氮氧化物废气处理之非选择性催化还原法

含NO_x的气体，在一定温度和催化剂的作用下，与还原剂发生发应，其中的二氧化氮还原为氮气，同时还原剂与气体中的氧发生反应生成水和二氧化碳。还原剂有氢、甲烷、一氧化碳和低烃类化合物。在工业上课选择合成氨释放气、焦炉气、天然气、炼油厂尾气和气化石脑油等作为还原剂。一般将这些气体统称为燃料气。一、化学反应 H₂ + NO₂ → H₂O + NO 2H₂ + O₂ → 2H₂O 2H₂ + 2NO → 2H₂O + N₂ CH₄ + 4NO₂ → CO₂ + 4NO + 2H₂O CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂0 CH₄ + 4NO → CO₂ + 2N₂ + 2H₂O 4CO + 2NO₂ → N₂ + 4CO₂ 2CO + O₂ → 2CO₂ 2CO + 2NO → N₂ + 2CO₂ 反应的第一步将有色的NO₂还原为无色的NO，通常称为脱色反应，反应过程大量放热；后一步将NO还原为N₂，通常称为消除反应。消除反应比脱色反应和还原剂的氧化反应慢得多，因而必须用足够的还原剂，才能保证它的充分进行。一般将还原剂的实际用量与理论计算量的比值(又称燃料比)控制在1.10-1.20的范围内，相应的净化率可达90%以上。二、催化剂用贵金属铂、钯可以作为非选择性催化还原的催化剂，通常以0.1%-1%的贵金属负载于氧化铝载体上。催化剂的还原活性随金属含量的增加而增加，以0.4%为宜。另外也可以将铂和钯镀在镍合金上，制成波纹网，再卷成柱状蜂窝体。 1、铂和钯的比较低于500℃时，铂的活性优于钯，高于500℃时，钯的活性优于铂。钯催化剂的起燃温度低，价格又相对便宜，但对硫较敏感，高温易于氧化，因而它多用于硝酸尾气的净化，而对烟气等含硫化物气体的净化，则需预先脱硫。 2、非贵金属催化剂如25%CuO和CuCrO₂，活性比铂催化剂低，但价廉。 3、载体常用氧化铝-氧化硅和氧化铝-氧化镁型。形状分球状、柱状、蜂窝状，在氧化铝表面镀上一层ThO2或ZrO2可提高载体的耐热、耐酸性。三、影响脱除效率的主要因素 1、催化剂的活性催化剂的活性是影响脱除的效率的重要因素之一。要选用活性好、机械强度大、耐磨损的催化剂，并注意保持催化剂的活性，减少磨损，防止催化剂的中毒和积碳。减少磨损的方法是采取较低的气流速度，并尽量使气流稳定。防止中毒的办法是预先除去燃料气和废气中的硫、砷等有害杂质。防止积碳的方法是控制适当的燃料比，在燃料气中添加少量水蒸气也利于避免积碳。 2、预热温度和反应温度用不同的燃料气作还原剂时，其起燃温度不同，因而要求的预热温度也不同。如果作为还原剂的燃料气达不到要求的预热温度，则不能很好的进行还原反应，脱除效果不好。反应温度控制在823K到1073K之间，脱除效率最高。温度低，氮氧化物的转化率低；而温度超过1088K，催化剂就会被烧坏，以至催化剂活性降低，寿命减少。反应温度除与起燃温度、预热温度有关外，还与废气中氧含量有关。当起燃温度高，废气中氧含量大时，反应温度高；反之，反应温度低。 3、空速空速的选择与选用的催化剂及反应温度有关。国内试验用铂、钯催化剂，在773-1073K的温度条件下，空速在11.1-27.8s^-1，能使氮氧化物浓度降低到200×10^-2以下。 4.还原剂用量根据废气中氮氧化物和氧气的含量，可计算出还原剂的用量。由试验可知，当燃料比等于和大于100%时，氮氧化物的转化率一般可达92%以上。但燃料比降为90%时，转化率降到70%-80%。这说明还原剂的量不足，会严重影响对氮氧化物的脱除效果。但还原剂量过大，不仅使原料消耗增加，还会引起催化剂表面积碳。一般将燃料比控制在110%-120%为宜。四、工艺流程非选择性催化还原法示意流程图如下： 1、一段流程：