基于ClO2氧化脱硝液的电解再生及(NH4)2SO3法制备ClO2的实验研究

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目前,氮氧化物(NOx)排放仍是引起我国以细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)为代表的复合型、区域性大气污染的重要原因之一,工业NOx的排放控制愈来愈严。对于电力行业,由于采用以选择性催化还原法(SCR)为主的烟气脱硝技术其烟气脱硝成效显著;而对于多数非电行业炉窑,因其烟气温度低,工作负荷不稳定的特点,污染物浓度变化大,无法复制电力行业成熟的SCR技术,亟需寻找高效烟气脱硝技术。与SCR为主的干法脱硝技术相比,湿法氧化烟气脱硝技术由于其工艺简单、脱硝效果好、不存在催化剂中毒等优点,逐渐在非电行业显示出其优越性,其中以二氧化氯(ClO2)氧化湿法氧化脱硝为代表的脱硝技术近年来广受学者青睐。本文针对ClO2湿法氧化烟气脱硝面临的脱硝液处理难和ClO2制备工艺不经济等问题,探索一种ClO2脱硝液电解再生方法和一种基于氨法脱硫产物(NH4)2SO3制备脱硝氧化剂ClO2的方法,考察了电解温度、添加剂的添加量、电流密度、电解质浓度等参数对电解再生制备NaClO3的影响,同时探索了氨法脱硫产物(NH4)2SO3制备脱硝氧化剂ClO2的可行性,并研究了H2SO4浓度、(NH4)2SO3浓度、反应温度及反应时间对(NH4)2SO3法制备脱硝中氧化剂ClO2的影响。研究结果表明:(1)ClO2脱硝液的电解研究结果显示,基于ClO2脱硝液的电解再生是可行的,一定浓度范围内,脱硝液中NO3-和SO42-等杂质离子对于电解再生NaClO3没有明显影响。实验条件下,0~3 g/L硝酸钠的添加使得电解NaClO3浓度降低了0.56%,0~3 g/L硫酸钠使得电解NaClO3浓度降低了3.56%,但0~3 g/L硫酸钠和0~3 g/L硝酸钠同时加入使得NaClO3产生量提高了15.28%;ClO2脱硝时使用的浓度对脱硝液电解再生NaClO3无明显影响,向脱硝液中添加NaCl对再生的效果有显著提高,实验情况下添加100 g/L的NaCl可使电解液中NaClO3的浓度提高98.9%;脱硝液补充NaCl后再电解的产率相对于纯NaCl电解,增高了3.86%;在电极间距为3 mm,电流密度为2600 A/m~2,温度为78℃的条件下,添加150 g/L的纯NaCl溶液,可产生接近8~20 g/L的NaClO3。(2)(NH4)2SO3作为还原剂制备ClO2的研究结果表明,NaClO3、H2SO4与(NH4)2SO3制备ClO2工艺是可行的。以ClO2收率作为评价指标的情况下,对ClO2收率影响程度顺序为H2SO4浓度>反应时间>反应温度>(NH4)2SO3浓度;以ClO2纯度作为评价指标的情况下,对ClO2纯度影响程度顺序为H2SO4浓度>反应温度>反应时间>(NH4)2SO3浓度;H2SO4浓度和(NH4)2SO3浓度对ClO2吸收液中ClO2浓度的影响较大:H2SO4浓度由6 mol/L升高至9 mol/L时,吸收瓶中ClO2浓度由222.59mg/L上升至1335.55 mg/L,升高了83.33%;反应器中(NH4)2SO3的浓度由0.5 mol/L增加至1.25 mol/L时,吸收液中ClO2的浓度可由519.38 mg/L上升至1298.45 mg/L,增高了60%。在NaClO3浓度为2 mol/L,H2SO4浓度9 mol/L,(NH4)2SO3浓度1.25mol/L,反应温度为50℃的情况下,吸收液的ClO2浓度可达到1336 mg/L,完全满足氧化烟气脱硝的要求。本文对ClO2氧化烟气脱硝技术进行了深入分析研究,提出ClO2脱硝液电解再生NaClO3及氨法脱硫产物(NH4)2SO3制备脱硝氧化剂ClO2,为ClO2氧化脱硝的脱硝液提供了一种再生方法,提供了一种脱硝液的绿色可循环的处理处置方式,同时也提供了一种ClO2氧化法烟气脱硝中ClO2制备的新方法,为氨法脱硫和ClO2氧化脱硝工艺的有机结合提供了数据支撑,具有一定的实际意义。
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