生成。由于燃料脫氮較困難，此技術(shù)至今尚未很好開發(fā)，相關(guān)報(bào)道也不多。X由于通過改進(jìn)燃燒方式可減少NO的排放，因此該方法受到了廣泛的注意和研究，X燃燒方式的改進(jìn)主要有以下幾種方式：(1)低氧燃燒；(2)排煙再循環(huán)；(3)注入蒸汽或水；(4)二段燃燒；(5)分段燃燒；(6)降低空氣比；(7)濃差燃燒； 低NO燃燒技術(shù)的減排率不高，一般在20%~60%。XA燃燒盡區(qū),即向燃燒器中供給全部燃料,并供給理論所需要空氣量的85%,形成富燃區(qū);向燃燒器上面的噴口供給理論燃燒所需空氣量的21%,使燃料燃燒完全,成為燃盡區(qū)。在富燃區(qū),抑制揮發(fā)分燃燒生成的NO,并將已生成的NO分XX解還原,使燃料NO減少。由于此時(shí)火焰溫度降低,使得熱力型NO的生成量減少。XX在較高燃燒效率下適當(dāng)降低一次風(fēng)量和總風(fēng)量,它既能有效地控制燃料型NO,又X總煙氣量的10%以上)送入燃燒器,或與燃燒用空氣相混合后送入燃燒區(qū),使得燃燒用空氣中的O濃度下降,爐膛火焰溫度降低而減2效果不僅與燃料種類有關(guān),而且與再循環(huán)煙氣量有關(guān),當(dāng)煙氣再循環(huán)倍率增加時(shí),NO減X少,但進(jìn)一步增大循環(huán)倍率,NO的排放將趨于一個(gè)定值,該值隨燃料含氮量增加而增大,X溫降低太多,會(huì)導(dǎo)致燃燒損失增加。因此,煙氣再循環(huán)率一般不超 (1)干法脫硝以分離的低濃度有害物質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格的廢氣處性；物理吸附可以是單分子層，也可以是多分子層的，容易解吸。[9]吸附含有NO廢氣XNO，而且必須除掉煙氣中SO和粉塵等干擾物質(zhì)。吸附法可以達(dá)到較高的凈化程度，22NO濃度高或煙氣量很大時(shí)，吸附劑用量大，設(shè)備龐大，投資高。X以直接將有害物轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害物。SCR過程是利用氨作為還原劑注入含NO的廢氣中，通X常是氣體熱交換器的上游，NO在以貴金屬、堿金屬氧化物或沸石等催化劑的作用下被X還原為N和HO，反應(yīng)適宜的溫度為285~400℃。催化劑的組成和活性對(duì)SCR法的處22理影響很大。NO的選擇性催化還原反應(yīng)可表示為X32222322 (1-1) (1-2)反應(yīng)。在較低溫度時(shí)，選擇性催化還原反應(yīng)占主導(dǎo)地位且隨溫度升高有利于NO的還原，但進(jìn)一步提高反應(yīng)溫度，氧化反應(yīng)變得更為重要，結(jié)X果使得NO的產(chǎn)生量增加。XSNCR是在無催化劑存在下向鍋爐噴入還原劑尿素或氨，將NO還原成N和HO。X223222 (1-3)當(dāng)溫度過高時(shí)，則可發(fā)生正面的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，又會(huì)生成NO：322 (1-4)因此，在SNCR中，溫度的控制是至關(guān)重要的由于競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，操作條件 (2)濕法脫硝吸收法，此時(shí)吸收限度同時(shí)取決于氣液平衡和液相反應(yīng)的平衡條此法具有以下特點(diǎn)[10]：a.吸收反應(yīng)與NO氧化度無關(guān)，尤其是可直接吸收NO。XXd。e.FeⅡ——EDTA與NO形成絡(luò)合物，不容易處理，會(huì)造成二次污染。X在生產(chǎn)中，在許多情況下控制步驟都是NO轉(zhuǎn)化為NO，而NO的吸收是非?？斓?，22劑的成本過高，對(duì)于數(shù)量十分龐大的燃燒煙氣在氣相還是氧化作用。在填料塔、泡罩塔和流化床反應(yīng)器的液相等分別報(bào)道了低濃度硝酸和高濃度硝酸對(duì)NO的氧化過程。可以看出，當(dāng)W<30％時(shí)，HNO3所有的氧化反應(yīng)都發(fā)生在液相；當(dāng)W>60％時(shí)，所有氧化反應(yīng)都發(fā)生在氣相。但是在HNO3平時(shí)的情況下，氧化反應(yīng)在兩相中都有發(fā)生。用40％的硝酸可以把NO氧化到適宜的X，有一定的經(jīng)濟(jì)效率，而且工藝流程和設(shè)備也用于生產(chǎn)和應(yīng)用于硝酸的工業(yè)部門的尾氣處理該法的缺點(diǎn)是技術(shù)水平不高，吸收尾氣濃度依用于處理含NO2超過50%的x2用于處理含NO2超過50%的x2及實(shí)踐容本實(shí)驗(yàn)主要以NaOH和NaCO溶液作為吸收劑模擬吸收NO，通過實(shí)驗(yàn)了解凈化有23X：X素。果。果X3.初步研究NaOH、NaCO以及氨水為吸收液來吸收NO，來探索各個(gè)濃度對(duì)吸收效23x的吸收濃度，并分析。同理有NaCO的15%-20%的吸收曲線結(jié)果，比較不同堿液的吸收23究方法、技術(shù)路線相對(duì)于其它的吸收來說，用NaOH的水溶液來吸收NO是一個(gè)非常復(fù)雜的吸收反XO形成HNO和HNO。第二，在氣相中同時(shí)存在著可逆和不可逆反應(yīng)。第三，伴隨著化學(xué)23反應(yīng)，這些物質(zhì)又能同時(shí)被吸收。但是綜合起來，該吸收機(jī)理可分為三步[12]：(1)NOX穿過氣液兩相交界處的氣膜和液膜；(2)被溶解了的NO首先與水作用生成硝酸和亞X硝酸；(3)生成的酸和堿進(jìn)行中和反應(yīng)生成硝酸鹽和亞硝酸鹽。但同時(shí)NO與OH-發(fā)生X系。吸收速率和選擇性取決于溫度、壓力、NO各組分壓力和氣相中O和HO的分壓。X22NO氣體的吸收無論在液相還是氣相都同時(shí)存在反應(yīng)和傳遞，是所有吸收操作中比X2NO+O2NO222NONO224NO+NONO223NO+NO+HO2HNO2223NO+HO2HNO+NO223反應(yīng)(1)的反應(yīng)速率與NO濃度的平方成正比，并且隨著溫度的下降而增加，反應(yīng)(2)和反應(yīng)(3)是非常迅速的，而且對(duì)于典型的吸收過程總處于平衡狀態(tài)。主要考慮的反應(yīng)有：NO+HOHNO+H-+NO-24223NO+HO2HNO23222NO+HOHNO+HNO2232由于NO和NO在水中和堿溶液中的反應(yīng)都非常低，而反應(yīng)(8)只有當(dāng)NO在極低222324 (6)和反應(yīng)(7)是整個(gè)反應(yīng)過程的控制步驟，生成的HNO和H+被從液相主體中擴(kuò)散2HNO2NO2-2 (9)2HOH-2 (10)第二章實(shí)驗(yàn)材料與方法實(shí)驗(yàn)流程為：轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)氣體流量，配置需要的NO同NO之間的比例，待混2與試劑NO分析儀器檢測(cè)NO、NO的出口濃度，吸收后廢氣由塑料管X223器----------------內(nèi)含NO/N222323.打開鋼瓶閥門，按照所需的氧化度調(diào)節(jié)氣體流量(若50%氧化度情況下，一氮、二氮的流量控制濃度在500×10-6左右)，并用NO分析儀在線監(jiān)控，直到混合氣體穩(wěn)X將穩(wěn)定的混合氣體按流程通入吸收管由吸收液吸收，每分鐘在線讀取NO分析儀X2N。N23.因?qū)嶒?yàn)室只有一臺(tái)NO分析儀，需擔(dān)當(dāng)監(jiān)測(cè)初始濃度和反應(yīng)后在線監(jiān)測(cè)氣體濃度X2rrn第三章實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)條件:氮?dú)饬髁浚?0L/h，配氮法根據(jù)要求調(diào)節(jié)NO及NO所需流量；所采用的2實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，在NO和NO比例接近1：1的條件下(氧化度50%),吸收液吸收的效2果最好。我們本次實(shí)驗(yàn)是通過直接配給NO的方法來實(shí)現(xiàn)氧化度為50%，我們稱為配氮2法(如無特殊說明，文中各種吸收液的氧化度均為50%)。HAtime間，需要NO穿過氣液兩相交界處的氣膜和液膜，這一段時(shí)間是NO以及NO溶入液相首X2度為60%和70%的高，可能是因?yàn)镹O與NO為1:1，以NO的形式被堿液吸收，這時(shí)反223應(yīng)是最快的也是最徹底的。超過50%氧化度后，NO以NO和NO的形式被吸收，如公X23242423由理論分析[16]，氧化度在0%—50%范圍內(nèi),吸收率隨氧化度的上升而迅速上升,氧化度在50%左右時(shí),吸收率達(dá)到最大,以后隨氧化度的上升吸收率開始略有下降。這是由于在堿液吸收過程中，反應(yīng)(7)的吸收速度遠(yuǎn)大于反應(yīng)(6)的吸收速度，因此以NO的形態(tài)將氮氧化物吸收是適宜的，認(rèn)為NO生成很快并容易被堿液吸收，在操2323堿液吸收NO的過程中,當(dāng)有NO存在時(shí),在一定條件下NO會(huì)和其中的NO形成X2NO,NO在水中的吸收速度比NO的吸收速度快[18],當(dāng)氧化度為50%時(shí),NO將主要232324x以NO的形態(tài)進(jìn)行吸收,所以吸收效果比較好。23工程上配氮法是引入高濃度NO氣體配氣或采用一定的氧化劑來調(diào)節(jié)尾氣的氧化2度，達(dá)到有效脫除NO的目的。但加入氧化劑必然會(huì)加大投資和使用成本，然而引入高X濃度NO氣體在造成有效工藝氣損失的同時(shí)也增加了廢氣處理負(fù)荷,使得堿液消耗量大2大。因此直接利用廢氣中的O作氧化劑,采用廉價(jià)的活性炭材料作催化劑進(jìn)行NO的氧2從成本考慮都是不錯(cuò)的選擇。NaOH溶液吸收NO的主要化學(xué)反應(yīng)如下[18]:X2OH-+2NO--------NO-+NO-+HO(11)2322rrn2OH-+NO+NO-------2NO-+HO222反應(yīng)式(11)和(12)為上述吸收反應(yīng)原理的總反應(yīng)式。NaOH以吸收NO為主，23即原理公式(3)NO和NO反應(yīng)生成NO，幾乎不吸收NO，控制氧化度才能有效的做到223NO的脫除。此吸收、反應(yīng)過程都是放熱過程，所以在實(shí)際操作過程中，溫度越低越有X有的氣體還有物理吸收部分，如果溫度高了會(huì)導(dǎo)致氣體溶解度的降低；在，溫度上升，平衡壓也隨之升高，這樣會(huì)降低推動(dòng)力，而且這時(shí)液體和氣又導(dǎo)致兩者之間傳熱，使吸收成為熱質(zhì)同時(shí)反向傳遞的過程。另外，壓力%A4%400e數(shù)的升高吸收率反而略有下降,這說明,當(dāng)OH-質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到一定值后,對(duì)氮氧化物吸收2率的影響已經(jīng)不大,如果OH-質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)增加,由于液相粘度的增加和溶液結(jié)晶等原收已經(jīng)是一個(gè)快速不可逆反應(yīng)，在液膜內(nèi)只有一個(gè)反應(yīng)面，NO和堿液不能共存[17]。如XOH可以增加液膜阻力、降低氣體的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)，甚至在生成硝鹽(NaNO和NaNO)的過程中會(huì)有結(jié)晶現(xiàn)象出現(xiàn)。23在本實(shí)驗(yàn)條件下用氫氧化鈉溶液吸收含氮氧化物廢氣,氫氧化鈉溶液濃度的最佳范以2%的NaOH為研究對(duì)象，探索NO濃度隨時(shí)間的變化：如圖X22AbsorptionrateAbsorptionrate0000圖所示，從圖看大致上NO被吸收得比較徹底，而NO的濃度到中后期已將接近總2吸收效果趨于穩(wěn)定。吸收后NO幾乎被吸收完全，按照原理NO以NO的形式被堿液吸收，若NO被吸收干凈，NO也應(yīng)被吸收完全，但從圖看出吸收X232后的NO并沒有被吸收徹底，說明吸收前后有一個(gè)NO到NO的轉(zhuǎn)變，然而密閉的裝置內(nèi)無22像O的氧化劑存在，原因認(rèn)為是管道本身的空氣所影響。rn氣體的流速?zèng)Q定著NO的氧化時(shí)間和NO的吸收時(shí)間，流速越快吸收時(shí)間越短，但流X、氣膜變薄，也可增加吸收率，因此有個(gè)最佳氣流流速，這個(gè)流速應(yīng)根據(jù)吸收裝置，尾氣濃度來確定，對(duì)于尾氣NO濃度高時(shí)，應(yīng)該降低X吸收率。且在適宜氧化時(shí)間下操作更明顯，這是因2222成NaNO；另外吸收反應(yīng)首先是氮氧化物溶于水，生成亞硝酸及一部分硝酸，如果亞硝3NaCO堿液吸收的效果及其分析23在工業(yè)上比較常用的堿性吸收液是NaOH溶液和NaCO溶液。本文繼續(xù)研究NaCO2323NaCO溶液吸收NOx的主要化學(xué)反應(yīng)如下[18]:2333+2NO-------NO-+NO-+232+NO+NO--------2NO2-+2CO↑2CO↑2同NaOH吸收一樣，壓力高氣體易于穿過氣液薄膜，因而加速了NO氣體的吸收，X了吸收率。降低溫度可以使氣體薄膜的阻力減小。氣體的粘度隨著溫度的降低而沒有必要冷卻。下的相對(duì)值[19]：223232333312廣。廣23%A0026C0028003503506NO6225025040CC00008440048084400481216202428 CO在前面所述操作條件下,還測(cè)定了NaCO濃度與吸收率的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖，其濃23度在15％處，吸收率也已經(jīng)接近81％，比NaOH的吸收效果要差一些。然后吸收率隨著濃度增大而下降，因?yàn)镹aCO比NaOH溶解度更小、溶液粘度更大，當(dāng)濃度大于20％時(shí)，23NaCO顆粒已經(jīng)很難溶解，且很容易形成結(jié)晶，它的反應(yīng)速率常數(shù)也不如氫氧化鈉的大23在15%的溶液中，NO和NO的吸收率接近，在進(jìn)口濃度相近的情況下，20%的溶液中2NO的出口濃度比15%的溶液高一些，也就是說，20%的溶液吸收NO的能力比15%溶液吸22常溫下，在氧化度接近50%左右，15%NaCO溶液吸收率高于20%NaCO溶液。當(dāng)尾2323氣中NO∶NO=1∶1時(shí)，完全生成亞硝酸鈉，而且反應(yīng)速度最快，尾氣處理效果最好。rnrn若NO＞NO，則溶液中生成等分子的亞硝酸鈉和硝酸鈉。而尾氣中NO與NO的比例是隨著22xy2度不大，25℃時(shí)其飽和溶液含%NaCO，這樣勢(shì)必有大量的水帶入系統(tǒng)中。但濃度不23易結(jié)晶，一般溶堿后溶液比例控制在~之間，不可過高。及其分析用氨水吸收氮氧化物，使NO轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛徜@與亞硝酸銨。其反應(yīng)式如下[22]：XNO+NO+2NHOH→2NHNO+HO244222NO+2NHOH→NHNO+NHNO+HO2443422NO+NHNO→NHNO+NO24243%AmXX一個(gè)數(shù)值上。而NO濃度則會(huì)一直下降，直到完全被吸收掉，由于NO+NO==NO是一個(gè)2223可逆反應(yīng)，常溫下在NO和NO的混合氣體中，NO只占總氣體濃度的10%，而氨水與NO223幾乎不反應(yīng)，所以NO下降的原因很可能是與NO結(jié)合成的NO而被氨水吸收形成亞硝223酸銨。上面實(shí)驗(yàn)以NaOH溶液為吸收液時(shí)，吸收后期是NO接近尾氣總氮量，NO幾乎被2全部吸收干凈；而用氨水做吸收液時(shí)，NO幾乎被吸收干凈，尾氣中只剩下NO。2吸收屬于堿液吸收，堿液在氣相就能反應(yīng)，不限于液相，很大程度上能快速有效的吸收NO。當(dāng)用氨水吸收NOX2時(shí)，揮發(fā)的NH在氣相與NO和水蒸氣還可反應(yīng)生成氣相銨鹽。這些銨鹽是~10μm的氣3X溶膠微粒，不易被水或堿液捕集，逃逸的銨鹽形成白煙；吸收液生成的NHNO也不穩(wěn)42第四章結(jié)論與展望23都能達(dá)到較好的脫