应用双模理论分析so在钠碱溶液中的溶解吸收 天津大学研究生e.docVIP

应用双模理论分析SO2在钠碱溶液中的溶解吸收 周昕怡 2014214146 陈 凯 2014214095魏佳虹 2014214019 郑心怡 2014214024 李玲君 2014214111朱雪瑞 2014214147 一、研究背景及意义 1.1　SO2的来源及其危害 SO2是大气污染物中数量较大、影响范围广的一种气态污染物，是当今人类面临的主要大气污染物之一。大气中SO2的来源分为两大类：天然来源和人为来源。对二氧化硫烟气如不进行净化处理或回收利用，不但浪费硫资源，而且会造成空气污染，危害人体健康和工农业生产。 二氧化硫对人体健康及植物都有一定的危害，而且大气中的二氧化硫（还有氮氧化物）在一定条件下转化成酸性降水（其 pH值在 5.6 以下），即形成酸雨。酸雨是大气硫污染改变大气化学和生态环境的重要现象，在国外被称为“空中死神”。我国已成为世界上大气环境污染最严重的国家，其中SO2的严重污染，已导致我国严重的大气环境安全问题，对人民健康、生态环境、经济发展和社会进步造成的损失及危害已相当严重。 1.2　钠碱吸收法 在烟气脱硫技术中，碱性化合物如NaOH、Na2CO3比其他类型的吸收剂更受关注，因为它对SO2的亲和力相当高，亚硫酸钠-亚硫酸氢钠的化学机理能适用于吸收与再生循环操作，有将化合物保持在溶液内的能力，从而避免了吸收塔内的结垢和淤塞。 该法首先用碱液（NaOH或Na2CO3）吸收烟气中的SO2后，不用石灰或石灰石再生，而是直接将吸收液处理成副产物或再能使用的吸收液，因此有钠碱吸收循环使用和不循环使用两种工艺。 ①循环钠碱吸收工艺 循环钠碱法的代表性工艺是威尔曼洛德（Wellman Lord，简称W-L）法，该方法由美国威尔曼洛德公司创造，适用于高硫煤，脱硫效率高（97%），能够回收硫资源，循环使用吸收剂，废料少，无结垢、堵塞现象，是日本、美国应用较多的方法之一，处理气量可达62×104m3/h。其工艺流程如下： 烟气首先进入换热器和预洗涤塔，使烟气的温度由500℃降至140℃，并除去氯化物和烟灰，使气体中固体粒子质量分数在5%以下。然后进入吸收塔，以Na2CO3和NaOH作为起始吸收剂，在低温下吸收烟气中的SO2，生成Na2SO3，Na2SO3继续吸收SO2生成NaHSO3，这样达到脱除烟气中的SO2的目的。最后，烟气经除雾器、引风机和再热器升温至130℃后入烟囱排空。与烟气发生反应的 吸收液，由于其中的NaHSO3不稳定，将富含NaHSO3的吸收富液送至蒸发器，在96℃下使其分解再生，所产生的SO2富气送入下一段工序进行处理，进行浓缩、干燥可制成硫酸、硫磺或液体SO2等副产品。尾气送回烟气脱硫系统。同时，脱硫吸收液经蒸发、过滤、清洗后，其中的亚硫酸钠因溶解度小而冷却析出结晶，再经冷凝水溶解送回吸收系统继续吸收烟气中的SO2。 该方法虽不存在钙法的结垢问题，其钠吸收液还可再生循环使用，但由于采用热解吸法再生钠碱，能耗大，且仍需部分排出吸收过程中的副产物Na2SO4，运行费用很高，除少数发达国家间有试验性项目之外，并无广泛应用。 ②亚硫酸钠法 用Na2CO3吸收烟气中的SO2，得到含Na2SO3和NaHSO3的混合溶液，再用Na2CO3中和掉吸收液中的NaHSO3： Na2CO3+ 2NaHSO3 → 2Na2SO3 + H2O+ CO2↑ 最后经净化、浓缩结晶、过滤、干燥等工序制成无水亚硫酸钠。这种方法流程简单，吸收剂部分循环使用，实质上是将Na2CO3转变为Na2SO3副产品，SO2吸收效率也较高，该法在我国一些小型化工厂和冶金厂应用较多。 其缺点是Na2SO3的氧化将影响无水亚硫酸钠的质量，可加入吸收液重量0.025%~0.05%的阻氧剂（对苯二胺或对苯二酚），以减少Na2SO3的氧化。但 因系统设备多，投资、运行费用高，且我国钠碱供应紧张，亚硫酸钠销路有限， 限制了这种方法的大规模发展。 图1—1 钠碱法烟气脱硫吸收塔 1.3　研究意义 　　该新工艺是用Na2SO3溶液吸收烟气中的SO2使其转化成NaHSO3进行脱除；再通过膜电解与超声波的协同作用将NaHSO3再生为Na2SO3并循环使用，超声波解吸出的SO2通过直接催化氧化制取浓硫酸，成为高质量的工业产品。钠碱（亚硫酸钠--亚硫酸氢钠混合溶液）化合物对SO2气体吸收能力强，生成的钠盐溶解度大，具有将吸收化合物保持在溶液内的能力，可避免吸收设备内的结垢和淤塞；而且亚硫酸钠--亚硫酸氢钠系统特有的化学机理适应于吸收与再生的循环操作。虽然钠碱法脱硫工业上已有应用，对钠碱吸收SO2 的传质反应机理也有研究，但大部分只是针对所用初始吸收剂为NaOH 或Na2CO3的情况。在钠碱脱硫的稳定运行过程中，吸收SO2