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臭氧同时脱硫脱硝技术

摘要:对利用臭氧同时脱硫脱硝技术进行了综述，分析了臭氧对NOx的脱除机理。臭氧
同时脱硫脱硝技术具有明显的一体化脱除特性，但臭氧的发生费用却制约了它的应用。介绍
了目前国外在工程上应用的低温氧化技术（LoTOx），分析了其脱除效果及优缺点。
关键词:臭氧,同时脱硫脱硝,低温氧化技术
煤炭作为主要能源物，其燃烧过程排放的SO2、NOx等污染物的总量很大，会造成严重
的大气污染，危害人类健康。对SO2的控制，目前较为成熟的技术是石灰石—石膏法，脱除
效率可达95%以上。此外还有炉内喷钙脱硫、电子束法脱硫等技术。对NOx的控制分为两类，
一类是控制燃煤过程中NOx的生成，主要有低氧燃烧法、两段燃烧法和烟气再循环法等。另
一类是通过物理化学方法进行脱除，主要有催化、吸收、吸附、放电等。其中广泛应用的是
选择性催化还原法（SCR），脱除效率达90%以上。随着国家对火电厂污染物排放的要求越来
越严格，同时脱硫脱硝已成为烟气污染物控制技术的发展趋势。目前国内外广泛使用的是湿
式烟气脱硫和NH3选择催化还原技术脱硝的组合。该技术的脱硫脱硝效率虽然高，但是投资
和运行成本昂贵。其他的脱硫脱硝技术还包括等离子体法、催化法、吸附法等，但只有少数
进入生产应用。
烟气中NOx的主要组成是NO（占95%），NO难溶于水，而高价态的NO2、N2O5等可溶于
水生成HNO2和HNO3，溶解能力大大提高，从而可与后期的SO2同时吸收，达到同时脱硫脱
硝的目的。臭氧作为一种清洁的强氧化剂，可以快速有效地将NO氧化到高价态。电子束法
和脉冲电晕法虽然能够产生强氧化剂物质，如·OH、·HO2等，但工作环境恶劣，自由基存
活时间非常短，能耗较高。O3的生存周期相对较长，将少量氧气或空气电离后产生O3，然
后送入烟气中，可显著降低能耗。目前利用臭氧进行脱硫脱硝在国外已有工程应用实例，在
我国还处于探索阶段。
1臭氧脱硝机理
臭氧的氧化能力极强，从下表可知，臭氧的氧化还原电位仅次于氟，比过氧化氢、高锰
酸钾等都高。此外，臭氧的反应产物是氧气，所以它是一种高效清洁的强氧化剂。

臭氧脱硝的原理在于臭氧可以将难溶于水的NO氧化成易溶于水的NO2、N2O3、N2O5等
高价态氮氧化物。浙江大学王智化等人对臭氧同时脱硫脱硝过程中NO的氧化机理进行了研
究，构建出O3与NOX之间65步详细的化学反应机理，该机理比较复杂。在实际试验中，可
根据低温条件下臭氧与NO的关键反应进行研究。
低温条件下，O3与NO之间的关键反应如下：
NO+O3→NO2+O2（1）
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NO2+O3→NO3+O2（2）
NO3+NO2→N2O5（3）
NO+O+M→NO2+M（4）
NO2+O→NO3（5）
2臭氧同时脱硫脱硝研究概况
臭氧同时脱硫脱硝主要是利用臭氧的强氧化性将NO氧化为高价态氮氧化物，然后在洗
涤塔内将氮氧化物和二氧化硫同时吸收转化为溶于水的物质，达到脱除的目的。
浙江大学王智化等对采用臭氧氧化技术同时脱硫脱硝进行了试验研究，结果表明在典型
烟气温度下，臭氧对NO的氧化效率可达84%以上，结合尾部湿法洗涤，脱硫率近100%，脱硝
效率也在O3/NO摩尔比为0.9时达到86.27%。YoungSunMok和Heon-JuLee将臭氧通入烟
气中对NO进行氧化，然后采用Na2S和NaOH溶液进行吸收，最终将NOx转化为N2，NOx的
去除率高达95%，SO2去除率约为100%。ZhihuaWang等将O3注入模拟烟气进行脱除SO2、
NOx以及Hg的研究，然后采用碱吸收塔对烟气进行洗涤，结果表明NO和Hg0的脱除率与O3
的注入量有关，当O3加入量为200ppm时，NO的脱除效率可达到85%，此工艺对NO和SO2的
脱除率最高可分别达到97%和100%。
此外SirpaK.Nelo等在臭氧氧化的基础上，用H2O2进行吸收，也得到了较好的结果。
BOC公司将其专利低温氧化技术（LoTOx）授权给Belco（贝尔哥）公司，把这种NOx
控制技术同Belco公司的EDV湿式洗涤器结合起来应用于石油精炼厂，该系统可以同时脱除
烟气中的NOx、SO2和颗粒物。
3臭氧同时脱硫脱硝的主要影响因素
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。
3.1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