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尿素/三乙醇胺湿法烟气脱硫脱硝

摘要:尿素溶液与NOx反应生成N2和CO2气体,可实现烟气同时脱硫脱硝,该文进行了尿素/三乙醇胺湿法脱硫脱硝的试验研究。

关键词:尿素,三乙醇胺,脱硝,脱硫

引言

中国是燃煤大国,燃煤机组发电在我国一直占主导地位,煤燃烧产生大量污染物,如NOx、SO2,对人体、环境和生态系统危害极大。近年来世界各国,尤其是工业发达国家都相继开展了同时脱硫脱硝技术的研究开发,并进行了一定的工业应用,主要有:等离子体法,如电子束照射法[1],电晕法[2];固体吸附与再生技术,如固体吸附法[3-5],NOxSO工艺,CuO吸收还原法[6],Pahlman烟气脱硫脱硝工艺等;氧化法,如臭氧氧化法[7];溶液吸收法,如NaClO2法[8],亚铁螯合剂法,钴氨溶液法[9-11]等。

关于尿素湿法烟气净化工艺研究最早起源于俄罗斯门捷列夫化学工艺学院。后来,国内贾瑛[12]等对酸性尿素水溶液处理导弹氧化剂废水中NOx进行了研究,在实验条件下对NO的去除率可达99.5%。王树江[13]等研究了尿素水溶液对二氧化碳气体中氮氧化物的去除。曹忠宇[14]和王军[15]等对酸性尿素溶液作吸收液还原吸收处理间歇性、高浓度氮氧化物废气做了研究。Alain Lasalle等人[16]研究了在酸性条件下尿素溶液脱硝反应动力学。岑超平等[17-19]利用模拟烟气通过固定液柱的实验方法对尿素/高锰酸钾脱除NOx,以及尿素/添加剂吸收脱除NOx和同时脱硫脱硝的动力学、吸收特性等方面做了一定的研究。

本文以前人的理论研究为基础,以一套双级串连的填料塔为主体反应器[20],从工业应用的角度进行了尿素/三乙醇胺法脱硫脱硝的试验,研究各种因素对尿素溶液吸收NOx和SO2反应的影响。

1反应机理

尿素溶液吸收去除烟气中NOx的反应可表示为

  尿素溶液吸收去除烟气中SO2的反应为

  所以,尿素溶液吸收同时脱硫脱硝的总反应为

  由以上反应可见,用尿素作为吸收液净化烟气中的SO2和NOx,生成N2和CO2,可直接排放,副产物为硫铵。

2试验方法

试验在一套双级串连的填料塔反应器(如图1所示)中进行,填料塔塔径(内径)为39 mm,采用16 mm×16 mm×0.4 mm的金属鲍尔环以乱堆方式填充,单级填料层高度为1.8m。

  模拟烟气经过气体加热器加热后,从底部进入填料塔,与洗涤液逆流混合反应,再由顶部流出,用德国Rosemount公司的NGA 2000型烟气分析仪分析后排空。洗涤液自填料塔顶部流入,与气体接触反应后从底部流出,进入配液槽循环利用。

试验结果中的脱硫/脱硝总效率为一级脱硫/脱硝效率加上一级脱硫/脱硝效率与二级脱硫/脱硝效率的乘积。

本文以一套双级串连的填料塔为主体反应器,试验研究了尿素/三乙醇胺溶液同时脱硫脱硝效率的影响因素,得到以下试验结果:

(1)随着气速增大,脱硫效率减小。

(2)随着液气比的增大,脱硫效率增大,当液气比大于16 L/m3时,脱硫效率增至92%,基本不再变化。

(3)吸收液尿素含量大于7%以上,脱硫效率基本不随尿素浓度的变化而变化,尿素浓度对脱硫效率的影响相对较小。

(4)添加剂(三乙醇胺)和SO2体积分数对尿素溶液吸收SO2的效率影响不大。

(5)尿素溶液吸收同时脱硫脱硝的最佳反应温度应控制在40~70℃之间。

(6)在尿素/添加剂溶液烟气同时脱硫脱硝过程中,SO2和NOx具有相互协同促进作用,其净化效率在试验条件下可分别提高1%~3%和5%~6%,总脱硫效率可达95%以上,脱硝效率在63%以上。

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