Na2S2O8湿法氧化船舶废气中NO的传质-反应动力学试验研究

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船舶排放的SO2和NOx等污染性气体对大气环境和人类健康造成了严重危害,基于NO氧化协同SO2脱除的Na2S2O8湿法洗涤技术是一种有效的船用柴油机排放控制技术,其中NO的高效氧化是该工艺的关键。采用活化Na2S2O8或与其它氧化剂组成复合氧化体系的方法均能提高NO的氧化效率,但目前尚欠缺NO在Na2S2O8溶液吸收过程中的传质参数以及传质-反应动力学的研究。针对上述问题,本文采用鼓泡反应器,对Na2S2O8溶液氧化NO过程中的主要影响因素、NO传质参数和传质-反应动力学进行了系统研究。首先搭建了Na2S2O8湿法氧化NO传质-反应动力学试验系统,探究了气液接触时间、溶液温度、Na2S2O8浓度、初始NO浓度、烟气流速对NO脱除率的影响规律,并结合液相产物分析,整理了NO氧化反应路径。研究结果表明NO脱除率随着气液接触时间、溶液温度和Na2S2O8浓度的升高而增大,随着初始NO浓度和烟气流速的增大而减小。当溶液温度为60℃,Na2S2O8浓度为0.2mol/L,烟气流量为0.8L/min,初始NO浓度为1200 mg/m3时,NO脱除率达到最高,最高脱除率为42%。结合液相产物分析,可以得出烟气中的NO在液相中首先被氧化为亚硝酸根和NO2,然后其中约1/3最终被氧化为硝酸根。其次,以碱液0.5 mol/L Na2CO3-0.5 mol/L NaHCO3(0.002~0.008 mol/L NaAsO2做为催化剂)吸收CO2体系作为气液传质-反应的试验研究体系,采用Danckwerts标绘法间接测定了NO在Na2S2O8溶液吸收过程中的液相传质系数kNO,L和气液比相界面积aNO,L。以碱液0.02~0.08 mol/L NaOH吸收CO2体系间接测定了NO吸收过程中的气相传质系数kNO,G。结果表明,在试验条件下液相传质系数kNO,L的数值约在3.5-15×10-4 m/s之间,气液比相界面积aNO,L的数值约在30-170 m~2/m~3之间,而气相传质系数kNO,G的数值约在1.6-5.2×10-5 m/s之间。最后,对NO吸收过程中的传质-反应动力学进行了研究。分析了Na2S2O8湿法氧化NO的传质过程,根据传质-反应微分方程求解得到了NO吸收速率方程,并计算得到了NO化学反应速率常数和“八田数”的变化规律。结果表明,NO在Na2S2O8溶液中的吸收过程受传质速率和化学反应速率的双重影响,并符合双膜理论的基本规律,NO吸收速率方程为(?),NO化学反应速率常数范围为(0.14-6.66)×109s-1,八田数范围为(0.89-3.29)×103,Na2S2O8湿法氧化NO过程属于快速拟一级反应,传质速率是影响整个吸收过程的主要控制步骤。
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