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随着全球经济的快速发展,环境污染问题日益严重,燃煤烟气中NOx、SO2等的大量排放对我国生态环境造成了极大危害。尿素/氨水湿法烟气脱硫脱硝技术具有工艺简单、成本低、吸收尾液资源化利用等优势,是治理燃煤烟气污染的重要技术之一,具有重要的社会、环境和经济效益。本论文以国家863计划项目“多元溶剂撞击流联合脱除燃煤污染物及资源化”(2009AA052304)为背景,从理论分析和试验研究两方面对湿法尿素/氨水吸收剂脱硫脱硝的共性科学问题进行了多角度的研究与分析。
液相氧化NO是燃煤烟气脱硝的关键技术之一。本文在鼓泡反应装置上对尿素溶液湿法脱硝添加剂的作用机制进行了研究,发现具有单一缓冲、催化、氧化作用的添加剂脱硝性能受实验条件的影响变化很大,而同时具有催化和缓冲作用的添加剂脱硝性能优越。配比为1:1的三乙醇胺(TEA)、二乙醇胺(DEA)组合添加剂的脱硝效果最好,该混合醇胺添加剂减缓了吸收液pH值的下降,在脱硝过程中比单一醇胺添加剂有更好的催化和缓冲作用;当混合添加剂组分质量浓度均为0.075%时,脱硝效率达82.7%。
增进对多元溶剂脱硝吸收液中离子赋存形态的认识,对多元溶剂脱硝机理和吸收液后续综合回收利用具有重要的指导意义。研究发现:NO气相氧化是多元溶剂脱硝过程的主要作用机制,NO在气相中的氧化机理是先发生二聚反应生成(NO)2,(NO)2可直接与尿素溶液中OH-发生反应生成亚硝酸,且氧气的存在是三乙醇胺添加剂起催化脱硝的前提条件;而SO2的脱除机制主要是物理、化学吸收。在此基础上进行了多元溶剂同时脱硫脱硝的机理研究,发现无氧条件下SO2对NOx脱除的协同促进作用较有氧条件下强,主要是无氧环境体系中硫氧化物主要以SO32-离子形态存在,促进了对NOx的还原吸收;有氧环境下,SO2对NOx脱除的促进作用与吸收液环境体系pH相关联,其协同促进作用在pH为5~8范围内较明显,此时吸收液中硫主要以SO32-、HSO3-离子形态存在,吸收机理较复杂;pH的提高能促进NO、NO2在液相的吸收,同时pH的降低也会加速SO32-、HSO3-离子的氧化。因此,控制吸收体系的pH值是提高同时脱硫脱硝过程中SO2促进作用的关键。
撞击流技术在烟气脱硫脱硝有着重要的影响,但这方面的研究甚少。本文在浸没式撞击流装置上验证了其脱硫脱硝的可行性,得出吸收液位、气体流量、吸收液的黏度是影响撞击流脱硝的重要因素。第三、四章研究结果显示尿素比氨水具有更好的脱硝性能,但在本文浸没式撞击流气液吸收装置上却发现,尿素的加入减弱了吸收液的粘性,影响了气液的充分混合,使得脱硝效率反而降低22%。本文在液位高度为8cm、撞击距离为2cm的条件下,实现脱硝效率57%,脱硫效率99.8%。