Na2CO3+EDTA+EDTA-2Na吸收剂对湿法烟气深度脱硫性能的试验研究

张少杰，李 斌，赵光明

(中北大学 化工与环境学院，山西 太原 030051)

资源与环境

Na2CO3+EDTA+EDTA-2Na吸收剂对湿法烟气深度脱硫性能的试验研究

张少杰，李 斌，赵光明

(中北大学 化工与环境学院，山西 太原 030051)

本文通过试验研究了由碳酸钠(Na2CO3)、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)组成的混合吸收剂对烟气的脱硫性能。试验表明，在混合吸收剂中加入乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二钠，能增强液相碳酸钠吸收SO2的活性，进而提高其对烟气中SO2的吸收率。当EDTA和EDTA-2Na占混合剂质量比例超过10%时，增强作用不再明显。而且只有EDTA和EDTA-2Na接近等物质的量比时，混合吸收剂才有最好的脱硫效果，因为促进脱硫效果起主要作用的是乙二胺四乙酸二钠与乙二胺四乙酸在混合剂溶液中形成酸碱共轭体系。

碳酸钠吸收剂；乙二胺四乙酸；湿法烟气脱硫；深度脱硫

近年来我国环境空气污染问题日益突出，为了有效治理工业烟气污染，国家已经出台一系列严厉的环保政策与措施，并要求对电厂的燃煤烟气进行深度净化，实现超低排放[1-2]。随着电厂烟气超低排放治理措施的逐步落实和环保政策的日趋严格，其它燃煤烟气的超低排放也将提上日程。

目前各种燃煤炉窑的烟气治理中应用最广的是湿法脱硫，这些脱硫设备很难达到日益严格的SO2超低排放标准。限于中小炉窑的投资规模也不可能像电厂一样投巨资对其烟气脱硫设施进行超低排放改造。因此在不对现有烟气脱硫设备进行大规模改造的前提下，研究高效的吸收剂提高现有设备的脱硫率更具有现实意义[3-4]。

本文通过实验研究了由碳酸钠(Na2CO3)、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)按照一定的质量比配制而成吸收剂的脱硫性能。

1 试验装置与方法

1.1 试验装置和流程

试验在直径110 mm、有效吸收高度2 m的喷淋塔吸收塔上进行。试验用含SO2烟气采用二氧化硫气瓶和配气器混合制成的模拟烟气，通过气瓶和混合器出口的流量计控制混合模拟气体的流速和SO2浓度。模拟烟气由温度可调(20～120℃)的电加热器加热。模拟烟气进入吸收塔，与喷淋的吸收液进行反应。

1.2 试验方法

试验中，模拟气体在喷淋塔中空塔流速1m/s，有效反应时间约2s；模拟气体和吸收液的液气比设置在12～15 L/m3范围内，尽量维持稳定；模拟气体温度控制在60～70℃；吸收塔中pH值控制在5～9。

配制吸收液的吸收剂分别选用Ca(OH)2、Na2CO3、以及由碳酸钠、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠、高锰酸钾按照一定的质量比配制而成的混合吸收剂。试验中，吸收液质量浓度8%～15%。

每组吸收试验做3个平行，结果取平均值。

试验中，喷淋塔吸收塔进气口、出气口烟气中SO2的浓度采用烟气分析仪测定，并根据公式(1)计算SO2的去除率。

(1)

式中：ηSO2为SO2的去除率；CSO2,in为喷淋塔进气口SO2的质量浓度，单位mg/m3；CSO2,out为喷淋塔出气口SO2的质量浓度，单位mg/m3。

1.3 试剂和仪器

试验所用药剂均为市售，分析纯。SO2气体为气瓶纯气体，纯度大于99%。

SO2浓度检测采用烟气分析仪，武汉天虹TH-990型智能烟气分析仪，SO2测量范围0～5000 mg/m3，分辨率1mg/m3，准确度<±2%。

pH用精确pH计，JTP-1C，上海精密科学仪器有限公司。气体流速采用LZB-3WB 玻璃转子流量计。

2 试验方案

2.1 脱硫效果对比试验

通过试验对比由碳酸钠、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠组成的混合吸收剂与Ca(OH)2、Na2CO3做吸收剂时各自的脱硫效果。

试验中，模拟烟气在吸收塔进口SO2初始浓度500 mg/m3；Ca(OH)2配置不同吸收液的质量浓度梯度为5%～10%；碳酸钠吸收液参照Ca(OH)2吸收液按照OH-等物质的量比配置。

碳酸钠、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠组成的混合吸收剂，碳酸钠质量比例占吸收剂总量的90%，乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠按等物质的量比添加，共占吸收剂总质量的10%。

2.2 EDTA+EDTA-2Na不同质量比例对脱硫效果的影响

通过试验对比乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠在混合吸收剂中所占不同质量比例时对脱硫效果影响的试验。试验中，在吸收塔进口模拟烟气SO2初始浓度500 mg/m3。分别配置乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠共同质量占混合吸收剂总质量不同比例的吸收剂，质量比例范围是1%～15%。其中乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠按照等物质的量比配置。试验中吸收液质量浓度为10%。

2.3 EDTA/EDTA-2Na比值对脱硫效果的影响

通过试验对比乙二胺四乙酸/乙二胺四乙酸二钠对脱硫效果的影响。配置乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠共同质量占混合吸收剂总质量的10%，其中乙二胺四乙酸/乙二胺四乙酸二钠的物质的量比分别范围为：0.1～6。试验中吸收液质量浓度为10%。

3 结果与讨论

3.1 脱硫效果对比试验

试验结果表明，碳酸钠比氢氧化钙脱硫效果略好些，添加乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠的碳酸钠脱硫效果明显好于纯碳酸钠。试验结果见图1。

由图1可知，碳酸钠溶液对二氧化硫的吸收净化性能高于氢氧化钙，而添加乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠，能明显提高纯碳酸钠对二氧化硫的吸收净化性能。

图1 脱硫效果对比试验

3.2 EDTA+EDTA-2Na不同质量比例对脱硫效果的影响

根据气体吸收净化的双膜理论，气体吸收传质过程中的总阻力等于气相传质阻力和液相传质阻力之和。SO2相对易溶与水，其作为溶质在吸收剂中的溶解度比较大，因而其液相传质阻力可以忽略，总传质阻力可以近似地认为等于气相传质阻力。乙二胺四乙酸的酸性介于碳酸和亚硫酸之间，乙二胺四乙酸的弱酸性可以在气液界膜上抑制由于SO2溶解而导致的H+浓度迅速增加，起到缓冲pH值降低的作用，从而大大提高SO2的气相溶解率，进而加快SO2在气液界膜中气相的传质速度，提高脱硫率。

用碳酸钠和乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠配置混合吸收剂，乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠按照等物质的量比配置。乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠在混合吸收剂中所占的不同的质量比对脱硫效果有不同的影响，见图2。

图2 EDTA+EDTA-2Na不同质量比例对脱硫效果的影响

由图2可知，随着乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠在混合吸收剂中所占质量比例的增加，吸收塔出口二氧化硫的浓度逐渐减小，但是减小幅度逐渐变缓，说明在混合吸收剂中由于乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二钠的加入，大大增强了液相碳酸钠吸收SO2的活性，提高了对烟气中SO2的吸收率。但是随着乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二钠所占比例的增加，促进作用的增幅在逐步减弱。

3.3 EDTA/EDTA-2Na比值对脱硫效果的影响

试验结果表明，EDTA/EDTA-2Na比例对脱硫效果有明显的影响，只有乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二钠接近等物质的量比时，才有最好的脱硫效果。否则，无论二者谁的物质的量比例增加，都严重影响脱硫效果。

由图3可知，当EDTA/EDTA-2Na物质的量比为1时，混合吸收剂脱硫效果最好。这是因为乙二胺四乙酸二钠与乙二胺四乙酸在溶解后形成酸碱共轭体系，其作用机理如下。在溶液中乙二胺四乙酸与碳酸钠首先反应生成乙二胺四乙酸二钠，之后由于乙二胺四乙酸的酸性介于碳酸和亚硫酸之间，乙二胺四乙酸二钠与已吸收的SO2(以H2SO3形式存在)反应生成Na2SO3和NaHSO3，同时乙二胺四乙酸得以再生。因此只有EDTA/EDTA-2Na接近等物质的量比时，二者对才能共同作用大大增强液相碳酸钠吸收SO2的活性，提高了对烟气中SO2的吸收率。

图3 EDTA /EDTA-2Na不同比例对脱硫效果的影响

4 结论

(1)乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)按照一定的质量比加入碳酸钠(Na2CO3)，能促进碳酸钠的脱硫性能。这是因为在混合吸收剂中加入乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二钠，能增强液相碳酸钠吸收SO2的活性，进而提高其对烟气中SO2的吸收率。

(2)随着乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二钠在混合吸收剂中所占比例的增加，对脱硫效果促进作用的增幅在逐步减弱。当乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二钠占混合剂质量比例超过10%时，促进作用不再明显。

(3)只有乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二钠在等物质的量比时，混合吸收剂才有最好的脱硫效果。这是因为促进脱硫效果起主要作用的是乙二胺四乙酸二钠与乙二胺四乙酸在溶解后形成酸碱共轭体系。

[1] 王 巍，袁 园，别 璇，等.燃煤电厂超低排放控制设备改造前后物耗和能耗分析[J].电力科学与工程，2017,33(1):15-20.

[2] 环境保护部，国家发展和改革委员会，国家能源局.关于印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》(环发[2015]164 号) 的通知[A].中华人民共和国环境保护部，2015.

[3] 王书芳，徐宏建，潘卫国，等．湿法烟气脱硫添加剂增效机理及研究进展[J].山东化工，2013，42(3):22-25．

[4] 张永忠，甘 露，吴其荣．燃煤锅炉超低排放技术探讨[J]．能源与环境，2016(6):78-79．

(本文文献格式：张少杰，李 斌，赵光明.Na2CO3+EDTA+EDTA-2Na吸收剂对湿法烟气深度脱硫性能的试验研究[J].山东化工,2017,46(7):193-194,199.)

Experimental Study on the Performance of Absorbent Consisting of Na2CO3,EDTA, EDTA-2Na for Wet Flue Gas Desulfurization

ZhangShaojie,LiBin,ZhaoGuangming

(School of Chemical and Environmental Engineering, North University of China, Taiyuan 030051,China)

The flue gas desulfurization performance of the mixed absorbent composed of sodium carbonate (Na2CO3),ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and disodium ethylenediamine tetraacetate (EDTA-2Na) was studied by experiments.The results show that the addition of EDTA and EDTA-2Na in the mixed absorbent can enhance the activity of liquid sodium carbonate absorbing SO2,and increase the absorption rate of SO2in flue gas.When the mass ratio of EDTA and EDTA-2Na accounted for more than 10% in the mixture,the promoting effect was no longer significant. And only EDTA and EDTA-2Na close to the equimolar ratio,the mixed absorbent has the best desulfurization effect,because the main effect of promoting the desulfurization effect is EDTA-2Na and EDTA in the mixture solution forming acid-base conjugate system.

absorbent of sodium carbonate;ethylenediaminetetraacetic acid;wet flue gas desulfurization;deep desulfurization

2017-02-27

超重力化工过程山西省重点实验室开放基金项目(CZL201504)

张少杰(1983—)，男，山西阳泉人，工作单位阳泉市辐射环境监测管理站，助理工程师，中北大学硕士研究生(在读) ，主要从事化工与环境保护研究。

X701.3

A

1008-021X(2017)07-0193-02