稳定性二氧化氯脱氮除硫实验研究

王春慧, 晋日亚, 池致超, 宋相丹

（中北大学化工与环境学院,山西太原 030051）

稳定性二氧化氯脱氮除硫实验研究

王春慧, 晋日亚, 池致超, 宋相丹

（中北大学化工与环境学院,山西太原 030051）

实验以稳定性二氧化氯溶液作为吸收液,采用气液逆流操作,研究了填料高度、二氧化氯溶液的质量浓度及溶液的p H值等因素对稳定性二氧化氯脱氮除硫效果的影响。实验结果表明:二氧化氯的质量浓度对去除率的影响最大,溶液的p H值对去除率的影响较小,不论在酸性或碱性的条件下都能达到较高的去除率。当填料高度大于20 cm,二氧化氯的质量浓度为0.6 g/L,溶液的p H值为3.47时,NOx和SO2的去除率分别达到90%和99.95%以上。

二氧化氯;NOx;SO2;脱氮;除硫

0 前言

减少大气中的 NOx和 SO2对于保护生态环境、保持人们身体健康有着重要的作用。然而现有的脱氮除硫技术存在着投资大、运行费用高、管道易堵塞、管理维护困难、运行可靠性差等问题。因此,开发一种操作简单,经济适用,能解决当前现状的脱氮除硫技术乃当务之急[1-4]。稳定性二氧化氯是一种新型的含氧氯化物,其具有很强的氧化性,溶于水后性质稳定,清洁无污染,并且成本较低。稳定性二氧化氯能将NO氧化成NO2,SO2氧化为H2SO4而去除,不仅降低了成本,同时解决了调节p H值的难题[5-7]。因此,稳定性二氧化氯脱氮除硫技术能克服传统方法的缺点,具有良好的应用前景。

本文综合比较了各种因素对稳定性二氧化氯脱除NOx和SO2效率的影响,通过对填料高度、二氧化氯的质量浓度及溶液的p H值等因素进行考查研究,以实现最大程度的脱氮除硫,为工程化设计应用打下基础。

1 实验

1.1 实验药品及仪器

药品:质量分数为36.5%的盐酸,亚氯酸钠（化学纯）,亚硝酸钠（分析纯）,亚硫酸钠（分析纯）,质量分数为98%的浓硫酸,冰乙酸,对氨基苯磺酸,盐酸萘乙二胺,氯化汞,氯化钾,乙二胺四乙酸二钠盐,甲醛,氨基磺酸铵,碘,淀粉,碘酸钾,硫代硫酸钠,盐酸副玫瑰苯胺,磷酸。

仪器:ESJ200-4型电子天平（沈阳龙腾电子有限公司）,UV-9600型紫外/可见分光光度计（北京瑞利分析仪器公司）,直径Φ=25 mm,高度h=900 mm的填料塔。

1.2 反应原理

NOx与稳定性二氧化氯的反应原理,如式（1）,（2）所示:

在酸性介质中去除SO2的反应原理,如式（3）所示:

在实验室条件下,分别使用亚硝酸钠、亚硫酸钠和浓硫酸反应制取NOx和 SO2气体,储存于三口瓶中。使用真空泵抽气形成负压使得NOx或SO2气体由塔底自下而上流动,稳定性二氧化氯溶液从塔顶加入,与NOx或SO2气体在填料塔中逆流接触反应。实验流程,如图1所示。

图1 实验流程图

2 结果与讨论

2.1 填料高度对实验结果的影响

图2为填料高度对脱氮除硫效率的影响。由图2可知:填料高度由10 cm增加到50 cm,NOx的去除率由90.83%逐渐增加到93.76%,SO2的去除率由99.947%逐渐增加到99.973%;当填料高度在20～40 cm之间变化时,NOx和SO2去除率增加最快;当填料高度超过40 cm后,曲线的增大趋势趋于平缓。这是由于随着填料高度的增加,气液的接触面积变大,接触时间延长,反应时间内气体NOx和SO2能被二氧化氯溶液充分氧化吸收,从而提高了NOx和SO2的去除率。

图2 填料高度对脱氮除硫效率的影响

2.2 二氧化氯对实验结果的影响

图3为稳定性二氧化氯的质量浓度对脱氮除硫效率的影响。由图3可知:二氧化氯的质量浓度由0.2 g/L增加到1.0 g/L后,NOx的去除率由87.66%逐渐增加到94.05%,SO2的去除率由99.91%逐渐增加到99.97%。这是由于二氧化氯的质量浓度越大,氧化反应就越快越充分,氧化吸收的能力就越强。当二氧化氯溶液氧化吸收达到平衡时,NOx和SO2大部分被脱除,去除率曲线即趋向平缓。

图3 二氧化氯对脱氮除硫效率的影响

2.3 溶液pH值对实验结果的影响

图4为溶液的p H值对脱氮除硫效率的影响。由图4可知:当二氧化氯溶液的p H值由3.47逐渐增加至10.51时,NOx的去除率由93.6%先减小到92.44%,再逐渐增大到93.4%;SO2的去除率由99.967%先逐渐减小到99.94%,再逐渐增大到99.957%。这是由于在酸性溶液中,二氧化氯直接对NOx和SO2进行氧化吸收;当p H≥7时,二氧化氯的歧化反应慢慢启动,并随p H值的增加而加快,形成亚氯酸盐和氯酸盐,反应原理,如式（4）所示:

图4 p H值对脱氮除硫效率的影响

二氧化氯转化为亚氯酸盐,对NOx和 SO2来说是强氧化剂和吸收剂。在碱性介质（p H值＞7）中,反应原理,如式（5）,（6）所示:

因而,随着p H值逐渐增加,二氧化氯溶液由酸性变为中性,氧化吸收能力降低,去除率逐渐变小;当溶液的p H值继续增加,二氧化氯溶液变为碱性,并逐渐呈强碱性,发生歧化反应,NOx和SO2的去除率曲线呈增长趋势。

3 结论

（1）当填料高度大于20 cm,二氧化氯的质量浓度为0.6 g/L,溶液的p H值为3.47时,NOx和SO2的去除率分别达到90%和99.5%以上。

（2）在酸性和碱性条件下,稳定性二氧化氯都能达到较高的脱氮除硫效率。

（3）实验中脱氮除硫效率随填料高度和二氧化氯的质量浓度的增大呈上升趋势。稳定性二氧化氯的质量浓度对实验结果的影响最大,当其质量浓度达到1.0 g/L时,NOx的去除率达94.05%,SO2的去除率达到99.97%。

（4）实验生成的氧化产物是 HCl,HNO3和H2SO4等,调整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

·经 验·