王春慧, 晉日亞, 池致超, 宋相丹

（中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院,山西太原 030051）

穩(wěn)定性二氧化氯脫氮除硫?qū)嶒?yàn)研究

王春慧, 晉日亞, 池致超, 宋相丹

（中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院,山西太原 030051）

實(shí)驗(yàn)以穩(wěn)定性二氧化氯溶液作為吸收液,采用氣液逆流操作,研究了填料高度、二氧化氯溶液的質(zhì)量濃度及溶液的p H值等因素對(duì)穩(wěn)定性二氧化氯脫氮除硫效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:二氧化氯的質(zhì)量濃度對(duì)去除率的影響最大,溶液的p H值對(duì)去除率的影響較小,不論在酸性或堿性的條件下都能達(dá)到較高的去除率。當(dāng)填料高度大于20 cm,二氧化氯的質(zhì)量濃度為0.6 g/L,溶液的p H值為3.47時(shí),NOx和SO2的去除率分別達(dá)到90%和99.95%以上。

二氧化氯;NOx;SO2;脫氮;除硫

0 前言

減少大氣中的 NOx和 SO2對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境、保持人們身體健康有著重要的作用。然而現(xiàn)有的脫氮除硫技術(shù)存在著投資大、運(yùn)行費(fèi)用高、管道易堵塞、管理維護(hù)困難、運(yùn)行可靠性差等問(wèn)題。因此,開(kāi)發(fā)一種操作簡(jiǎn)單,經(jīng)濟(jì)適用,能解決當(dāng)前現(xiàn)狀的脫氮除硫技術(shù)乃當(dāng)務(wù)之急[1-4]。穩(wěn)定性二氧化氯是一種新型的含氧氯化物,其具有很強(qiáng)的氧化性,溶于水后性質(zhì)穩(wěn)定,清潔無(wú)污染,并且成本較低。穩(wěn)定性二氧化氯能將NO氧化成NO2,SO2氧化為H2SO4而去除,不僅降低了成本,同時(shí)解決了調(diào)節(jié)p H值的難題[5-7]。因此,穩(wěn)定性二氧化氯脫氮除硫技術(shù)能克服傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn),具有良好的應(yīng)用前景。

本文綜合比較了各種因素對(duì)穩(wěn)定性二氧化氯脫除NOx和SO2效率的影響,通過(guò)對(duì)填料高度、二氧化氯的質(zhì)量濃度及溶液的p H值等因素進(jìn)行考查研究,以實(shí)現(xiàn)最大程度的脫氮除硫,為工程化設(shè)計(jì)應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

藥品:質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.5%的鹽酸,亞氯酸鈉（化學(xué)純）,亞硝酸鈉（分析純）,亞硫酸鈉（分析純）,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸,冰乙酸,對(duì)氨基苯磺酸,鹽酸萘乙二胺,氯化汞,氯化鉀,乙二胺四乙酸二鈉鹽,甲醛,氨基磺酸銨,碘,淀粉,碘酸鉀,硫代硫酸鈉,鹽酸副玫瑰苯胺,磷酸。

儀器:ESJ200-4型電子天平（沈陽(yáng)龍騰電子有限公司）,UV-9600型紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì)（北京瑞利分析儀器公司）,直徑Φ=25 mm,高度h=900 mm的填料塔。

1.2 反應(yīng)原理

NOx與穩(wěn)定性二氧化氯的反應(yīng)原理,如式（1）,（2）所示:

在酸性介質(zhì)中去除SO2的反應(yīng)原理,如式（3）所示:

在實(shí)驗(yàn)室條件下,分別使用亞硝酸鈉、亞硫酸鈉和濃硫酸反應(yīng)制取NOx和 SO2氣體,儲(chǔ)存于三口瓶中。使用真空泵抽氣形成負(fù)壓使得NOx或SO2氣體由塔底自下而上流動(dòng),穩(wěn)定性二氧化氯溶液從塔頂加入,與NOx或SO2氣體在填料塔中逆流接觸反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)流程,如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程圖

2 結(jié)果與討論

2.1 填料高度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

圖2為填料高度對(duì)脫氮除硫效率的影響。由圖2可知:填料高度由10 cm增加到50 cm,NOx的去除率由90.83%逐漸增加到93.76%,SO2的去除率由99.947%逐漸增加到99.973%;當(dāng)填料高度在20～40 cm之間變化時(shí),NOx和SO2去除率增加最快;當(dāng)填料高度超過(guò)40 cm后,曲線的增大趨勢(shì)趨于平緩。這是由于隨著填料高度的增加,氣液的接觸面積變大,接觸時(shí)間延長(zhǎng),反應(yīng)時(shí)間內(nèi)氣體NOx和SO2能被二氧化氯溶液充分氧化吸收,從而提高了NOx和SO2的去除率。

圖2 填料高度對(duì)脫氮除硫效率的影響

2.2 二氧化氯對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

圖3為穩(wěn)定性二氧化氯的質(zhì)量濃度對(duì)脫氮除硫效率的影響。由圖3可知:二氧化氯的質(zhì)量濃度由0.2 g/L增加到1.0 g/L后,NOx的去除率由87.66%逐漸增加到94.05%,SO2的去除率由99.91%逐漸增加到99.97%。這是由于二氧化氯的質(zhì)量濃度越大,氧化反應(yīng)就越快越充分,氧化吸收的能力就越強(qiáng)。當(dāng)二氧化氯溶液氧化吸收達(dá)到平衡時(shí),NOx和SO2大部分被脫除,去除率曲線即趨向平緩。

圖3 二氧化氯對(duì)脫氮除硫效率的影響

2.3 溶液pH值對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

圖4為溶液的p H值對(duì)脫氮除硫效率的影響。由圖4可知:當(dāng)二氧化氯溶液的p H值由3.47逐漸增加至10.51時(shí),NOx的去除率由93.6%先減小到92.44%,再逐漸增大到93.4%;SO2的去除率由99.967%先逐漸減小到99.94%,再逐漸增大到99.957%。這是由于在酸性溶液中,二氧化氯直接對(duì)NOx和SO2進(jìn)行氧化吸收;當(dāng)p H≥7時(shí),二氧化氯的歧化反應(yīng)慢慢啟動(dòng),并隨p H值的增加而加快,形成亞氯酸鹽和氯酸鹽,反應(yīng)原理,如式（4）所示:

圖4 p H值對(duì)脫氮除硫效率的影響

二氧化氯轉(zhuǎn)化為亞氯酸鹽,對(duì)NOx和 SO2來(lái)說(shuō)是強(qiáng)氧化劑和吸收劑。在堿性介質(zhì)（p H值＞7）中,反應(yīng)原理,如式（5）,（6）所示:

因而,隨著p H值逐漸增加,二氧化氯溶液由酸性變?yōu)橹行?氧化吸收能力降低,去除率逐漸變小;當(dāng)溶液的p H值繼續(xù)增加,二氧化氯溶液變?yōu)閴A性,并逐漸呈強(qiáng)堿性,發(fā)生歧化反應(yīng),NOx和SO2的去除率曲線呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

3 結(jié)論

（1）當(dāng)填料高度大于20 cm,二氧化氯的質(zhì)量濃度為0.6 g/L,溶液的p H值為3.47時(shí),NOx和SO2的去除率分別達(dá)到90%和99.5%以上。

（2）在酸性和堿性條件下,穩(wěn)定性二氧化氯都能達(dá)到較高的脫氮除硫效率。

（3）實(shí)驗(yàn)中脫氮除硫效率隨填料高度和二氧化氯的質(zhì)量濃度的增大呈上升趨勢(shì)。穩(wěn)定性二氧化氯的質(zhì)量濃度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響最大,當(dāng)其質(zhì)量濃度達(dá)到1.0 g/L時(shí),NOx的去除率達(dá)94.05%,SO2的去除率達(dá)到99.97%。

（4）實(shí)驗(yàn)生成的氧化產(chǎn)物是 HCl,HNO3和H2SO4等,調(diào)整p H值后可回收利用。

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An Experimental Study of Removing Sulfur Dioxide and Nitrogen Oxides by Stabilized Chlorine Dioxide

WANG Chun-hui, JIN Ri-ya, CHI Zhi-chao, SONG Xiang-dan

（College of Chemical&Environmental Engineering,North University of China,Taiyuan 030051,China）

In the experiment,stabilized chlorine dioxide solution was used as absorbent and gas-liquid countercurrent was adopted in operation.The effects of packing height,mass concentration of chlorine dioxide solution and solution p H value,etc.on the efficiency of removal rate of sulfur dioxide and nitrogen oxides by stabilized chlorine dioxide were investigated.The results show that the mass concentration of chlorine dioxide has the greatest impact on the removal rate and the p H value is of less influence on the removal rate.The removal rate can reach a higher level under both acidic and alkaline conditions.When the packing height is greater than 20 cm,chlorine dioxide concentration is 0.6 g/L,p H is 3.47,the removal rates of NOxand SO2can reach 90%and 99.95%respectively.

chlorine dioxide;NOx;SO2,nitrogen removal;sulfur removal

X 7

A

1000-4742（2011）03-0042-03

2010-09-19

·經(jīng) 驗(yàn)·