穩定性二氧化氯脫氮除硫實驗研究

王春慧, 晉日亞, 池致超, 宋相丹

（中北大學化工與環境學院,山西太原 030051）

穩定性二氧化氯脫氮除硫實驗研究

王春慧, 晉日亞, 池致超, 宋相丹

（中北大學化工與環境學院,山西太原 030051）

實驗以穩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、二氧化氯溶液的質量濃度及溶液的p H值等因素對穩定性二氧化氯脫氮除硫效果的影響。實驗結果表明:二氧化氯的質量濃度對去除率的影響最大,溶液的p H值對去除率的影響較小,不論在酸性或堿性的條件下都能達到較高的去除率。當填料高度大于20 cm,二氧化氯的質量濃度為0.6 g/L,溶液的p H值為3.47時,NOx和SO2的去除率分別達到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對于保護生態環境、保持人們身體健康有著重要的作用。然而現有的脫氮除硫技術存在著投資大、運行費用高、管道易堵塞、管理維護困難、運行可靠性差等問題。因此,開發一種操作簡單,經濟適用,能解決當前現狀的脫氮除硫技術乃當務之急[1-4]。穩定性二氧化氯是一種新型的含氧氯化物,其具有很強的氧化性,溶于水后性質穩定,清潔無污染,并且成本較低。穩定性二氧化氯能將NO氧化成NO2,SO2氧化為H2SO4而去除,不僅降低了成本,同時解決了調節p H值的難題[5-7]。因此,穩定性二氧化氯脫氮除硫技術能克服傳統方法的缺點,具有良好的應用前景。

本文綜合比較了各種因素對穩定性二氧化氯脫除NOx和SO2效率的影響,通過對填料高度、二氧化氯的質量濃度及溶液的p H值等因素進行考查研究,以實現最大程度的脫氮除硫,為工程化設計應用打下基礎。

1 實驗

1.1 實驗藥品及儀器

藥品:質量分數為36.5%的鹽酸,亞氯酸鈉（化學純）,亞硝酸鈉（分析純）,亞硫酸鈉（分析純）,質量分數為98%的濃硫酸,冰乙酸,對氨基苯磺酸,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（沈陽龍騰電子有限公司）,UV-9600型紫外/可見分光光度計（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 反應原理

NOx與穩定性二氧化氯的反應原理,如式（1）,（2）所示:

在酸性介質中去除SO2的反應原理,如式（3）所示:

在實驗室條件下,分別使用亞硝酸鈉、亞硫酸鈉和濃硫酸反應制取NOx和 SO2氣體,儲存于三口瓶中。使用真空泵抽氣形成負壓使得NOx或SO2氣體由塔底自下而上流動,穩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。實驗流程,如圖1所示。

圖1 實驗流程圖

2 結果與討論

2.1 填料高度對實驗結果的影響

圖2為填料高度對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%;當填料高度在20～40 cm之間變化時,NOx和SO2去除率增加最快;當填料高度超過40 cm后,曲線的增大趨勢趨于平緩。這是由于隨著填料高度的增加,氣液的接觸面積變大,接觸時間延長,反應時間內氣體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 填料高度對脫氮除硫效率的影響

2.2 二氧化氯對實驗結果的影響

圖3為穩定性二氧化氯的質量濃度對脫氮除硫效率的影響。由圖3可知:二氧化氯的質量濃度由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量濃度越大,氧化反應就越快越充分,氧化吸收的能力就越強。當二氧化氯溶液氧化吸收達到平衡時,NOx和SO2大部分被脫除,去除率曲線即趨向平緩。

圖3 二氧化氯對脫氮除硫效率的影響

2.3 溶液pH值對實驗結果的影響

圖4為溶液的p H值對脫氮除硫效率的影響。由圖4可知:當二氧化氯溶液的p H值由3.47逐漸增加至10.51時,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NOx和SO2進行氧化吸收;當p H≥7時,二氧化氯的歧化反應慢慢啟動,并隨p H值的增加而加快,形成亞氯酸鹽和氯酸鹽,反應原理,如式（4）所示:

圖4 p H值對脫氮除硫效率的影響

二氧化氯轉化為亞氯酸鹽,對NOx和 SO2來說是強氧化劑和吸收劑。在堿性介質（p H值＞7）中,反應原理,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為中性,氧化吸收能力降低,去除率逐漸變小;當溶液的p H值繼續增加,二氧化氯溶液變為堿性,并逐漸呈強堿性,發生歧化反應,NOx和SO2的去除率曲線呈增長趨勢。

3 結論

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

（2）在酸性和堿性條件下,穩定性二氧化氯都能達到較高的脫氮除硫效率。

（3）實驗中脫氮除硫效率隨填料高度和二氧化氯的質量濃度的增大呈上升趨勢。穩定性二氧化氯的質量濃度對實驗結果的影響最大,當其質量濃度達到1.0 g/L時,NOx的去除率達94.05%,SO2的去除率達到99.97%。

（4）實驗生成的氧化產物是 HCl,HNO3和H2SO4等,調整p H值后可回收利用。

[1] 胡曉宏.氮氧化物選擇性催化還原催化劑研究綜述[J].環境科學與技術,2007,30（11）:107-110.

[2] 李華,陳萬仁,劉大壯.液體吸收法脫除煙氣中二氧化硫的研究[J].化工環保,2002,22（4）:187-190.

[3] 馬雙枕,趙毅.液相催化氧化脫除煙道氣中SO2和NOx的研究[J].中國環境科學,2001,21（1）:33-37.

[4] Jin D S,Deshwal B R,Park Y S,et al.Simultaneous removal of SO2and NO by wet scrubbing using aqueous chlorine dioxide solution[J].Journal of Hazardous Materials,2006,135（1）:412-417.

[5] Deshwal B R,Jin D S,Lee S H,et al.Removal of NO from flue gas by aqueous chlorine-dioxide scrubbing solution in a lab-scale bubbling reactor[J].Journal of Hazardous Materials,2008,150（3）:649-655.

[6] Sakai M,Su C,Sasaoka E.Simultaneous removal of SOxand NOxusing slaked lime at low temperature[J].Industrial and Engineering Chemistry Research,2002,41:5 029-5 033.

[7] Deshwal B R,Lee H K.Kinetics and mechanism of chloride based chlorine dioxide generation process from acidic sodium chlorate[J].Journal of Hazardous Materials,2004,108（3）:173-182.

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 驗·