張麗梅 劉曉璐

摘 要：通過(guò)臭氧氧化結(jié)合硫代硫酸鈉溶液模擬煙氣同時(shí)脫硫脫硝的試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)采用臭氧氧化結(jié)合硫代硫酸鈉溶液濕法噴淋能夠同時(shí)脫除NOx與SO2；同時(shí)，控制臭氧與一氧化氮摩爾比在1.1-1.2時(shí)，增加硫代硫酸鈉溶液濃度能夠提高NOx的脫除率，同時(shí)達(dá)到SO2較高的脫除率，達(dá)到穩(wěn)定的同時(shí)脫硫脫硝。

關(guān)鍵詞：臭氧氧化；污染；同時(shí)脫硫脫硝；硫代硫酸鈉

在工業(yè)燃料燃燒過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)釋放大量的危害物質(zhì)，對(duì)人體與環(huán)境造成巨大的傷害，包括SO2、Hg、PM、NOx等，最常見(jiàn)的污染物就是二氧化硫和氧化氮類物質(zhì)?，F(xiàn)階段國(guó)家對(duì)大氣污染物排放制定了嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)，為了降低氧化氮類污染物質(zhì)的排放，一般需要進(jìn)行燃燒后的煙氣脫硝，以此來(lái)降低排放物中的NOx濃度。常用的脫硝技術(shù)有低氮燃燒、煙氣脫硝，目前較多使用的煙氣脫硝技術(shù)包括非催化還原法、選擇性催化還原法等。臭氧脫硝、臭氧脫硫技術(shù)作為一種新興技術(shù)，能夠促進(jìn)煙氣的同時(shí)脫硫脫硝，在噴淋塔漿液中加入添加劑能夠進(jìn)一步促進(jìn)脫硝。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包括了模擬煙氣的配氣系統(tǒng)、進(jìn)行臭氧與一氧化氮氧化反應(yīng)的反應(yīng)系統(tǒng)、模擬噴淋塔進(jìn)行污染物脫除的吸收系統(tǒng)、對(duì)煙氣采樣分析的分析系統(tǒng)。

其中模擬煙氣的配氣系統(tǒng)包含了N2、O2、CO2等氣體，NO與SO2由濃度為5%的鋼瓶氣提供。當(dāng)氧氣流經(jīng)臭氧放生器時(shí)，產(chǎn)生相應(yīng)濃度的臭氧，之后經(jīng)過(guò)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)。主要模擬煙氣成分如表1所示。本實(shí)驗(yàn)分別選取三個(gè)濃度的SO2，即0.280mg·m-3、1030mg·m-3。

反應(yīng)系統(tǒng)中，一氧化氮、氮?dú)?、二氧化硫與二氧化碳混合之后分別與臭氧進(jìn)行氣相氧化，氣體的總流量為5L·min-1，反應(yīng)溫度為150℃。實(shí)驗(yàn)表明，臭氧在200℃以下的環(huán)境里分解速度比較慢，這一溫度下對(duì)臭氧氧化NO沒(méi)有影響。隨后通過(guò)溫度控制達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)溫度。

在吸收系統(tǒng)中，噴淋液滴的粒徑約為50μm，單層噴淋液氣比為42L·m-3，以此模擬煙氣在噴淋塔中的停留時(shí)間為6s。模擬的噴淋塔徑高較高，是為了避免液滴碰壁聚集。以氫氧化鈉溶液作為吸收液，將Na2S2O3作為添加劑。在噴淋過(guò)程中利用電機(jī)進(jìn)行攪拌，并精準(zhǔn)測(cè)量溶液pH。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，利用進(jìn)料口添加氫氧化鈉溶液或者鹽酸，進(jìn)行溶液酸堿度的調(diào)節(jié)。

2 試驗(yàn)結(jié)果

臭氧脫硫、脫硝的基礎(chǔ)是將NO轉(zhuǎn)化為水溶性良好的高價(jià)態(tài)氮氧化合物，即NO2、NO2O5等。下面對(duì)本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析。

2.1 硫代硫酸鈉溶液濃度的影響

對(duì)于氧化部分的氣相反應(yīng)溫度維持150℃，NOx初始濃度為700mg·m-3，臭氧與一氧化氮摩爾比控制在1.1-1.2。脫除部分使用的氫氧化鈉溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，分別進(jìn)行0.25%、0.5%、1.0%、1.5%以及2%的硫代硫酸鈉溶液噴淋，脫硝率與硫代硫酸鈉溶液濃度的變化如圖1所示。

從曲線圖中可以看出，隨著硫代硫酸鈉溶液濃度的升高，脫硝率也隨之上升，煙氣中的NOx脫除率與Na2S2O3濃度緊密相關(guān)，表現(xiàn)在方程式中為：

不難看出，硫代硫酸鈉溶液濃度的提高，促進(jìn)了與NO2之間的氧化還原反應(yīng)，提高NO2與溶液的傳質(zhì)速率。因此提高硫代硫酸鈉溶液濃度能夠提高脫硝效率。

2.2 二氧化硫濃度影響

煙氣中包含大量的二氧化硫，溶于水中生成SO32-，而SO32-能夠促進(jìn)NO2的脫除，因此上文試驗(yàn)中分別設(shè)立280、1030mg·m-3濃度的SO2，探究SO2對(duì)脫硝率的影響。圖2所示為三種SO2濃度下濃度的變化對(duì)脫硝率的影響。

由圖2可知，在煙氣中加入SO2能夠提高NOx的脫除率，并且隨著SO2濃度的提高，脫硝率隨之增加。主要原因是SO2在水中生成SO32-，促進(jìn)了NOx的脫除。因此，SO32-濃度的提高有利于NOx的脫除。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)研究表明，利用硫代硫酸鈉溶液濕法噴淋結(jié)合臭氧的氧化能夠促進(jìn)脫硝與脫硫的同時(shí)進(jìn)行；且在一定摩爾比下，增加硫代硫酸鈉溶液濃度能夠促進(jìn)NOx的脫除；此外，煙氣中的SO2在溶于水的情況下也能夠促進(jìn)NOx的吸收脫除，同時(shí)也利于SO2的去除。綜合上文發(fā)現(xiàn)，臭氧氧化結(jié)合硫代硫酸鈉溶液噴淋吸收后，氮元素的遷移產(chǎn)物為NO2-以及NO3-，所以硫代硫酸鈉溶液的添加能夠促進(jìn)臭氧氧化噴淋同時(shí)脫硫脫硝，對(duì)工業(yè)排污具有實(shí)用價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合全文，本實(shí)驗(yàn)以硫代硫酸鈉作為噴淋液進(jìn)行煙氣同時(shí)脫硫脫硝試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該溶液濕法噴淋與臭氧氧化的結(jié)合能夠促進(jìn)脫硫與脫硝的同時(shí)進(jìn)行，通過(guò)采用氫氧化鈉與鹽酸進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，并控制反應(yīng)溫度，確保脫硫脫硝穩(wěn)定進(jìn)行。