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        您好,歡迎訪問RTO、RCO、RTO焚燒爐專業制造商-無錫澤川環境科技有限公司!

        RTO系統中氮氧化物的前世今生

        發布時間:2021-03-01 08:45:00 點擊:

        RTO焚燒爐、RTO、RCO專業生成廠家無錫澤川環境2021年3月1日訊 本文從笑氣開始為大家講述RTO系統設計中關于氮氧化物的前世今生。

        笑氣就是一氧化二氮,無色有甜味氣體,是一種氧化劑,在一定條件下能支持燃燒,但在室溫下穩定,有輕微麻醉作用,并能致人發笑。一氧化二氮是約瑟夫·普利斯特里在1772年發現的,漢弗萊·戴維自己和他的朋友,包括詩人柯爾律治和羅伯特·騷塞在18世紀90年代試驗了這種氣體。他們發現一氧化二氮能使病人喪失痛覺,而且吸入后仍然可以保持意識,不會神志不清。


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        不久后笑氣就被當作麻醉劑使用,尤其在牙醫師領域。因為通常牙醫師無專職的麻醉師,而診療過程中常需要病患保持清醒,并能依命令做出口腔反應,故此氣體給牙醫師帶來極大的方便。

        在YIHEAC做過的工業有機廢氣治理過程中,常見的氮氧化物有:NO,NO2,N2O、N2O3,N2O4,N2O5等,但在燃燒過程中生成的氮氧化物,幾乎全是NO和NO2。通常把這兩種氮的氧化物稱為NOX。

        NO是無色無臭的氣體,分子量為30.01,其熔點為-161℃,沸點為-152℃。NO略溶于水,在空氣中易氧化為NO2。

        NO2是一種紅棕色有害的惡臭氣體。其含量為0.1ppm時即可嗅到,1~4ppm時,有惡臭,而達到25ppm時,則惡臭難聞。它的分子量為46.01。密度約為空氣的1.5倍。

        氮氧化物進入大氣后發生一系列變化,它在空氣中的含量始終處在變動之中,既有日變化,又有季節變化。在一天中,其含量早上最高,傍晚次高,午后最低;在一年中,冬季高,夏季低。

        RTO產生氮氧化物中最常見的生成形式有熱力型NOx、燃料型NOx、快速型NOx。


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        相較于環保行業,燃煤行業對氮氧化物的控制研究比較早,得出的數據相對更加值得參考,如上圖是燃煤行業爐膛溫度和NOx質量濃度之間的關系,由圖可以看出只有在超過1100℃以上才有可能產生熱力型和快速型NOx,而貫穿整個RTO燃燒過程中,假設VOCs組分中不含氮元素或者氮氧化物的話,唯一的可能就是燃燒機火焰附近,溫度會超過1100℃,可能會產生熱力型和快速型NOx。

        其中熱力型NOx是燃燒時空氣中的氮(N2)和氧(O2)在高溫下生成的NO和NO2;快速性NOx為1971年費尼莫爾(Fenimore)通過實驗發現的,根據碳氫燃料預混火焰的軸向NO分布的實驗結果,認為在反應區附近會快速生成NO,于是起名為“快速”NO。稱費尼莫爾的反應機理。燃料燃燒時產生CH原子團撞擊N2分子而生成CN類化合物,然后再被氧化成NOx 。

        因此從RTO系統設計而言,業主盡可能提供最準確的VOCs組分、風量、濃度等參數顯得格外重要,我們根據這些參數進行理論計算,從而選擇最經濟安全的RTO型式和大小,減少燃燒機由于VOCs濃度不足自持燃燒而長時間工作帶來的微量氮氧化物濃度升高。

        如此,燃燒機火焰附近產生的熱力型和快速型氮氧化物幾乎可以忽略不計,但是如果VOCs組分中含有氮元素或者氮氧化物,就需要注意在氮氧化物的減排方面做出相應的RTO設計以及后處理措施了。


        最常用的后處理措施就是洗滌塔,那么在洗滌氮氧化物的過程中,是否具備完全除盡氮氧化物的可能性呢?我們從化學反應的本身開始說起。

        首先,二氧化氮和水的反應實質是:

        1、NO2在水中發生歧化反應,生成HNO3和HNO2(亞硝酸):

        2NO2+H2O=HNO3+HNO2

        2、HNO2再發生分解反應:

        2HNO2=NO↑+NO2↑+H2O

        此反應也可以看作亞硝酸先分解得到亞硝酸酐(N2O3,即三氧化二氮),N2O3再分解:

        2HNO2=N2O3↑+H2O,

        N2O3=NO+NO2

        (也有資料認為是HNO2進一步發生歧化反應:3HNO2=HNO3+2NO↑+H2O)


        將以上兩個反應合寫起來,就得到NO2溶于水的反應:

        3NO2+H2O=2HNO3+NO↑

        實際上,只有高濃度的HNO2在水中才能分解或者歧化反應,低濃度的HNO2在水中有相當穩定性,因此上述NO2溶于水的反應,只有在NO2和水都是大量的情況下,才是主要反應,例如工業氨氧化制硝酸,吸收塔中的反應就以3NO2+H2O=2HNO3+NO為主,因此吸收過程中要補充空氣。

        但在實驗室中,少量NO2氣體溶于大量水,實際上發生的主要反應只有第一步反應:

        2NO2+H2O=HNO3+HNO2

        HNO2在稀溶液中是比較穩定的,難于分解或者歧化放出NO,因此少量NO2在大量水中可能完全或者接近完全溶解。

        如果用堿液(NaOH溶液、KOH溶液等)代替水,HNO2會生成更穩定的亞硝酸鹽,NO2更會完全被吸收:

        2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O

        進一步說,在稀溶液中,HNO2的分解實際是一個可逆反應:

        2HNO2?NO↑+NO2↑+H2O

        也就是說,在大量水的情況下,下列反應也是可以發生的:

        NO+NO2+H2O=2HNO2

        (可以看作NO+NO2=N2O3,N2O3+H2O=2HNO2)

        少量NO2和極少量的NO一起通入大量水中,也有完全吸收的可能性。

        如果用堿液代替水,NO2和NO更容易一起被吸收:

        NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O





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        所以通過以上實驗分析,在RTO氧化之后的后處理措施中,氮氧化物被完全吸收是可能的,根據業主提供的氮元素或者氮氧化物的在VOCs中的含量,YIHEAC可以計算出洗滌塔需要配置的參數和級數,從而達到完全脫出氮氧化物的目的。

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