NaClO3电解液与ClO2氧化去除低温工业废气NOx的实验研究

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当前,我国以细颗粒物(PM2.5)和臭氧为表征的复合型污染问题日益突出,NOx作为重要前体物,亟需进一步减排。电力行业首先启动超低排放改造,采用选择性催化还原法(SCR)技术实现了NOx超低排放。而对于非电行业众多工业炉窑,如焦化、砖瓦等,因其排烟温度低,工作负荷不稳定的特点,无法复制电力行业成熟的SCR技术,随着这些工业炉窑NOx的排放标准日益严格,迫切需要探索经济高效的脱硝方法。本文利用自制的喷淋反应器开展了NaClO3电解液脱硝、液相ClO2脱硝及其含氯污染物逃逸特性研究。考察了NaClO3电解液中有效氯浓度、p H、温度及NO浓度对脱硝性能的影响,并探讨了在不同运行条件下,电解液中NaClO3和有效氯的浓度变化。并利用NaClO3制备得到的ClO2,优化了液相ClO2脱硝工艺条件。通过脱硝后额外添加质量分数为10%的碱吸收瓶,分析碱吸收瓶中的离子成分来反应其含氯污染物逃逸量。分析了关键参数如ClO2浓度、p H、温度等对ClO2脱硝后含氯污染物逃逸量的影响,揭示了ClO2脱硝后废气中含氯污染物逃逸特性。通过以上研究,拟为NaClO3电解液和ClO2脱硝技术面向低温工业废气脱硝的实际应用提供理论支持和参数设计依据。研究结果表明:(1)NaClO3电解液脱硝实验研究表明,一定范围内,提高电解液中有效氯浓度、降低p H及NO浓度均可有效提高NOx去除率,温度过高不利于NOx的去除。电解液在p H为3.1、温度25℃、有效氯浓度2 000 mg·L-1条件下,NOx去除率可高达89.9%。NaClO3电解液中有效氯对脱硝反应起主要贡献作用,而NaClO3浓度的提高对NOx去除无明显影响。电解液温度超过45℃后,有效氯浓度降低,其向电解液中NaClO3的转化加快,不利于NOx的去除。循环喷淋实验结果表明,NaClO3电解液能在420 min内保持较高的脱硝效率,NO和NOx去除率分别保持在62.5%与58.9%以上。(2)液相ClO2脱硝的实验研究表明,p H为3.5,填料高度13 cm,ClO2浓度25 mg·L-1,反应温度20℃,液气比为20 L·m-3,NO浓度150 ppm的条件下,NOx去除率可高达94.4%。在液相ClO2与烟气中NO充分接触条件下,NO可被完全氧化生成NO3-。ClO2与NO的反应速率较快,1 min左右即可达到近67%的NOx去除率。由ClO2脱硝液与烟气接触反应引起的脱硝液中重金属离子积累,可能一定程度上影响脱硝效率。其中,Fe3+、Cu2+浓度在0.05~0.2 mmol·L-1时,对脱硝效率影响很小。但Mn O4-会明显降低脱硝效率,Mn O4-浓度从0 mmol·L-1增长至0.15mmol·L-1时,NOx去除率下降了26.9%。(3)ClO2脱硝后含氯污染物逃逸特性研究表明,ClO2脱硝后废气中会有部分含氯污染物。随着液气比、脱硝液温度、ClO2浓度的增加ClO2脱硝后尾气中含氯污染物的总氯质量呈增加的趋势;氯逸出率的变化趋势和总氯质量类似;碱吸收液的体积增加有利于吸收更多的含氯污染物;循环脱硝时间大于7 min时,总氯质量维持在21.46 mg左右,几乎没有含氯污染物逃逸,同时氯逸出率随脱硝的进行不断下降。p H为2.5时,相较于溶液p H更高的情况,总氯质量最高,达25.79 mg,氯逸出率最大,为29.75%。碱液中含有一定浓度的ClO2-、ClO3-、Cl-以及NO3-,未被ClO2溶液完全吸收的NOx可在碱液中转化为NO3-。为了降低脱硝后含氯污染物逃逸量,在不影响脱硝效率的基础上可适当降低ClO2浓度、液气比及反应液温度。
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