液体吸收法脱除烟气中二氧化硫的研究_陈万仁

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MnSO4 的吸收剂进行解吸试验的结果如图 4 所示。 由图 4 可 知, DM SO 中 添 加 0. 03 mo l/ L
MnSO4 的解吸率受温度影响较大, 温度越高解吸越 好; 在温度为 60~ 80 时, 解吸 60 min 后, 解吸率 均能达 99% 以上, 具有良好的解吸性能。 2. 2 工艺条件对脱硫率的影响 2. 2. 1 吸收剂浓度对脱硫率的影响
60 ;
70 ;
80
2. 1. 4 D M SO 与 Mn2+ 联合脱硫的效果 测定了含有 0. 03 mo l/ L M n2+ 的 D M SO 的脱
硫效果。测定条件是: 溶 液温度 30 左右; 模拟烟
气流量 80 mL / m in。测定结果见表 2。
表 2 D M SO 与 M n2+ 联合脱硫的效果
进气 SO2 体积分数 0. 1792% 。
D M SO 质量分数 100% ;
DM SO 质量分数 80% ;
DM SO 质量分数 60% ;
H 2O
2. 2. 2 吸收液温度对脱硫率的影响 吸收液温度对脱硫率影响试验的结果见图 6。
图 6 吸收液温度对脱硫率的影响
试验条件: 气体流量 80 mL/ m in, 进气 SO 2 体积分数 0. 1783% 。
观察基团 S= 0
纯 DMSO 1029. 9( cm- 1)
表 3 吸收 解吸 SO 2 的 IR 谱特征 DM SO + 0. 03 m ol/ L M nSO4 饱和吸收液
1024. 1cm- 1, 向低频位移了 5. 8cm- 1, 峰的强度变强, 峰宽变窄
再生吸收液 1029. 9( cm- 1)
0. 2353 0. 1961 0. 1870 0. 1373 0. 1250 0. 1072 57. 15
由表 1 可知, 在相同的温度下, 对 SO2 的溶解 度 顺 序 是 D MSO > DM F > DMA > SuH ino l > PEG400> T BP> DEA ( > 表示优于) 。其中 DMF 、 DMSO、D MA 对 SO2 表现出很强的溶解性能, 室温 下吸收 SO2 的能 力均在 1 g/ g 以 上, 相当 于水 对 SO2 吸收能力的 10 倍左右, 即使在温度为 50 时 (接 近 烟 气 的 出 口 温 度) 也 超 过 0. 5 g/ g。 由 于 DMF 、DMA 解 吸 能力 不 甚理 想, 而 DM SO 对 纯 SO2 既有良 好的吸收性 能, 又 有良好的 解吸性能。 因此, 选定 DM SO 做烟气脱硫吸收剂。 2. 1. 2 添加剂对脱硫率的影响
1 试验部分
本试验包括 2 项内容: ( 1) 以吸收效率高和再生 效果好为原则, 选择吸收剂的成分; ( 2) 吸收剂工艺 条件试验。
为筛选对 SO 2 具有良好的 吸收和再生性 能的 有机吸收剂, 我们参考文献[ 6, 7] 选择了一些有机溶 剂进行烟气中 SO 2 吸收的研 究。为使吸收剂 具有 良好的吸收效果, 所选的吸收剂应对 SO2 有较大的 溶解度。为此, 我们首先对各种吸收剂进行了 SO2
在 MnSO 4 存 在 时 SO 2 被 催 化 氧 化 为
吸收液
测定 ( 进气 SO2 ) ,
次数
%
( 出气 SO2) , 脱硫率,
%
%
DM SO + 0. 1
0. 1806
03
2
mo l/ L MnSO4 3
0. 1670 0. 2608
注: 为体积分数的法定符号。
0. 0034 0. 0024 0. 0095
98. 12 98. 56 96. 36
2. 1. 5 D M SO 与 Mn2+ 在不同温度下的解吸情况 在不同 温度下 对 DM SO 中 添加 0. 03 mo l/ L
2. 1. 3 Mn2+ 浓度对脱硫率的影响 M n2+ 浓度对脱硫率影响试验的结果见图 3。
图 2 添加剂对脱硫率的影响
试验条件: 温度 24 , 气体流量 80 m L/ mi n,
进气 SO2 体积分数 0. 1798% 。
D M SO + M n2+ ;
DM SO;
D M SO + Fe3+ ;
[ 摘要] 对烟气中 SO 2 有机吸 收剂进 行了筛 选, 研究 出一种 新型 烟气 脱硫吸 收剂 二 甲基 亚砜加 M n2+ 。与纯二甲基亚砜相比, 添加 M n2+ 对烟气脱硫效率有较大的影响。同时 还进行 了工艺条件试验, 并对新型烟气脱硫吸收剂的吸收机理进行了探讨。 [ 关键词] 烟道气; 二氧化硫; 脱硫; 液体吸收; 吸收剂 [ 中图分类号] X 701. 3 [ 文献 标识码] A [ 文章编号] 1006- 1878( 2002) 04- 0187- 04
188
化工环保
2002 年 第 22 卷
1. 2 试验方法 溶解度测定: 试验前, 将整个装置抽真空, 用高
纯氮冲洗 3 次, 确保完全清除 O2 和 CO 2, 然后再抽 真空, 取 5 mL 脱气的吸收剂于气体吸收管中, 称其 初重( 吸收剂+ 吸收管) , 然后将其置于恒温槽中, 分 别在不同温度下, 以 25 m L / m in 的流速通入 SO2, 约 1 h 时后称重, 继续通入 SO2, 再称重, 直至恒重 ( 吸收剂+ 吸收管+ 吸收的 SO 2) , 最后计算 SO 2 在 吸收剂中的溶解度。
通过研究, 我们筛选出一种对 SO 2 具有吸收效 率高、易解吸、选择性高、毒性小及价廉易得的有机 液体吸收剂, 具有良好的应用前景。
的溶解度和解吸性能的测定, 筛选吸收剂, 然后进行 吸收剂工艺条件试验。 1. 1 试验装置
SO 2 的 溶解度和解吸 性能的测定装 置见文献 [ 8] 。工艺条件试验的吸收装置为大型气泡吸收管, 流程如图 1 所示。SO 2( 纯度 99. 8% ) 、N 2( 纯度 99. 999% ) 均来自钢瓶气。SO 2 与 N2 在含有静态混合 元件的气体混合器中混合, 形成模拟烟气( SO2 体积 分数为 0. 1% ~ 0. 5% ) 。转子 流量计 用来调 节流 量。原料气和净化气中 SO2 浓度检测用 NT S100 型 SO2 测 定仪 测定 ( 南京分 析仪 器厂 制造) , 试 验时 SO 2 与 N2 混合经转子流量计进入吸收器内与吸收 液接触, 同时测定反应器进出气体中 SO2 的浓度, 计算 SO 2 吸收率。
为进一步提高脱硫效果, 我们在吸收液中添加 一些助剂, 如 Fe3+ 、M n2+ 、噻吩等, 考察其对脱硫率 的影响。试验结果见图 2。
图 2 表明, D MSO 中添加 M n2+ , 能明显提高脱 硫率; D MSO 中添加 Fe3+ , 在吸收初期脱硫效果较 好, 但随着吸收时间的增加脱硫率下降; DMSO 中 添加 噻 吩, 对 脱 硫 效 果无 明 显 改 善。 因此, 与 纯 D MSO 相比, D M SO 中添加 Mn2+ 对脱硫效率有较 大的影响。
解吸性能测定: 将上述吸收 SO2 饱和后的吸收
管置于恒温槽中, 在 60 温度下以 25 mL / m in 的 流速通 N 2 约 1 h, 进行解吸, 然后称重, 再计算 SO 2 的解吸率。
2 试验结果及讨论
2. 1 吸收剂的筛选 2. 1. 1 不同溶剂对 SO 2 的溶解度和解吸率
不同溶剂在 不同温度下对 SO 2 的 溶解情况和 在 60 温度下通 N 2 的解吸情况见表 1。
1. 142
1. 000
二甲基乙 酰胺
(DMA)
1. 0213
0. 9062
0. 8055
环丁砜 ( SuHinol)
0. 4844 0. 4063 0. 3594
0. 9091 0. 8000
0. 7143 0. 6122
0. 2969 0. 2656
0. 7455
0. 5714
0. 2Hale Waihona Puke Baidu31
98. 95
项目
SO 2 溶解度/ ( g g- 1 )
SO 2 解吸率, %
温度/
22 30 35 40 45 50 60
二甲基甲 酰胺
( D M F) 1. 350
1. 118 0. 991
0. 879 0. 789
0. 713
88. 68
表 1 SO2 的溶解和解吸情况
二甲基 亚砜 ( DM SO)
1. 355
2002 年 8 月
化工环保 EN V IR O NM EN T AL P RO T ECT IO N O F C HEM ICA L IN D U ST R Y
第 22 卷第 4 期
研究报告
液体吸收法脱除烟气中二氧 化硫的研究
李华, 陈万仁, 刘大壮
( 郑州大学 工学院, 河南 郑州 450002)
图 1 SO2 吸收装置工艺流程
[ 收稿日期] 2001- 05- 20; [ 修订日期] 2001- 08- 26 [ 基金项目] 河南省重大科技项目( 001200420) [ 作者 简介] 李华( 1967 ) , 女, 河南省 郑州市人, 博 士, 郑 州 大学工学院工程师, 主要从事大气污染治理方面的研究。
不同浓度吸收剂对脱硫率影响试验的结果见图 5。 由图 5 可见, 与对 照( H2O ) 相比, 各种浓度 的 DMSO 对低 浓度 SO2 都有很好 的脱除效 果, 而 且 SO 2 脱除率随吸收液浓度的升高而提高。
图 5 D M SO 浓度对脱硫率的影响
试验条件: 吸收液温度 24 , 气体流量 60 m L/ min ,
25 ;
30 ;
40 ;
50
190
化工环保
2002 年 第 22 卷
由图 6 可知, 在其他条件不变的情况下, 吸收液 温度升高脱硫率下降, 且吸收液温度对脱硫率的影 响比较明显。 2. 3 吸收机理探讨
DMSO 是 强极 性有 机溶剂, 具 有较 大 的偶 极 矩, 而 SO 2 又是极性气体分子, 因此 D MSO 对 SO 2
86. 14
99. 00
聚乙二醇 ( PEG 400)
0. 4706 0. 4018 0. 3208 0. 2564 0. 1887 0. 1487 99. 00
磷 酸三 丁脂 ( T BP) 0. 3542
0. 3025 0. 2292
0. 1875 0. 1667
0. 1458
99. 00
二乙醇胺 ( D EA )
有较大的溶解能力。表 3 为吸收 解吸 SO 2 的 IR 谱特征。由表 3 可知, DM SO 中添加 0. 03 m o l/ L M nSO4 的饱和吸收液与纯 DMSO 相比, 其特征吸 收峰位移很小, 说明 DMSO 对 SO2 的吸收是一个以 物理吸收为主的过程; 解吸后, 其特征吸收峰又回到 原位, 说明其对 SO 2 有很好的解吸能力。
据统计, 全世界每年排入大气中的 SO 2 大约有 0. 2 G t[ 1] , 并有逐年增长之势。国内外对烟气脱硫 问题做了大量研究, 开发出各种干法和湿法脱硫方 法[ 2~ 5] 。但对烟道气等低浓度 SO2 的脱除, 目前仍 没有理想的方法, 其主要原因在于所用技术投资大、 运行费用高、管理维护困难等。以传统而价廉的石 灰/ 石灰石为吸收剂的各种改进方法, 仍为目前烟气 脱硫的主要方法。活性炭、分子筛脱硫技术虽然能 有效地脱除 SO2, 但资金投入及操作成本高。电子 束辐射技术需消耗太多的电能。化学法代价大, 且 大多不能再生。比较经济的方法是再生法, 但就目 前的几种再生法而言, 某种程度上都存在着投资大、 操作费用高等问题。
DM SO+ 噻吩
从图 3 可以看出, 加入不同浓度的 Mn2+ , 脱除 SO 2 的效 果 均优 于 纯 D M SO , 最佳 M n2+ 浓 度为 0. 03 mo l/ L 左右。
第4期
李华等. 液体吸收法脱除烟气中二氧化硫的 研究
189
图 3 M n2+ 浓度对脱硫率的影响
试验条件: 温度 30 , 进气 SO2 体积分数 0. 1806% ,
气体流量 80 mL/ m in, M n2+ 浓度 0. 03~ 0. 1 m ol/ L。
D M SO + 0. 03 mol/ L M n 2SO 4;
D M SO + 0. 05 m ol/ L
M n2SO 4;
D M SO + 0. 1 mol/ L M n 2SO 4;
DM SO
图 4 DM SO 中添加 M nSO4 时在不同温度下的解吸曲线
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