活性炭法烟气脱硫工艺中硫酸转化条件的实验研究

第36卷　第1期2002年1月

西　安　交　通　大　学　学　报

JOURNAL OF XI′AN J IAO TON G UN IV ERSITY

Vol.36　№1

Jan.2002

文章编号:0253-987X(2002)01O0108O03

活性炭法烟气脱硫工艺中硫酸转化条件的实验研究

刘　义,曹子栋

(西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安)

摘要:在活性炭法烟气脱硫工艺中,通过对各项参数的控制,得出使二氧化硫反应生成为硫酸的转化条件.实验结果表明,将吸附温度控制在60℃以上,并保证在烟气中有足够的水蒸气含量,就可以将二氧化硫充分地转化为硫酸.

关键词:活性炭;吸附;烟气净化

中图分类号:X842　文献标识码:A

Conditions of the T ransformation from Sulf ur Dioxide to Sulf uric

Acid in Flue G as Active C arbon Desulf urization

L i u Yi,Cao Zi dong

(School of Energy and Power Engineering,Xi′an Jiaotong University,Xi′an710049,China)

二氧化硫是一种最常见的工业有害排放物.目前,我国应用最为广泛的是石灰法脱硫.采用石灰法脱硫,副产品为低品质的熟石膏,将其回收以后的利用率很低,因而经济价值很不明显,而且易造成二次污染.本文所采用的活性炭法烟气脱硫工艺,将回收的二氧化硫(SO2)的最终产物转变为硫酸(H2SO4),从而使脱硫副产品具有较高的工业应用价值[1].

硫酸是一种用途极为广泛的化工产品,我国主要采用焙烧硫铁矿的方法来生产硫酸.这种传统的硫酸生产工艺,需要经过破碎、筛分、配料、焙烧、炉气净化、催化氧化、吸收等操作环节.在催化氧化的过程中,需要采用以五氧化二钒为主体的钒催化剂,而且要保证425～600℃的操作温度.为了提高硫的利用率和减少环境污染,还需要进行两转两吸的流程,因而是一项极为复杂的生产过程.[2]

在使用活性炭作为吸附剂吸附纯净SO2的时候,吸附率是比较小的.但是,当烟气中有氧和水蒸气存在时,由于活性炭表面力的作用,可在活性炭表面发生如下反应

SO2+H2O+

1

2

O2

　活性炭　

H2SO4

由于H2SO4的分子活性远小于SO2,因而更易于被活性炭吸附,从而使吸附率大为增加,例如在吸附温度为60℃的时候,活性炭对纯净SO2的吸附率仅为2%,而当存在氧和水蒸气的时候,吸附率可达13%[3].

这些附着于活性炭空隙中的硫酸,可在水洗脱附工艺中被洗出并收集,得到一定浓度的硫酸水溶液,再经过多级浓缩,使其转化为具有商品价值的浓硫酸.

如果将以上这个过程应用于工业生产,既可以有效地处理烟气中含有的大量的SO2污染物,又可以大大地简化传统的硫酸生产工艺,得到有较高品质的副产品硫酸.这个一举两得的生产工艺具有十分广泛的应用前景.然而,为将其用于生产实际,

收稿日期:2001O06O15.　作者简介:刘　义(1974～),男,博士生;曹子栋(联系人),男,教授,博士生导师.

SO 2转化的可行性以及具体的转化条件必须通过一系列的实验才能够得出.

1　实验原理和装置

该实验根据柳州启东有色金属冶炼厂提供的烟气成分指标,通过在空气中配比相同含量的SO 2和水蒸气来模拟烟气.

实验采用太原新华化工厂生产的ZL -80型活性炭,脱硫的主要过程发生在玻璃吸附柱内,实验装置简图见图1.吸附柱底部阀门用来收集酸液,净化后的烟气由顶部排出.吸附柱上部设有淋水盘,用于将模拟烟气均匀加湿.用电阻丝加热模拟烟气,热烟气通入吸附柱加热活性炭,用镍铬O 镍铝热电偶以及自补偿电位差计测量SO 2通过活性炭层前、后时吸附柱内的空气温度,并以其平均值作为实验温度

.

图1　活性炭烟气脱硫装置

将固体碘溶于酒精配成溶液,由于碘是强氧化

剂,可与H 2SO 3反应而使本身黄色消褪,故可用来检测溶液中是否含有H 2SO 3.

在每次吸附结束后进行水洗脱附,将收集到的溶液量取10ml ,用滴碘法测定溶液中是否含有亚硫酸,并通过对实验条件的控制,寻求SO 2生成H 2SO 4的转化条件,影响SO 2转化率的条件主要有以下3点.

(1)温度条件:在该反应过程中,随着温度的升

高,反应平衡点向右移动,从而使H 2SO 4转化率升高.

(2)湿度条件:从反应方程式中可以看出,提高

水蒸气在烟气中的含量,将使反应平衡点向右移动,使H 2SO 4转化率升高.

(3)氧气含量:烟气中氧气的存在,是使得化学吸附过程发生的必要条件,氧气的含量同样决定着H 2SO 4转化率的大小.

2　实验过程及结果分析

首先,将实验过程分为2个环节,干态和湿态.干态是指活性炭未经加湿前的状态,此时实验气体的水蒸气含量仅为空气中的水蒸气含量,远小于实际烟气中的水蒸气含量.按照10%(水蒸气与烟气的体积比)的比例喷淋加湿后,活性炭的状态为湿态.此时,模拟烟气中的水蒸气含量就近似等于实际烟气中的水蒸气含量.

将实验温度控制在60℃,分别对干态和湿态两种状态下的活性炭通入模拟烟气进行吸附,然后水洗脱附,洗出的酸液进行滴碘测试.观测到的结果为:在干态下,酸液中逸出大量具有刺激性气味的气体,且滴碘足量溶液不显色,证明该酸液含有大量的H 2SO 3;在湿态的情况下,溶液无气味,而且滴碘一

滴即显色,说明酸液中的溶质基本上已经是H 2SO 4,H 2SO 3含量甚微,用滴碘法已经无法检测,因而可以

忽略不计.

该实验证明:在温度条件满足的情况下,水蒸气的存在是SO 2得以转化为H 2SO 4的必要条件,而烟气中的水蒸气含量足以使SO 2充分地转化为H 2SO 4,不需要在反应过程中补充水分.

在湿态的情况下,进一步研究实验温度对转化

率的影响,实验结果如表1所示.

表1　不同实验温度下10ml 试样滴碘测试结果

进口温度/℃出口温度/℃实验温度/℃滴碘显色情况

252022.516滴显色332529.011滴显色423538.57滴显色554751.04滴显色645660.01滴显色716668.51滴显色83

77

80.0

1滴显色

9

01第1期 刘　义,等:活性炭法烟气脱硫工艺中硫酸转化条件的实验研究