NaClO2溶液同时脱硫脱硝技术研究


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【摘 要】湿法同时脱硫脱硝技术主要分为氧化吸收法(以氯酸、NaClO2、KMnO4、乳化黄磷、O3作为氧化剂吸收NO,转化为NO2)和络合吸收法(向溶液中注入添加剂增强NO的溶解度)两大类型,本文将NaClO2作为研究的重点。本文将研究NaClO2在脱硫脱硝技术中的应用,NaClO2同时脱硫脱硝工艺有设备简约、脱硫脱硝效率高、成本低的特点,本文将通过试验的方式和工业现场测试进行数据收集,为NaClO2在脱硫脱硝技术的研究和应用提供价值参考。

【关键词】NaClO2 脱硫脱硝 影响因素

随着中国经济的飞速发展,大气污染也成为人们日益关注的问题,烟气中排放的二氧化硫和氮氧化物是大气污染的主要构成物,因此,烟气脱硫和烟气脱硝成为推动工业发展的研究热点。目前单独进行烟气脱硫或烟气脱硝的技术已经相对完善,但是这些技术一般都是针对某一种烟气污染物,脱除特定污染物需要特定的设备、特定的场地、特定的化学剂等,已经不能更好的适应电厂发展的需求。

对于脱硫脱硝技术一体化的研究主要分为两种:联合脱硫脱硝和同时脱硫脱硝。需要注意的是联合脱硫脱硝就是简单将脱硫技术和脱硝技术两种工艺联合在一起达到脱硫脱硝的效果,但是这种工艺占地大、投资大,为此同时脱硫脱硝工艺的简约和投资小的优点成为研究的重点,同时脱硫脱硝技术主要分为湿法、干法和半干法,其中湿法同时脱硫脱硝的工艺更加简单,更有研究价值。

湿法同时脱硫脱硝技术主要分为氧化吸收法(以氯酸、NaClO2、KMnO4、乳化黄磷、O3作为氧化剂吸收NO,转化为NO2)和络合吸收法(向溶液中注入添加剂增强NO的溶解度)两大类型,本文将NaClO2作为研究的重点。

1 NaClO2同时脱硫脱硝试验

1.1 NaClO2 脱硝试验

1.1.1 NaClO2脱硝试验参数

NaClO2作为氧化剂在同时脱硫脱硝中的研究是非常广泛的,NaClO2溶液的氧化性能较好,在同时作为同时脱硫脱硝中的效果也是非常明显,下面将对NaClO2作为氧化剂的浓度变化对脱硫脱硝效果的影响进行试验:

试验参数:NO的初始浓度为740mg/m3,初始温度为20℃,吸收液初始pH值为不调节(7.0左右)。

1.1.2 NaClO2脱硝试验反应机理

NO在水中的溶解度较低。但NO在水中能够与NaClO2进行氧化反应,生成NO3-,同时ClO2-则转化成Cl-和ClO-,具体反应式为:

NaClO2→Na++ClO2-

2NO+ClO2-→2NO2+Cl-

NO+ClO2-→NO2+ClO-

4NO2+ClO2-+4OH-→4NO3-+Cl-+2H2O

2NO2+ClO2-+2OH-→2NO3-+ClO-+2H2O

在此过程中会生成HNO3成分,pH值也会在迅速转变为酸性,同时NaClO2在酸性溶液中会产生反应,自动分解生成ClO2和Cl2,具体反应式为:

ClO2-+H+→HClO2

8HClO2→6ClO2+Cl2+4H2O

2ClO2-+Cl2→2Cl-+ClO2

4ClO2-+2H+→2ClO2+ClO3-+Cl-+2H2O

随着反应中HNO3在吸收液中的增加,溶液的pH值迅速降低转变为强酸性,但是NaClO2在酸性中的氧化效果会逐步失效,此时生成的ClO2的氧化性随之增长,逐步取代NaClO2成为新的氧化剂,同NO反应,最终实现脱硝效果,具体反应式为:

4NO+3ClO2-+2H2O→4HNO3+3Cl-

5NO+4HCl→4ClO2+5Cl-+2H2O

5NO+3ClO2+4H2O→5HNO3+Cl-

1.2 NaClO2同时脱硫脱硝试验实验效果

SO2易溶解于水,通过与液体反应能够起到脱硫的效果,但是NO在水中的溶解度较低。

试验参数:SO2的初始浓度为2860mg/m3,NO的初始浓度为740mg/m3,初始温度为20℃,吸收液初始pH值为不调节(7.0左右)。

以下是NaClO2作为氧化剂在试验中浓度变化对同时脱硫脱硝的效率图(图1)。

图1 NaClO2浓度对同时脱硫脱硝效果的影响

NaClO2初始浓度:0mmol/L;SO2的初始浓度为2860mg/m3,NO的初始浓度为740mg/m3,液气比(L/G)为20L/m3,初始温度为20℃,吸收液初始pH值为不调节(7.0左右)。

通过试验能够看出:SO2的水溶性很好,在没有NaClO2的情况下,脱硫率就能够达到60%,随着NaClO2浓度的增长,脱硫的效果也会更加明显,当NaClO2的浓度到达15mmol/L时,脱硫率能够达到100%左右(仪表测不出),可见NaClO2对脱硫的效果是非常理想的;

NO的水溶性很低,在没有NaClO2的情况下几乎是没有任何反应,随着NaClO2浓度的增长,脱硝率也随着缓慢上升,在NaClO2浓度维持在0-5mmol/L时,脱硝率速度直线上升,达到第一个高点60%左右,随后进入缓慢上升期,当NaClO2浓度达到15mmol/L时,脱硝率达到100%左右(仪表测不出)。

通过试验的数据能够看出NaClO2作为氧化剂在同时脱硫脱硝效果上是非常明显的,是一种良好的氧化剂。

1.3 各试验参数对脱硫脱硝效率的影响

通过上面的试验能够看出NaClO2的浓度变化对脱硫脱硝效果的影响,为了更明确各试验参数的变化在脱硫脱硝试验中所起到的作用,以及对脱硫脱硝效果的影响,在其它参数不变的情况下,单独改变某一参数,从而分析影响脱硫脱硝效果的主要因素。

1.3.1 初始pH值

湿法进行烟气脱硫脱硝中,往往初始pH值的设定成为脱硫脱硝试验中影响脱硫脱硝效果的重要因素。

NaClO2的氧化性能同pH值得变化成反比,pH值越大,NaClO2的氧化效果就会变的逐渐微弱,而pH值越小,NaClO2的氧化效果和氧化电位反而会增强,当pH值控制在2-3范围内时,脱硫率竟能达到95%左右,脱硝率也能够控制在92%左右,脱硫脱硝的速度也会相应的提高。同时在pH较低的情况下ClO2-会分解为ClO2和Cl2气体,由于这两种气体的融入,溶液的脱硫脱硝效果会迅速提升。

1.3.2 烟气的初始浓度

这里讲的烟气的初始浓度一般来讲是指SO2和NO的初始浓度,为了更好地进行试验对比,在控制NO初始浓度的情况下,增加SO2的浓度,这时会发现随着SO2浓度的增加,脱硫脱硝的效果都会降低。主要原因是吸收液中的吸收推动力是一定的,当SO2的浓度较小时,相应得到的吸收推动力就会越大,这样脱硫的效果也越好,但是随着SO2浓度的增加,每单位下得到的吸收推动力就会相应的减少,脱硫效果也就随着降低。同时由于SO2和NO的电极电势相当,两者会争夺氧化剂,这样当SO2浓度增加时,就会夺取更多的氧化资源,NO获得的氧化资源就相应的减少,脱硝效果也会随之降低。同样的道理,当NO浓度增加时,尽管SO2溶解性能较高,在初期会保持较高的脱硫效果,但是随着NO浓度慢慢增加,这种优势就会降低,最终脱硫脱硝效果都会降低。

1.3.3 液气比

在其他试验参数保持一定的情况下,液气比L/G越大,相应的气液接触面积就会越大,同时加强了气体吸收的推动力,SO2和NO的脱除率也会变得较高,随着液气比L/G的慢慢增大,这种效果就会越明显。但是当液气比L/G达到一定程度时,有效吸收的表面积就不会继续增加,反而有所减少,同时液气比L/G的增加将会增加脱硫脱硝工艺的投资,经济效益会降低,所以液气比L/G的影响因素不应单考虑脱硫脱硝的效果,需要综合考虑,为此,本实验将液气比控制在20L/m3(石灰石法喷淋塔的液气比的适宜范围为15-25 L/m3)。

1.3.4 反应温度

温度是每一个化学反应中不可忽视的因素,本实验也不例外,在保持其他参数不变的情况下,由低温开始进行温度变化,随着温度的缓慢提升,脱硫率和脱硝率也随之增长,当温度到达30℃时,脱硫脱硝效果到达高点,随后脱硫率和脱硝率进入缓慢提升期,在温度到达50℃时,脱硫率出现回落。由此可见,随着温度的提升,提高了气体分子的活跃性,在单位时间内增加了有效碰撞,同时加快了NaClO2的分解速度,加快了氧化反应,达到较明显的脱硫脱硝效果,但是当温度到达一定值时,这种有效性就会降低,原因是SO2的溶解度在温度升高的情况下会降低,影响脱硫率。

1.4 现场工业试验

现场加入亚氯酸钠,浓度控制在试验室水平,用便携式烟气测试仪进行测试,氮氧化物与二氧化硫均不能检出,四小时后,再用便携式烟气测试仪进行测试,能检出二氧化硫与氮氧化物。

为什么没有检出,考虑有如下几种因素:

(1)仪器的检测精度不够。

(2)现场使用的脱硫剂为氧化镁,PH在7左右。

(3)现场的温度区间在50度左右。

(4)现场加入亚氯酸钠的空间液气比为1左右。

2 结语

烟气同时脱硫脱硝技术能够很好地处理SO2和NO的脱除工作,如果单独的进行脱硫技术或者脱硝技术的应用势必会造成顾此失彼,但如果将两种技术单纯的联合在一起,就会浪费大量的资源,占更大的空间,因此最好的方法就是将SO2和NO同时脱除,这种技术在国内尚处在研究阶段。

本文针对NaClO2溶液在湿法脱硫脱硝的效果进行试验,并对影响脱硫脱硝效果的各种因素做了分别的说明,通过本试验能够看出,NaClO2在同时脱硫脱硝的湿法中是比较有前景的。但是应当注意的是,这种湿法同时脱硫脱硝工艺容易生成污染,同时因为过程中pH值的变化会对反应系统产生一定的腐蚀性,因此进一步研究和改进NaClO2同时脱硫脱硝技术是非常有必要的。

参考文献:

[1]王琼,胡将军,邹鹏.NaClO2湿法烟气脱硫脱硝技术的研究[J].江西电力,2004(6):14-16.

[2]严金英.燃煤烟气NaClO2/NaClO复合吸收液同时脱硫脱硝试验研究[D].浙江:浙江工业大学,2011.

[3]蒋文举.烟气脱硫脱硝技术手册[M].北京:化学工业出版社,2007.

作者简介:张伟岭(1971—),男,汉族,山东临沂沂水人,本科,助理工程师,毕业于:青岛大学,就职于:青岛汇承集控环境系统有限公司,研究方向:纺织工程系纺织工程专业;从业经历:从事过纺织厂空调设计、电力配电设计、纺织厂工艺设计、脱硫DCS设计、脱硫工艺设计等工作。