臭氧脫硝技術原理和影響因素
1.臭氧脫硝原理
臭氧作為強氧化劑被氮氧化物還原的反應物是氧氣，所以是一種清潔環(huán)保無二次污染的脫硝劑。NO 本身難溶于水，而臭氧可以將其氧化成易溶于水的NO2、N2O3、N2O5 等高價氮氧化物，再通過堿性溶液將煙氣中的SO2 吸收，達到同時脫硫脫硝的目的[4]。研究證明，O3 可以快速有效地將NO 氧化到高價態(tài)并且氧化過程一般在瞬間即可完成[5]。
在高溫條件下O3 與NO 的化學反應機理較為復雜，但可通過低溫條件下反應過程進行研究：
NO ＋ O3 → NO2 ＋ O2 （1）
NO2 ＋ O3 → NO3 ＋ O2 （2）
NO2 ＋ NO3 → N2O5 （3）
MNO ＋ O → NO2 （4）
NO2 ＋ O → NO3 （5）
電子束法和脈沖電暈法雖然能夠產生強氧化劑，如·OH、·HO2 等自由基，但由于實際工況環(huán)境惡劣（煙氣溫度高且含有多種污染物），導致自由基存活壽命短并且耗電量高不經濟；而O3 存活持續(xù)時間長，采用高壓電離法制備O3 可顯著降低生產成本[6]。
2.臭氧脫硝技術優(yōu)勢
浙江大學王智化等學者使用臭氧在典型煙氣溫度下對其中的NOx 和硫化物同時進行氧化處理，結果表明，O3 對NOx 的脫除率可達84%，如果在處理過程中使用濕法洗滌，可以去除硫化物。如果通入過量的O3，多余的O3 可在洗滌器內除去，不存在類似選擇性催化還原法（SCR）中O3 的泄漏問題并且SO2 和CO 的存在不影響NO 的去除[7]。在煙道中選取合適位置噴入O3 即可完成反應，并通過現(xiàn)有濕法煙氣脫硫（WFGD）系統(tǒng)去除反應生成的NOx，不需要新建SCR 反應器，節(jié)省大量投資；無氨逃逸、空預器堵塞等問題發(fā)生。常規(guī)WFGD中，煙氣經過噴淋和洗滌后SO2 含量明顯降低，剩余的O3 將亞硝酸根離子、亞硫酸根離子和羥銨磺酸鹽化合物最終氧化為HNO3 和H2SO4。研究表明采用O3 氧化與尾部噴淋的處理工藝可以同時實現(xiàn)NOx 和SO2 的凈化，從而達到一站式脫硫脫硝的目的[8-9]。近年來臭氧制備工藝也逐漸成熟，一次投資成本及后續(xù)運行費用均大幅降低。高壓放電式、紫外線照射式、電解式是常見的臭氧制備方式。工業(yè)上見的制備方式是以工業(yè)純氧為原材料采用高壓電離的工藝，該工藝具有設備運行穩(wěn)定可靠，全套裝置體積緊湊占地小，自動化程度高等優(yōu)點。
因此臭氧脫硝具有工程改造量小、脫硝效率高和一次投資成本低等優(yōu)點，在廢氣處理后期改造方面具有巨大優(yōu)勢。
3.臭氧脫硝效果影響因素
O3 與NO 的分子摩爾數(shù)比值是衡量反應中二者相對量的重要指標，并直接影響氧化反應的進行程度。研究表明，二者的分子摩爾數(shù)數(shù)比值與NO的脫除率呈正比例關系。根據NO 被氧化的化學反應方程式，二者發(fā)生反應的理論摩爾比值為1。但在實際的煙氣中還存在其他物質，例如H2S、SO2、NO2 等，這些組分都會對反應形成干擾，導致其他副反應的發(fā)生[10]。
整套裝置的運行效果會受到氧化還原反應總時間的直接影響，而由于O3 的存在時間又會影響氧化還原反應的總時間，因而研究O3 對環(huán)境溫度（特別是典型煙氣溫度）的熱分解特性以及在各溫度下的生存時間具有重要意義。有學者特別研究了O3的熱分解特性，O3 所處溫度不同其分解速度有很大不同。當O3 處在150℃的環(huán)境溫度時，其穩(wěn)定性較好、生存時間長。當環(huán)境溫度繼續(xù)升高時，其分解速度明顯加快，此項研究表明O3 的生存溫度大約在200℃，考慮到石化行業(yè)典型廢氣溫度一般不會高于150℃，因此只要恰當把握O3 加入的位置，一般不會發(fā)生O3 分解的情況。
