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应用粉煤灰制作脱氮吸附剂的探讨 唐 冰 李 坚 王艳磊 金毓荃 北京工业大学环境与能源工程学院, 北京 100022 摘要 本文主要讨论了应用粉煤灰、硅酸盐类矿物等廉价原料加碱制作成的吸附剂对氮氧化物的去除效果, 以及氯化 物对吸附剂活性的影响。 关键词 氮氧化物 吸附 粉煤灰 0 前言 氮氧化物是造成大气污染的主要污染物之一 ,它 的排放会给自然环境和人类生活带来严重的危害。 NOx以燃料燃烧过程中所产生的数量最多 ,约占 30 以上 。固定源是 NOx排放的主要来源, 其余主要来 自机动车辆,此外,硝酸生产, 金属处理等工业生产过 程也有 NOx的排放 [ 1] 。NOx是产生酸雨 、 光化学烟雾 及相关环境破坏的主要因素。酸雨对土壤生产力 、 农 作物、森林 、 内陆湖泊 、 建筑物等造成危害。NOx参与 臭氧层的破坏 。另外,NOx能诱发许多人体疾病, 对 人类健康特别是对儿童生长发育造成极大危害 [ 2] 。 我国除对少量硝酸厂尾气中 NOx有所治理外 , 大量 的NOx随着尾气直接排入到大气中, 若不采取切实 有效的措施, 其危害难以预计 , 所以如何高效消除 NOx污染是我们目前面临的迫切而严峻的课题 。 目前对于氮氧化物的污染源控制主要有催化法 和非催化法两大类 。催化法分为选择性催化还原法 和非选择性催化还原法。非催化法包括固体吸附法、 液体吸收法、 等离子体法等。固体吸附法里所用到的 吸附剂包括活性炭、分子筛、 硅胶、泥煤等。本文所介 绍的吸附方法采用的是以粉煤灰等廉价材料制作的 一种新型吸附剂 。该吸附剂具有价格低廉 、制作简 单、 无需再生、 不产生二次污染的特点。 1 实验部分 1. 1 吸附剂的制备 将粉煤灰、硅酸盐类矿物等活性固体原料研磨成 为极细的粉末状 ,再将该粉末加碱混合均匀 ,再加适 量水调匀 ,加入适量的氯化物 。调匀后成为泥状, 放 入成型设备挤压成为条型 。成型后的固体在室温避 光自然风干36 h,再放入烘箱在110 ℃ 进行烘干。 烘干以后的吸附剂要进行活化才能够保证高的 吸附效率和吸附容量 。将吸附剂放入活化设备进行 升温 ,每 15min 升温20 ℃一直到380 ℃,在该温度下 保持 40 min 即完成了该吸附剂的活化过程。再自然 降至室温, 取出即制作完成。 图 1 吸附剂制作流程图 1. 2 性能测试实验装置及流程 实验采用直径为 40 mm ,高为 300 mm 的玻璃管 做固定吸附床, 吸附剂制作成直径为 2. 5 mm, 长 3～ 5 mm的圆柱形 ,乱堆于吸附柱内。在加热和抽气基 础上 ,在硝酸中加入铜丝来促进氮氧化物发生 。用转 子空气流量计测定气体流量。在吸附柱入口和出口 管线上分别设置采样点, 以便取样分析。实验装置示 意如图2。 1真空泵; 2缓冲瓶; 3干燥瓶; 4缓冲瓶; 510NaOH 溶液; 6吸附柱; 7U 型压差计; 8缓冲瓶; 9电热套; 10三颈烧瓶; 11调压器; 12温度计; 13转子流量计; 14流量调节阀。 图 2 实验装置简图 1. 3 实验参数控制 实验在常温常压下进行 , 选用 50 g 制备好的吸 附剂进行实验。采用浓度为 3 mol L 的硝酸和铜丝以 加热的方式产生氮氧化物 , 控制加热温度在 65 ℃左 右。控制入口 NO2浓度在 670 mg m 3 左右。系统气 体流量为 1. 0 m 3 h 。吸附剂在干态下进行吸附 ,如室 45 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 温过高 30 ℃以上 需在吸附柱前加冷凝装置。 2 结果与讨论 2. 1 吸附剂的吸附效率以及吸附容量 在文中1. 3 节控制的条件下进行实验 ,考察了吸 附剂对于NO、 NO2、 NOx的吸附效率随时间推移效率 的降低情况。 粉煤灰的主要化学成分是 SiO2、 Al2O3、 Fe2O3和 CaO,还有少量的镁 Mg 、钛 Ti 、磷 P 、硫 S 、钾 K 、 钠 Na 等的氧化物以及稀有金属氧化物 [ 3] 。粉 煤灰的矿物组成有玻璃体、石英、氧化铁、炭粒 、 硫酸 盐等 。 粉煤灰和硅酸盐类矿物充分混合以后,在水和碱 的作用下可以产生一系列复杂的化学反应,生成多种 具有多孔结构的水合物 。再通过干燥和活化就具有 了大的比表面积和一定的碱性 ,从而对氮氧化物具有 较好的吸附效果 。 由图 3 和图 4 可以看到实验装置在本文 1. 3 所 给的参数下运行 ,在 6 h 以内能高保持 80以上 NO2 吸附效率 , 60以上的 NOx吸附效率和 30以上的 NO 吸附效率 。随着时间推移 NO2吸附效率降低较 缓慢 ,但NO 吸附效率有明显降低 。从吸附量曲线中 也能够看出 NO2的最终吸附量明显高于 NO 的最终 吸附量。 图 3 吸附效率及吸附量变化曲线 含氯化物 吸附剂对于 NO2有较好的吸附效果 ,而对 NO 吸 附效果相对较差 ,这是由于 1 吸附剂对各种吸附组分的吸附能力 ,一般随 组分沸点的升高而增大, 因此主要吸附组分与其它组 分相比沸点高而且差异大的具有较好吸附效果。在 一个标准大气压下NO2的沸点是-21. 2 ℃, 而NO 的 沸点为- 151. 8 ℃。空气中的主要组分O2的沸点为 - 182. 98 ℃,N2沸点-195. 88 ℃。 由此可以看出针对 NO2的吸附较容易进行, 而 对NO 而言吸附的选择性相对差一些 。 2 NO2在碱和水的参与下会发生如下式的歧化 反应 3NO2 H2O2HNO3 NO 该反应中每 3 个分子的 NO2转化成为 2 分子硝 酸被碱性物质吸收就会产生 1 分子的NO, 这也是影 响NO 吸附效果的原因之一 。 2. 2 含氯化物活性成分对吸附剂的影响 由图 3 和图 4 的对比可以看到氯化物对氮氧化 物的吸附效率和吸附量影响都比较大 。选取反应相 同时间的几组数据对NOx的吸附效率和吸附量进行 对比见表 1、 表 2。 图 4 吸附效率及吸附量变化曲线 不含氯化物 表 1 氯化物对 NOx吸附率对比 项目 吸附时间 h 初始2468 含氯化物吸附剂 76. 8969. 0565. 6361. 5452. 89 不含氯化物吸附剂70. 3159. 1851. 6945. 3138. 89 表 2 氯化物对 NOx吸附量比较g 项目 吸附时间 h 12468 含氯化物吸附剂 1. 15192. 15163. 97645. 20436. 6552 不含氯化物吸附剂0. 62751. 18372. 41682. 78284. 0913 Kurlk. Kind [ 4] 等人研究表明, 氯离子引入能够提 高某些吸附剂的脱硫率。在此 ,通过实验结果得出氯 离子的引入能够提高本类吸附剂去除氮氧化物效果。 在含氯化物的活性物质和碱的共同作用下可以提高 碱的溶解度及分散度; 增加界面间的反应能力, 激发 粉煤灰的潜在活性, 从而提高吸附剂的活性。 3 结论 1 本吸附剂以粉煤灰 、 碱、硅酸盐类物质为主要 材料制作。 2 吸附剂具有制备简单, 价格低廉, 无需再生, 不产生二次污染 ,具有较好的NOx去除效果等特点 。 下转第 44 页 46 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 图 10 以 EB 为添加剂时液气比对SO2脱除率的影响 图 11 以 EC 为添加剂时液气比对SO2脱除率的影响 图 12 以 EC 为添加剂时液气比对 NOx脱除率的影响 由图 9、图 10、图 11 可知 , 当液气比从 1. 0 L m 3 上升到 5. 0 L m 3 时,SO2去除率随液气比的增加而升 高; 液气比 3. 0 L m 3 时 , 增加液气比对 SO2去除率 提高较小。由图 12 可知 , 液气比对 NOx的影响与液 气比对SO2的影响有相同的规律 。鉴于液气比增加, 要求循环水泵流量增大, 系统阻力增加 , 风机压头增 大,导致水泵与风机的功率大大增加。为了节约能 源,实际运行时控制液气比为 3. 0 L m 3 左右 。 4 运行效果 某线带厂 2 t h 燃油锅炉经过上述试验调试运 行,确定基本运行参数为尿素浓度 5左右, 液气比 3. 0 L m 3 ,加入适量添加剂。系统稳定运行后 , 由有 关部门进行工程验收监测 。监测结果如下 烟尘 46. 0 mg m 3 ,SO2浓度 52mg m 3 ,NOx浓度17mg m 3 ,林 格曼黑度 0 级, 大大优于当地排放标准 烟尘 100 mg m 3 ,SO2浓度 800 mg m 3 ,NOx浓度 400 mg m 3 , 林格曼黑度 1 级 。该厂新建的另外 1 台 2 t h 燃油 锅炉烟气也引入该烟气净化装置, 即系统处理量为 4 t h,排烟仍可达到当地排放标准 。由此可见 ,尿素添 加剂湿法同时脱硫脱氮技术治理燃油锅炉烟气是可 行的 ,且处理效果好 。 参考文献 [ 1] 高云峰. 我国火电厂烟气脱硫存在的问题及对策. 电力环境保 护, 2004, 20 2 3 -4. [ 2] 徐维正. 用尿素净化烟道气的新工艺. 化工科技动态, 1993, 3 4 43 -47. [ 3] 岑超平, 古国榜. 尿素 添加剂湿法烟气同时脱硫脱氮研究 I 吸收反应中尿素消耗的动力学方程. 华南理工大学学 报, 2004, 32 1 37 -40. [ 4] 岑超平, 古国榜. 尿素 添加剂湿法烟气同时脱硫脱氮研究 II 净化过程中 SO2和 NOx的吸收特性. 华南理工大学学 报, 2004, 32 2 14 -17. 作者通讯处 岑超平 510655 广州市员村西街七号大院 环科所 电话 020 85557692 E -mail cpcenscies. com. cn 2005- 11-18 收稿 上接第 46页 3 吸附剂对NO2去除效果较NO 好主要是沸点差异 和反应特点决定的。 4 含氯化物的活性成分对吸附剂处理氮氧化物 效果影响较大。 参考文献 [ 1] 任剑锋, 王增长, 牛志卿. 大气中氮氧化物的污染与防治. 科技情 报开发与经济,2003, 13 5 92 -93. [ 2] 高婕, 王禹, 张蓓. 我国大气氮氧化物污染控制对策. 环境保护科 学, 2004, 10 . [ 3] 杨红彩, 郑水林. 粉煤灰的性质及综合利用现状与展望. 中国非 金属矿工业导刊,2003, 4 . [ 4 ] Kurt k. kind et al . Effects of salts on preparation and use of calcium silicates for Flue gas desulphurization, Environ Sic. Technol. 1994, 28 2 . 作者通讯处 唐冰 100022 北京市朝阳区平乐园 100 号 北京工业 大学环境与能源学院大气污染控制研究室 电话 010 67392080 E -mail tangbemails. bjut . edu. cn 2005- 11-18 收稿 44 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 TECHNOLOGY OF SIMULTANEOUS SO2AND NOxREMOVAL ON THE BASIS OF UREA TO OIL-FIRED BOILERCen Chaoping Tang Zhixiong Zhang Dejian et al 42 Abstract The technology of SO2and NOxremoval on the basis of urea and additives can be used to dispose exhaust gas discharged from 2 t h oil-fired boiler. Through the practical debugging experiment, the operating liquid gas ratio is confirmed as 3. 0, the urea concentration is 5. 0, the concentration of additives is different according to their kinds. All checking indicators for the disposed gas are prior to the local environmental criteria. Keywords oil-fired boiler, urea, additive, FGD and denitrification EXPLORATION OF DENTRIFYING ADSORBENT MADE FROM FLY ASH Tang Bing Li Jian Wang Yanlei et al 45 Abstract Itwas discussed the efficiency to remove NOxby an adsorbent made from fly -ash, silicates and alkali etc. It was also discussed the effect of chlorides on the activity of this adsorbent. Keywords NOx, adsorption and fly -ash STUDY ON ELECTRICAL FIELD CHARACTERISTICS OF ELECTROSTATIC PRECIPITATOR BY MEANS OF NUMERICAL ANALYSES AND EXPERIMENT Dang Xiaoqing Li Wei Yang Xuelian et al 47 Abstract Numerical analyzing is an important to research the electric field characteristics of electrostatic precipitator. It is help to design combinations of discharge electrodeswith collecting plates and to improve the level of power controlling. On the basis of the experiment, the mathematic model of corona electric field is built. Finite element-finite difference is used to compute electric field of RS discharge electrode. The calculated results are basically agreedwith the results of experiment. Keywords electrostatic precipitator, RS discharge electrode, numerical analyses and finite -element THE STUDY ON NOISE BARRIER BUILT BETWEEN TWO PATHS TO CONTROL THE RAILWAY TRAFFIC NOISELiu Xiujuan Jiang Weikang 51 Abstract The insertion loss of the noise barrier built between the two pathsof the sixth track-traffic in Shanghai is calculated by the software SOUNDPLAN, which is used for predicting and analyzing noise environment. The calculated results indicate that the noise barrier built between paths can make the sound pressure level at the distance of 20～ 30 m decrease by 2～ 4. 7 dB. As the height of the noise barriers installed along both sides increases, the incidence of the noise barrier built between paths will reduce. The nearer the building is away from railway, the bigger the insertion loss of the noise barrier built between paths becomes. Keywords railway traffic, noise barrier, insertion loss DIFFRACTION ANALYSIS OF “ ADDED DEVICE” OF NOISE BARRIER USING IMPULSE Zhu Xiaotian Hou Qiuwen 54 Abstract The uation standard and testing for “ added device” of a noise barrier were introduced. Four barriers with different added device were studied and the diffraction fields were visualized using finite element analysis. The insertion losses of four added devices installing on the barrierswith and without absorbent material were calculated and compared. Keywords noise barrier, added device, diffraction and insertion loss NOISE CONTROL OF VIBRATING SCREENLuo Jun Wang Yimin 57 Abstract In allusion to noise pollutions caused by the vibrating screen, by considering specific requests of worker operators and scientific design, several effective measuresfor noise reduction and practical new technology were adopted according to situation and process flow of vibrating screen, so the noise pollutions of vibrating screen were under control effectively . Keywords vibrating screen, noise and control RESEARCH ON SWELLING GRANULAR PLUGGING AGENT OF OILY SLUDGE Li Ruili Liu Guoliang Zhao Zhenxing et al 59 Abstract The technology of manufacturing a granular plugging agent by oily sludge is studied. The tests show that on conditions of 20 monomer concentration, 14 oil content of dry sludge, sludge 110 of monomer mass, gellant0. 14 of monomer mass, and reaction temperature35℃, the polymerization product with good property can be got. A suitable amount of drag reducer shall be added in the process of pelletizing. The expansion of the granular plugging agent in tap water and the solution with 0. 5NaCl is 40 and 15 times respectively. Keywords oily sludge, swelling granular plugging agent and reuse of resources 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24,No. 3, Jun. , 2006