腐植酸鈉吸收煙氣中SO2和NO2的實驗及機理研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，燃煤煙氣中的SO2和NOx造成的大氣污染日益嚴重。如何經(jīng)濟有效的控制SO2和NOx的排放已成為科學(xué)研究的前沿?，F(xiàn)行的煙氣脫硫脫硝工藝中，濕法因其技術(shù)成熟、脫硫脫硝率高等優(yōu)點而得到了廣泛應(yīng)用，但同時也存在著投資大、成本高、回收率低甚至造成二次污染等缺點，發(fā)展中國家對此難以接受。因此，研究并開發(fā)適合我國國情的煙氣脫硫脫硝技術(shù)對解決我國的SO2、NOx污染問題具有十分重要的意義。
　　 本論文提出了一種腐植酸鈉溶

2、液同時吸收SO2和NO2的新工藝，具有成本低、能耗小、無二次污染等優(yōu)點，同時副產(chǎn)一種復(fù)合肥料，實現(xiàn)了以廢治廢、環(huán)境保護和資源化利用。圍繞該工藝的實施，開展了以下研究工作：
　　 (1)腐植酸鈉復(fù)合脫硫劑(HA-Na/α-Al2O3)的制備及其脫硫性能研究。提出了一種新的脫硫劑HA-Na/α-Al2O3的制備方法，用FTIR、SEM、XRD、EDS等方法對脫硫劑進行了分析表征，并在自制的固定床上對其脫硫性能進行了實驗研究，研究表明

3、：氧化鋁纖維負載腐植酸鈉后，改善了氧化鋁載體表面的孔結(jié)構(gòu)，在氧化鋁纖維表面形成了的腐植酸鈉膜，該膜提高了載體氧化鋁纖維的脫硫能力，在脫硫過程中起重要作用。HA-Na/α-Al2O3在浸漬氨水后，由于腐植酸對氨水的強吸附作用，可以減少氨損，提高氨的利用率，較長時間保持高的SO2脫除率(≥98％)。脫硫后的產(chǎn)物是以硫酸銨、腐植酸銨、腐植酸鈉為主的復(fù)合肥，脫硫產(chǎn)物經(jīng)水洗后，氧化鋁纖維獲得再生，可循環(huán)使用。
　　 (2)腐植酸鈉液相脫硫

4、的實驗及機理研究。分析了腐植酸鈉脫硫的機理，在自制的鼓泡反應(yīng)器上，研究了各種運行參數(shù)(如：腐植酸鈉溶液濃度、pH值、溫度、氣流量、含氧量、SO2入口濃度、等)對脫硫效果的影響，結(jié)果表明：腐植酸鈉濃度對脫硫時間的影響較大，但對脫硫率的影響較小，0.06g/mL為最佳濃度。提高SO2的入口濃度可以提高SO2氣液傳質(zhì)的推動力。為了維持較高的脫硫效率，腐植酸鈉溶液的pH值應(yīng)該保持在4.5以上。隨著含氧量的升高，脫硫率稍有升高。低溫有利于SO2吸

5、收。當(dāng)煙氣中存在NO2時，有利于SO2的吸收。在最佳工況下，脫硫率可以維持在98％以上。生成的腐植酸難溶于水溶液，從脫硫液中沉淀分離、干燥后，制成肥料。脫硫后的水溶液經(jīng)過腐植酸鈉調(diào)節(jié)pH至中性后，可循環(huán)利用。
　　 (3)腐植酸鈉溶液吸收NO2的實驗及機理研究。分析了腐植酸鈉吸收NO2的機理，并在鼓泡反應(yīng)器內(nèi)研究了各種運行參數(shù)對吸收 NO2的影響，結(jié)果表明：腐植酸鈉溶液吸收NO2的能力要強于同體積的水，也強于同pH值的NaOH溶

6、液；NO2的吸收效率會隨著腐植酸鈉濃度、氧含量、pH值的升高而增加。高溫不利于NO2的吸收。當(dāng)煙氣中NOx的含量較低時(<0.1％)，NOx的吸收率與氧化度成正比。SO2與NO2共存時，腐植酸鈉溶液會優(yōu)先吸收SO2，當(dāng)SO2吸收飽和后，腐植酸鈉溶液可以繼續(xù)吸收NO2，并且維持較高的吸收率。最佳工況時NO2的吸收率可達95％以上。腐植酸鈉溶液吸收NO2的產(chǎn)物主要是腐植酸、硝酸鈉，分離處理后可制成腐植酸復(fù)合肥。
　　 (4)腐植酸鈉

7、溶液同時吸收SOs和NO2的實驗及機理研究。在鼓泡反應(yīng)器上研究了同時吸收SO2和NO2的吸收率，和在不同酸堿條件下的反應(yīng)生成物，還重點研究了循環(huán)水溶液對同時吸收SO2和NO2的影響，結(jié)果表明：在堿性環(huán)境下，當(dāng)NO2濃度由0變?yōu)?40 ppm時，脫硫率從96.4％增加到97.7％，但隨著NO2濃度的進一步增加，脫硫率反而稍有下降；脫硫的主要產(chǎn)物是SO2-4和SO2-3。堿性環(huán)境下NO2濃度的增加，SO2-4在脫硫產(chǎn)物中的比例逐漸減少，但在

8、在酸性環(huán)境會逐漸增加，說明酸性條件下有利于SO2-3的氧化。隨著NO2的濃度增加，NO2吸收率稍有下降。堿性時，NO2的吸收率在有SO2存在時比無SO2時要稍高；吸收NO2的主要產(chǎn)物是NO-3，兼有少量NO-2。
　　 隨著循環(huán)次數(shù)的增加，脫硫率稍微減小，但NO2吸收率相應(yīng)的增加。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，SO2-4、SO2-3、NO-3、Na+的離子濃度整體遞增，并且SO2-4和 Na+的濃度遠大于其它離子濃度。當(dāng)循環(huán)次數(shù)由1增加到

9、6時，循環(huán)吸收液的初始pH逐漸由10降低到8.1，但是在第6次循環(huán)以后，初始pH基本不變。循環(huán)吸收SO2和NO2的最后pH基本不變，維持在3.3左右。同時吸收SO2和NO2產(chǎn)物主要是硫酸根、亞硫酸根、硝酸根，經(jīng)過靜置分層后，腐植酸沉淀可以分離出來制成腐植酸復(fù)合肥，酸性上清液在經(jīng)過腐植酸鈉調(diào)節(jié)pH至中性后，可循環(huán)利用。腐植酸肥料中氧元素的含量隨著循環(huán)次數(shù)的增加而不斷增加，說明生成腐植酸的含氧基團不斷增加，腐植酸肥料的活性進一步得到了改善。

10、
　　 (5)腐植酸鈉鼓泡塔內(nèi)脫硫傳質(zhì)的建模與數(shù)值模擬。根據(jù)雙膜理論對腐植酸鈉溶液吸收SO2的氣液傳質(zhì)過程進行了理論分析，建立了相應(yīng)的脫硫傳質(zhì)模型。在實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，確定了傳質(zhì)模型中的擬一級反應(yīng)速率常數(shù)、氣泡平均直徑、氣含率、氣液比相面積等參數(shù)，建立了SO2的平衡分壓的多元非線性回歸模型。根據(jù)該脫硫模型對腐植酸鈉吸收SO2的傳質(zhì)過程進行了數(shù)值模擬，并將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行了對比，二者吻合較好。
　　 (6)腐植酸鈉溶

11、液同時吸收SO2和NO2的工藝設(shè)計及經(jīng)濟分析。概括了噴淋塔的工作原理、工藝特點、設(shè)計原則，并據(jù)此設(shè)計、制作了適用于本研究的噴淋塔，同時還設(shè)計制作了腐植酸鈉同時吸收SO2和NO2的工藝流程裝置。實驗結(jié)果顯示，該工藝中SO2吸收率可達98％以上，NO2吸收率可達95％以上，整體效果較好。通過腐植酸鈉吸收SO2和NO2工藝模擬實驗，結(jié)果表明在優(yōu)化工藝運行參數(shù)后，可以實現(xiàn)腐植酸鈉溶液高效的同時吸收SO2和NO2、靜置分離腐植酸沉淀、酸性水的中和