烟气脱硫强化剂的作用及机理研究

论文摘要

我国多煤少油贫气的特殊国情决定了硫含量3%-4%的煤炭成为我国的主要能源,势必带来严重的SO2污染问题,此外节能环保作为“十二五”规划期间的七大战略新兴行业之首,因此在我国研究烟气脱硫具有特殊重要意义。湿法石灰石脱硫技术是目前最为常用的烟气脱硫方法,通过加入强化剂,能在不改变固有吸收塔等设备情况下很好地增强石灰石湿法烟气脱硫的脱硫效率,本文以反应工程学理论为基础,建立了两套实验室烟气脱硫装置,在模拟工业操作条件下对有机酸强化剂的强化作用和机理进行了实验研究和机理探讨。主要进行了以下工作：1、在建立的鼓泡脱硫装置上,考察了不同温度、不同浆液pH和碳酸钙浓度下己二酸对石灰石湿法烟气脱硫的强化作用。结果显示,己二酸加入缓冲了浆液pH,提高了脱硫率,当己二酸加入浓度为100ppm,浆液pH为5时脱硫率提高6%左右,但当加入量达400ppm以上,己二酸浓度增加对脱硫率提高影响不大。己二酸存在时当温度从16℃升高到50℃,脱硫率几乎保持不变,己二酸的加入减弱了温度对脱硫率的影响。在强化剂浓度为50～800ppm下拟合实验数据得到脱硫率与浆液中强化剂的浓度、温度、烟气中SO2含量以及浆液pH的关系如下：η=1-（270.6一0.208wa+0.0273T一8.97y）exp（-1.87pH）,用该方程预测值与实验结果能够较好吻合。2、用Aspen-plus化工模拟软件建立了湿法石灰石烟气脱硫模型,分析了工业脱硫条件下脱硫过程浆液中各离子的平衡浓度,在此基础上分析脱硫机理。结果显示,浆液中强化剂的加入加大了游离钙离子的平衡浓度,促进了脱硫反应。并且碳酸钙的加入量有一临界值（约0.2%）,大于临界值后,脱硫率并不随石灰粉的加入量而变,此时浆液中的游离钙离子浓度为一饱和值。对脱硫固体产物进行电镜、能谱以及XRD分析,结果与Aspen-plus模拟结果一致,即随着pH的下降,浆液中无固体碳酸钙存在,硫酸钙晶体在结晶过程中并未对碳酸钙颗粒进行包裹。3、建立了一套高1m,直径35cm连续操作的喷淋塔烟气脱硫装置,以及在工业操作条件下的实验室评价体系。在该体系中对己二酸、柠檬酸以及AGS废酸三种有机酸的强化能力、己二酸的pH缓冲能力及碳酸钙的利用率进行了评价。结果表明,强化性能的高低依次为：己二酸>AGS>柠檬酸；己二酸能很好地实现浆液pH的缓冲,己二酸加入浓度400ppm时,碳酸钙利用率可以提高15%左右。并对碳酸钙粒径以及浆液中氯离子浓度的影响进行了评价。4、在双膜模型基础上,建立了存在强化剂时喷淋塔烟气脱硫的传质模型,结合喷淋塔实验数据回归得到了模型参数—气相总传质系数,KGa。结果显示,己二酸浓度400ppm时,气相总体积传质系数显著提高,在浆液pH为5时,相对增强因子E’达到1.29倍。结合以上有机酸强化剂促进石灰石湿法烟气脱硫的增强作用以及微观反应机理的研究结果,可以进一步开发更经济有效的脱硫强化剂及脱硫工艺。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目次
• 第一章 引言
• 第二章 文献综述
• 2.1 二氧化硫的污染现状及政策法规
• 2.1.1 二氧化硫污染现状
• 2.1.2 二氧化硫控制的相关政策法规
• 2.2 常规烟气脱硫技术
• 2.2.1 湿法烟气脱硫
• 2.2.2 干法烟气脱硫
• 2.3 新兴烟气脱硫技术
• 2.3.1 生物法脱硫技术
• 2.3.2 有机胺烟气脱硫技术
• 2.4 湿法石灰石烟气脱硫强化剂
• 2.4.1 无机强化剂
• 2.4.2 有机强化剂
• 2.5 课题的提出
• 第三章 实验部分
• 3.1 实验试剂及仪器
• 3.1.1 实验试剂
• 3.1.2 实验仪器
• 3.2 模拟烟气的配置以及浆液的制备
• 3.2.1 模拟烟气的配置与输送
• 3.2.2 吸收浆液的制备
• 3.3 实验装置及流程
• 3.3.1 鼓泡脱硫装置
• 3.3.2 喷淋塔脱硫装置
• 3.4 分析方法的建立
• 3.4.1 碘量法
• 3.4.2 定电位电解法
• 3.4.3 测定方法小结
• 第四章 鼓泡装置中的脱硫实验
• 4.1 鼓泡装置中的脱硫实验的结果与讨论
• 4.1.1 不同碳酸钙试样对脱硫性能影响
• 4.1.2 不同碳酸钙加入浓度对脱硫率的影响
• 4.1.3 不同强化剂对脱硫效果的影响
• 4.1.4 不同强化剂浓度对脱硫效果的影响
• 4.1.5 温度对脱硫效果的影响
• 4.2 强化剂的促进机理分析
• 4.2.1 传质机理及反应模型
• 4.2.2 无强化剂时不同碳酸钙加入量下浆液中的离子组成
• 4.2.3 存在强化剂时对脱硫浆液离子组成的影响
• 4.2.4 温度对脱硫过程中浆液离子平衡的影响
• 4.3 脱硫固体产物分析
• 4.3.1 电镜分析
• 4.3.2 能谱分析
• 4.3.3 XRD分析
• 4.4 石灰石烟气脱硫率方程拟合
• 第五章 喷淋塔脱硫实验评价
• 5.1 强化剂种类的考评
• 5.2 强化剂浓度对脱硫率的影响评价
• 5.3 强化剂加入对PH的缓冲
• 5.4 强化剂加入对碳酸钙利用率的影响评价
• 5.5 强化剂加入对传质的影响评价
• 5.5.1 喷淋塔传质模型
• 5.5.2 强化剂浓度对气相总传质系数的影响
• 5.6 石灰粉粒径和浆液中氯离子的影响评价
• 5.6.1 石灰石粒径对脱硫的影响
• 5.6.2 浆液中氯离子浓度对脱硫的影响
• 5.7 添加强化剂后浆液的环保性能及腐蚀性能评价
• 5.7.1 添加强化剂后脱硫浆液的COD分析
• 5.7.2 添加强化剂后脱硫浆液的金属腐蚀性能分析
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历