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氮氧化物(氮氧化物是怎么产生的)

2020-01-17 14:33:05发布

  氮氧化物(nitrogenoxides)包括多种化合物,如一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(N0)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮(N203)、四氧化二氮(N204)和五氧化二氮(N205)等。除二氧化氮以外,其他氮氧化物均极不稳定,遇光、湿或热变成二氧化氮及一氧化氮,一氧化氮又变为二氧化氮。因此,职业环境中接触的是几种气体混合物常称为硝烟(气),主要为一氧化氮和二氧化氮,并以二氧化氮为主。氮氧化物都具有不同程度的毒性。


  氮氧化物是怎么产生的


  氮氧化物的形成:


  天然排放的氮氧化物,主要来自土壤和海洋中有机物的分解,属于自然界的氮循环过程。人为活动排放的NO,大部分来自化石燃料的燃烧过程,如汽车、飞机、内燃机及工业窑炉的燃烧过程;也来自出产、使用硝酸的过程,如氮肥厂、有机中间体厂、有色及黑色金属冶炼厂等。


  基本概念:


  氮氧化物指的是只由氮、氧两种元素组成的化合物。常见的氮氧化物有一氧化氮(NO,无色)、二氧化氮(NO2,红棕色)、一氧化二氮(N2O)、五氧化二氮(N2O5)等,此中除五氧化二氮常态下呈固体外,其他氮氧化物常态下都呈气态。作为空气污染物的氮氧化物(NOx)常指NO和NO2。


  理化性质:


  除五氧化二氮为固体外,其余均为气体。分子式NOx。此中四氧化二氮是二氧化氮二聚体,常与二氧化氮混合存在构成一种平衡态混合物。一氧化氮和二氧化氮的混合物,又称硝气(硝烟)。


  相对密度:一氧化氮接近空气,一氧化二氮、二氧化氮比空气略重。


  熔点:五氧化二氮为30℃,其余均为零下。


  均微溶于水,水溶液呈不同程度酸性。一氧化氮、二氧化氮水中分解生成硝酸和氧化氮。一氧化二氮300℃以上才有强氧化作用,其余有不同程度氧化性,出格是五氧化二氮,在-10℃以上分解放出氧气和硝气。氮氧化物系非可燃性物质,但均能助燃,如一氧化二氮(N2O)、二氧化氮和五氧化二氮遇高温或可燃性物质能引起爆炸。


  危害:


  氮氧化物可刺激反油分廖部,使人较难抵抗感冒之类的呼吸系统疾病,呼吸系统有问题的人士如哮喘病患者,会较易受二氧化氮影响。对儿童来说,氮氧化物可能会造成反油分廖部发育受损。研究指出长期吸入氮氧化物可能会导致反油分廖部构造改变,但仍未可确定导致这种后果的氮氧化物含量及吸入气体时间。


  以一氧化氮和二氧化氮为主的氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。汽车从头至尾气中的氮氧化物与碳氢化合物经紫外线照射发生反应形成的有毒烟雾,称为光化学烟雾。光化学烟雾具有特殊气味,刺激眼睛,伤害植物,并能使大气能见度降低。另外,氮氧化物与空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸是酸雨的成分。大气中的氮氧化物主要源于化石燃料的燃烧和植物体的焚烧,以及农田土壤和动物排泄物中含氮化合物的转化。


  处理方法:


  工业中主要使用还原剂(氨气、尿素、烷烃等)与氮氧化物发生化学反应中和掉氮氧化物,工艺主要有抉择性催化还原法(SCR)和抉择性非催化还原法(SNCR)等,氨气与氮氧化物反应后生成氮气与水,从而达到无污染排放。主要应用到取暖,供电等等行业。但在轮船等行业中,氮氧化物控制实施难度更大一些(主要是氨气制造比较困难而携带氨气罐又比较危险),但目前也有一些应用业绩。


  氮氧化物超标的原因和处理措施


  氮氧化物可刺激反油分廖部,使人较难抵抗感冒之类的呼吸系统疾病,呼吸系统有问题的人士如哮喘病患者,会较易受二氧化氮影响。


  对儿童来说,氮氧化物可能会造成反油分廖部发育受损。研究指出长期吸入氮氧化物可能会导致反油分廖部构造改变,但仍未可确定导致这种后果的氮氧化物含量及吸入气体时间。


  以一氧化氮和二氧化氮为主的氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。汽车从头至尾气中的氮氧化物与碳氢化合物经紫外线照射发生反应形成的有毒烟雾,称为光化学烟雾。光化学烟雾具有特殊气味,刺激眼睛,伤害植物,并能使大气能见度降低。


  工业中主要使用还原剂(氨气、尿素、烷烃等)与氮氧化物发生化学反应中和掉氮氧化物,工艺主要有抉择性催化还原法(SCR)和抉择性非催化还原法(SNCR)等,氨气与氮氧化物反应后生成氮气与水,从而达到无污染排放。主要应用到取暖,供电等等行业。


  但在轮船等行业中,氮氧化物控制实施难度更大一些(主要是氨气制造比较困难而携带氨气罐又比较危险),但目前也有一些应用业绩。


  氮氧化物(NOx)种类很多,常见的包括一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5),另外还有一氧化氮二聚体(N?O?)、叠氮化亚硝酰(N?O)、三氧化氮(NO?)。


  但主要是NO和NO2,它们是常见的大气污染物。另外三硝基胺(N(NO2)3)也是仅由氮、氧元素组成的化合物,但不是严格意义上的氧化物。


  N2O3和N2O5都是酸性氧化物,N2O3的对应酸是亚硝酸(HNO2),N2O3是亚硝酸的酸酐;N2O5的对应酸是硝酸,N2O5是硝酸的酸酐。NO、N2O、N2O4和NO2都不是酸性氧化物。


  氮氧化物主要伤害人体的


  正常大气组成中,氮约占大气总量的79%。氮作为单个游离原子具有很高的反应活性。但在大气中大量存在的是化学性质稳定的氮分子。对人体健康有危害的主要是指氮和氧相结合的各种形式的化合物,包括:一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、三氧化二氮(N2O3)、二氧化氮(NO2)、四氧化二氮(N2O4)、五氧化二氮(N2O5)等。


  氮氧化物对眼睛和上呼吸道粘膜刺激较轻,主要侵入呼吸道深部的细支气管及肺泡。当氮氧化物进入肺泡后,因肺泡的表面湿度增加,反应加快,在肺泡内约可阻留80%,一部分变为四氧化二氮。四氧化二氮与二氧化氮均能与呼吸道粘膜的水分作用生成亚硝酸与硝酸,对肺组织产生强烈的刺激及腐蚀作用,从而增加毛细血管及肺泡壁的通透性,引起肺水肿。亚硝酸盐进入血液后还可引起血管扩张,血压下降,并可与血红蛋白作用生成高铁血红蛋白,引起组织缺氧。高浓度的一氧化氮亦可使血液中的氧和血红蛋白变为高铁血红蛋白,引起组织缺氧。


  因此,在一般情况下当污染以二氧化氮为主时,对肺的损害比较明显,严重时可出现以肺水肿为主的病变。而当混合气体中有大量一氧化氮时,高铁血红蛋白的形成就占优势,此时中毒发展迅速,出现高铁血红蛋白症和中枢神经损害症状。一氧化氮含量在100×10-6以上时,几分钟就能致人和动物死命,吸入浓度为5×10-6的二氧化氮,几分钟就能危害呼吸系统。氮氧化物由于参与光化学烟雾和酸雨的形成而危害性更大。


  氮氧化物排放标准2019


  以天津市发布的《火电厂大气污染物排放标准》为例,电厂烟气排放标准颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度可以稳定达到10毫克/立方米、35毫克/立方米、50毫克/立方米以下。


  发布实施《火电厂大气污染物排放标准》主要有两方面考虑:


  一是,2016年6月我市全部公共煤电机组、2017年11月我市全部自备煤电机组,累计共17家45台,全部完成了超低排放改造,监测数据显示颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度可以稳定达到10、35、50mg/m3以下。


  现行的国家《火电厂大气污染物排放标准》出格排放限值中,燃煤发电锅炉颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放标准分别为20、50、100mg/m3,已不能满足我市火电厂大气污染控制要求。此外,按照天津市2017年PM2.5当地排放源解析,燃煤电厂贡献率为8.0%。


  二是,湿法脱硫烟气中含有大量可凝结颗粒物,其主要包含硫酸雾和可溶性盐,随烟气排入大气环境,降温后冷凝会形成细颗粒物。降低烟气排放温度对去除烟气中的可凝结颗粒物具有明显效果。为此,有必要对烟气排放温度提出明确要求。


  经测算《火电厂大气污染物排放标准》实施后,通过冷凝脱水深度治理,每年可减少烟气中随水蒸气一同排放可凝结颗粒物约1800吨,在一般气象条件下,PM2.5年均浓度可降低约2μg/m3;通过降低排烟温度,每年可回收冷凝水约800万吨。


  若全部用于脱硫补水,按工业用水7.9元/吨测算,每年预计可节约费用6320万元。尤其是新建项目自标准发布之日起实行;现有燃煤发电锅炉自2018年7月1日起实行相应排放浓度限值,现有燃煤发电锅炉及65t/h以上燃煤非发电锅炉自2019年11月1日起实行烟气排放温度控制要求。


  现有燃油锅炉、燃气锅炉、燃气轮机组及65t/h以上燃煤非发电锅炉自2019年7月1日起实行相应排放浓度限值。

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