咨詢電話：RTO系統(tǒng)中氮氧化物的前世今生
在《蝙蝠俠》（Batman）第663期（2007年）的時(shí)候，莫里斯在漫畫里說：‘An avid consumer of his own chemical experiments,the Joker's immunity to poison concoctions that might kill another man in an instant has been developed over years of dedicated abuse.’翻譯過來是：小丑熱衷于化學(xué)實(shí)驗(yàn)，他發(fā)明了笑氣，卻對(duì)此免疫，他濫用這種毒氣殺死了許多無辜的人。其中他發(fā)明的毒氣甚至擊潰了除蝙蝠俠之外的其他所有正聯(lián)成員。
本文從笑氣開始為大家講述RTO系統(tǒng)設(shè)計(jì)中關(guān)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(wěn)定，有輕微麻醉作用，并能致人發(fā)笑。一氧化二氮是約瑟夫·普利斯特里在1772年發(fā)現(xiàn)的，漢弗萊·戴維自己和他的朋友，包括詩(shī)人柯爾律治和羅伯特·騷塞在18世紀(jì)90年代試驗(yàn)了這種氣體。他們發(fā)現(xiàn)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(shí)，不會(huì)神志不清。
不久后笑氣就被當(dāng)作麻醉劑使用，尤其在牙醫(yī)師領(lǐng)域。因?yàn)橥ǔＱ泪t(yī)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(yīng)，故此氣體給牙醫(yī)師帶來極大的方便。
在YIHEAC做過的工業(yè)有機(jī)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(diǎn)為-161℃ ，沸點(diǎn)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(shí)即可嗅到，1~4ppm時(shí)，有惡臭，而達(dá)到25ppm時(shí)，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(jìn)入大氣后發(fā)生一系列變化，它在空氣中的含量始終處在變動(dòng)之中，既有日變化，又有季節(jié)變化。在一天中，其含量早上高，傍晚次高，午后低；在一年中，冬季高，夏季低。
RTO產(chǎn)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。
相較于環(huán)保行業(yè)，燃煤行業(yè)對(duì)氮氧化物的控制研究比較早，得出的數(shù)據(jù)相對(duì)更加值得參考，如上圖是燃煤行業(yè)爐膛溫度和NOx質(zhì)量濃度之間的關(guān)系，由圖可以看出只有在超過1100℃以上才有可能產(chǎn)生熱力型和快速型NOx，而貫穿整個(gè)RTO燃燒過程中，假設(shè)VOCs組分中不含氮元素或者氮氧化物的話，可能就是燃燒機(jī)火焰附近，溫度會(huì)超過1100℃，可能會(huì)產(chǎn)生熱力型和快速型NOx。
其中熱力型NOx是燃燒時(shí)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(fèi)尼莫爾(Fenimore)通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的，根據(jù)碳?xì)淙剂项A(yù)混火焰的軸向NO分布的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為在反應(yīng)區(qū)附近會(huì)快速生成NO，于是起名為“快速”NO。稱費(fèi)尼莫爾的反應(yīng)機(jī)理。燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生CH原子團(tuán)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(tǒng)設(shè)計(jì)而言，業(yè)主盡可能提供最準(zhǔn)確的VOCs組分、風(fēng)量、濃度等參數(shù)顯得格外重要，我們根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算，從而選擇最經(jīng)濟(jì)的RTO型式和大小，減少燃燒機(jī)由于VOCs濃度不足自持燃燒而長(zhǎng)時(shí)間工作帶來的微量氮氧化物濃度升高。
如此，燃燒機(jī)火焰附近產(chǎn)生的熱力型和快速型氮氧化物幾乎可以忽略不計(jì)，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(yīng)的RTO設(shè)計(jì)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(xué)反應(yīng)的本身開始說起。
首先，二氧化氮和水的反應(yīng)實(shí)質(zhì)是：
1、NO2在水中發(fā)生歧化反應(yīng)，生成HNO3和HNO2（亞硝酸）：
2NO2+H2O=HNO3+HNO2
2、HNO2再發(fā)生分解反應(yīng)：
2HNO2=NO↑+NO2↑+H2O
此反應(yīng)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(rèn)為是HNO2進(jìn)一步發(fā)生歧化反應(yīng)：3HNO2=HNO3+2NO↑+H2O）
將以上兩個(gè)反應(yīng)合寫起來，就得到NO2溶于水的反應(yīng)：
3NO2+H2O=2HNO3+NO↑
實(shí)際上，只有高濃度的HNO2在水中才能分解或者歧化反應(yīng)，低濃度的HNO2在水中有相當(dāng)穩(wěn)定性，因此上述NO2溶于水的反應(yīng)，只有在NO2和水都是大量的情況下，才是主要反應(yīng)，例如工業(yè)氨氧化制硝酸，吸收塔中的反應(yīng)就以3NO2+H2O=2HNO3+NO為主，因此吸收過程中要補(bǔ)充空氣。
但在實(shí)驗(yàn)室中，少量NO2氣體溶于大量水，實(shí)際上發(fā)生的主要反應(yīng)只有反應(yīng)：
2NO2+H2O=HNO3+HNO2
HNO2在稀溶液中是比較穩(wěn)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(huì)生成更穩(wěn)定的亞硝酸鹽，NO2更會(huì)完全被吸收：
2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O
進(jìn)一步說，在稀溶液中，HNO2的分解實(shí)際是一個(gè)可逆反應(yīng)：
2HNO2?NO↑+NO2↑+H2O
也就是說，在大量水的情況下，下列反應(yīng)也是可以發(fā)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
所以通過以上實(shí)驗(yàn)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(jù)業(yè)主提供的氮元素或者氮氧化物的在VOCs中的含量，YIHEAC可以計(jì)算出洗滌塔需要配置的參數(shù)和級(jí)數(shù)，從而達(dá)到完全脫出氮氧化物的目的。
