臭氧脱硝原理

臭氧脱硫脱硝知识点

一、关于臭氧：

臭氧（O3）是氧气(O2)的同素异形体，它是一种具有特殊气味的淡蓝色气体。分子结构呈三角形，键角为116°，其密度是氧气的1.5倍，在水中的溶解度是氧气的10倍。

臭氧是一种强氧化剂，其氧化还原电位仅次于氟。臭氧与亚铁、Mn2+ 、硫化物、硫氰化物、氰化物、氯等均发生反应。

臭氧制造设备：

臭氧发生器：臭氧发生器是用于制取臭氧气体（O3）的装置。臭氧易于分解无法储存，需现场制取现场使用（特殊的情况下可进行短时间的储存），所以凡是能用到臭氧的场所均需使用臭氧发生器。

利用高压电离(或化学、光化学反应)，使空气中的部分氧气分解聚合为臭氧，是氧的同素异形转变过程;亦可利用电解水法获得。

臭氧发生器的分类按臭氧产生的方式划分，臭氧发生器主要有三种：一是高压放电式，二是紫外线照射式，三是电解式。

臭氧浓度臭氧为混合气体其浓度通常按质量比和体积比来表示。质量比是指单位体积内混合气体中含有多少质量的臭氧，常用单位mg/L、mg/m3或g/m3等表示。体积比是指单位体积内臭氧所占的体积含量或百分比含量，使用百分比表示如2%、5%、12%等。臭氧浓度是衡量臭氧发生器技术含量和性能的重要指标。同等的工况条件下臭氧输出浓度越高其品质度就越高。

二、臭氧脱硝原理：

1. 基本原理：

臭氧具有仅次于氟的强氧化性，完全有能力将烟气恶劣环境中的NO氧化成高价态，提高烟气中氮氧化物的水溶性，从而通过湿法洗脱。其中主要包括以下反应：

NO+O3→NO2+O2 （1）

NO2+O3→NO3+O2 （2）

NO2+NO2→N2O4 （3）

N2O4+O3→N2O5 （4）

NO3+NO2→N2O5 （5）

3NO2+H2O→2HNO3+NO (6)

N2O5+ H2O→2HNO3 （7）

利用臭氧将NO氧化为高价态的氮氧化物后，需要进一步地吸收。常见的吸收液有Ca(OH)2、NaOH 等碱液。不同的吸收剂产生的脱除效果会有一定的差异。例如有人在利用水吸收尾气时，NO的脱除效率可达到86.27%，这是利用气体在水中的溶解度进行吸收，也有试验利用吸收液将高价氮氧化物还原成为N2 后直接排入大气中。

采用臭氧脱硝技术可得到较高的NOX脱除率，典型的脱除范围为70%～90%，甚至可达到95%，并且可在不同的NOX浓度和NO、NO2的比例下保持高效率；因为未与NOX反应的O3会在洗涤器内被除去，所以不存在类似SCR 中O3的泄漏问题；除以上优点外，该技术应用中SO2和CO的存在不影响NOX的去除，而臭氧脱硝也不影响其他污染物控制技术。

臭氧氧化脱硝技术的应用，充分的解决了很多锅炉不能在传统工艺上解决的难题：

臭氧氧化脱硝技术不对锅炉及其附属设施进行改造。

臭氧脱硝技术在除尘设备风机后和脱硫塔之间投加，并有1-1.5S的反应时间，烟气温度在90-250℃之间，

臭氧脱硝运行成本只有臭氧设备的本身的功耗和制取臭氧的氧气。

在同等脱硝效率的基础上，是SCR静态投资的1/2，动态没有SCR催化

剂在使用过程中的效率在平行运行一段时间后的线性下降;

无需考虑原风机、风量、风压不能满足使用要求带来的风机更换、使用后的风阻、清尘、还原剂、氨水、氨逃逸等使用蒸气和建立氨区、报装等手续。

这项技术目前也已经十分成熟，只是因为臭氧的发生费用较高，制约了它的实际应用。

2.臭氧同时脱硫脱硝的主要影响因：

利用臭氧同时脱硫脱硝的影响因素主要有摩尔比、反应温度、反应时间、吸收液性质等，这些因素对脱硝和脱硫效率都有不同程度的影响。

2.1 摩尔比

摩尔比（O3/NO）是指O3与NO 之间摩尔数的比值，它反映了臭氧量相对于一氧化氮量的高低。NO 的氧化率随O3/NO 的升高直线上升。目前已有的研究中，在0.9≤O3/NO＜1的情况下，脱硝率可达到85%以上，有的甚至几乎达到100%。根据式（1）可见，O3与NO 完全反应的摩尔比理论值为1，但在实际中，由于

其他物质的干扰，可发生一系列其他反应，如式（2）～（5），使得O3不能100%与NO 进行反应。

2.2 温度

由于臭氧的生存周期关系到脱硫脱硝效率的高低，所以考察臭氧对温度的敏感性具有重要意义。对臭氧的热分解特性的研究中得出在150℃的低温条件下，臭氧的分解率不高，但随着温度增加到250℃甚至更高时，臭氧分解速度明显加快。出在25℃时臭氧的分解率只有0.5%，当温度高于200℃时，分解率显

著增加。这些结果对研究臭氧在烟气中的生存时间及氧化反应时间具有重要意义。

2.3 反应时间

臭氧在烟气中的停留时间只要能够保证氧化反应的完成即可，在ISHWAR K. PURI 的研究中，反应时间在1～104s 之间对反应器出口的NO 摩尔数没有什么影响，而且增加停留时间并不能增大NO 的脱除率。这主要是因为关键反应的反应平衡在很短时间内即可达到，不需要较长的臭氧停留时间。

2.4 吸收液性质

利用臭氧将NO 氧化为高价态的氮氧化物后，需要进一步地吸收。常见的吸收液有Ca(OH)2、NaOH 等碱液。不同的吸收剂产生的脱除效果会有一定的差异。例如王智化等人在利用水吸收尾气时，NO 和SO2的脱除效率分别达到86.27%和100%。这是利用气体在水中的溶解度进行吸收，也有试验利用吸收液将高价氮氧化物还原成为N2后直接排入大气中，如Young Sun Mok 和Heon-Ju Lee 采用Na2S 和NaOH 溶液作为吸收剂，NOx 的去除率高达95%，SO2去除率约为100%，但存在吸收液消耗量大的问题。