液体吸收法脱除烟气中二氧化硫的研究

据统计 , 全世界每年排入大气中的 SO2 大约有 0. 2 Gt [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 。
图 4 DMSO 中添加 MnSO4 时在不同温度下的解吸曲线 ■———60 ℃; ●———70 ℃; ▲———80 ℃
2. 1. 4 D MSO 与 M n2 + 联合脱硫的效果 测定了含有 0. 03 m ol/ L M n2 + 的 D MSO 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 / mi n 。测定结果见表 2 。
不同溶剂在不同温度下对 SO2 的溶解情况和 在 60 ℃温度下通 N2 的解吸情况见表 1 。
项目
SO2 溶解度/ (g·g - 1)
SO2 解吸率 , %
温度/ ℃
22 30 35 40 45 50
60
二甲基甲 酰胺 (DM F)
1. 350 1. 118 0. 991 0. 879 0. 789 0. 713
2. 1. 3 M n2 + 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 mL / mi n ,
进气 SO2 体积分数 0. 1798 % 。 ▲———D MSO + M n2 + ; ■———D MSO ; ●———D MSO + Fe3 + ; " ———D MSO + 噻吩
从图 3 可以看出 ,加入不同浓度的 M n2 + , 脱除 SO2 的效果均优于纯 D MSO , 最佳 M n2 + 浓度为 0. 03 m ol/ L 左右 。
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M nSO4 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 mi n 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
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 SO2 脱除率随吸收液浓度的升高而提高 。
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 SO2 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 SO2 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
[ 摘要 ] 对烟气中 SO2 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 ] X701. 3 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 100621878 (2002) 0420187204
图 5 D MSO 浓度对脱硫率的影响 试验条件 :吸收液温度 24 ℃, 气体流量 60 mL / mi n ,
进气 SO2 体积分数 0. 1792 % 。 ■———D MSO 质量分数 100 % ; ●———D MSO 质量分数 80 % ;
▲———D MSO 质量分数 60 % ; " ———H2O
纯氮冲洗 3 次 ,确保完全清除 O2 和 CO2 , 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 mL / mi n 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 SO2) , 最后计算 SO2 在 吸收剂中的溶解度 。
由表 1 可知 , 在相同的温度下 , 对 SO2 的溶解 度 顺 序 是 D MSO > D M F > D MA > Su Hinol > P E G400 > TB P > D EA ( > 表示优于) 。其中 D M F 、 D MSO 、D M A 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 D M F 、D M A 解 吸 能 力 不 甚 理 想 , 而 D MSO 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 D MSO 做烟气脱硫吸收剂 。 2. 1. 2 添加剂对脱硫率的影响
第 4 期 李华等. 液体吸收法脱除烟气中二氧化硫的研究
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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 / mi n , M n2 + 浓度 0. 03～0. 1 mol/ L 。 ●———D MSO + 0. 03 mol/ L M n2SO 4 ; ▲———D MSO + 0. 05 mol/ L M n2SO4 ; " ———D MSO + 0. 1 mol/ L M n2SO 4 ; ■———D MSO
环丁砜 (Su Hinol)
0. 4844 0. 4063 0. 3594 0. 2969 0. 2656 0. 2031
98. 95
86. 14
99. 00
聚乙二醇 ( P EG400)
0. 4706 0. 4018 0. 3208 0. 2564 0. 1887 0. 1487
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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 / mi n 的 流速通 N2 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 SO2 的溶解度和解吸率
通过研究 ,我们筛选出一种对 SO2 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
SO2 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 。SO2 (纯度 99. 8 %) 、N2 (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 N TS100 型 SO2 测定仪测定 (南京分析仪器厂制造) , 试验时 SO2 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 SO2 吸收率 。
表 2 D MSO 与 M n2 + 联合脱硫的效果
吸收液
测定 φ(进气 SO2) , φ(出气 SO2) , 脱硫率 ,
次数
%
%
%
DMSO + 0. 1
0. 1806
03
2
0. 1670
mol/ L MnSO4 3
0. 2608
注 : φ为体积分数的法定符号 。
0. 0034 0. 0024 0. 0095
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 MSO 中添加 M n2 + 对脱硫效率有较 大的影响 。
2002 年 8 月
化 工 环 保 EN V I RON M EN TAL PRO T EC TION O F C H EM ICAL IN D US TR Y