蘇少龍，曲曉龍，鐘讀樂，孫彥民，南 軍，李世鵬

(1.中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300131； 2.天津市煉化催化技術(shù)工程中心，天津 300131)

煤炭是我國能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分。煤炭燃燒排放的煙氣中含有二氧化硫等有害物質(zhì)[1]。二氧化硫會嚴(yán)重污染大氣環(huán)境、破壞生態(tài)平衡、危害人類及動植物的健康、導(dǎo)致酸雨、腐蝕建筑物，對生存環(huán)境和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生巨大危害[2-3]。因此需要對煙氣進(jìn)行處理，脫除其中的二氧化硫，使其濃度達(dá)到環(huán)保要求。目前，主要的脫硫技術(shù)分干法脫硫、半干法脫硫及濕法脫硫等三大類[4-6]。其中，濕法脫硫技術(shù)因?yàn)槊摿蛐矢叨粡V泛應(yīng)用?，F(xiàn)有的濕法脫硫技術(shù)包括石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)、海水煙氣脫硫技術(shù)、雙堿法煙氣脫硫技術(shù)、氨法脫硫技術(shù)、氧化鎂煙氣脫硫技術(shù)、微生物法煙氣脫硫技術(shù)等[7-10]。本文以尿素濕法脫硫作為研究對象，完成尿素濕法脫硫評價(jià)裝置的搭建，確定分析方法，考察尿素、添加劑種類、添加劑濃度、溫度對于濕法脫硫劑脫硫效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及試劑

德圖-350型煙氣分析儀、AL204梅特勒-托利多電子分析天平。

尿素，天津渤化化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鉀，天津金匯太亞化學(xué)試劑有限公司；氨水，天津市石英鐘廠霸州市化工分廠。

1.2 評價(jià)裝置的搭建及分析方法的確定

1.2.1 尿素濕法脫硫評價(jià)裝置的搭建

按照圖1搭建尿素濕法脫硫評價(jià)裝置。模擬工業(yè)煙氣從氣瓶1中引出，經(jīng)過氣瓶自帶的減壓閥減壓，進(jìn)入緩沖瓶2穩(wěn)壓；再經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制模擬工業(yè)煙氣的流量；而后在A1處取樣測定模擬工業(yè)煙氣的二氧化硫濃度，經(jīng)吸收裝置對模擬工業(yè)煙氣進(jìn)行處理，脫除模擬工業(yè)煙氣中的二氧化硫；接著在A2處用集氣袋收集尾氣進(jìn)行分析，多余尾氣排入大氣中。模擬工業(yè)煙氣氣瓶中二氧化硫濃度為582.86 mg·m-3，流速控制為10 L·h-1。

1.模擬工業(yè)煙氣氣瓶(帶減壓閥)；2.緩沖瓶；3.轉(zhuǎn)子流量計(jì)；4.吸收裝置；A1、A2.分析取樣點(diǎn)圖1 尿素濕法脫硫評價(jià)裝置Figure 1 Evaluation device of wet desulfurization by urea

1.2.2 取樣及分析方法

在評價(jià)開始前，首先需要使用集氣袋在A1處收集模擬工業(yè)煙氣，收集時(shí)間為30 min，使用德圖-350型煙氣分析儀對模擬工業(yè)煙氣的二氧化硫濃度進(jìn)行測定。開始評價(jià)后，用集氣袋在A2處收集尾氣，每隔30 min更換集氣袋，并使用德圖-350型煙氣分析儀測定尾氣的二氧化硫濃度。計(jì)算二氧化硫的去除率。

1.2.3 分析方法的誤差分析

在A2處測定尾氣中二氧化硫濃度時(shí)，因模擬工業(yè)煙氣經(jīng)過吸收裝置中液體脫硫劑處理，所以在測定時(shí)需要考慮尾氣中水分對測量結(jié)果的影響。在吸收裝置中不加水和加水1.00 g兩種情況下，測定尾氣中的二氧化硫濃度，結(jié)果如表1所示。

表1 尾氣中水分對測量結(jié)果的影響Table 1 Influences of water in tail gas on measurement results

由表1可以看出，吸收裝置中加入少量水相比不加水，尾氣二氧化硫濃度的測量結(jié)果在數(shù)值上小4.66 mg·m-3，相對誤差為0.8%。說明尾氣中含有少量水分對使用德圖-350型煙氣分析儀測量的結(jié)果影響很小，可以忽略。因此，分析方法可行。

2 結(jié)果與討論

2.1 尿素對濕法脫硫劑脫硫效果的影響

室溫下，在吸收裝置中分別加入相同質(zhì)量的水和溶質(zhì)含量為20%的尿素溶液，考察尿素對濕法脫硫劑脫硫效果的影響，結(jié)果如表2所示。

表2 尿素對濕法脫硫劑脫硫效果的影響Table 2 Influences of urea on the desulfurization effect of the wet desulfurizer

由表2可知，20%尿素溶液的脫硫效果比水好，二氧化硫的脫除率可達(dá)100%。說明尿素的加入使得濕法脫硫劑具有顯著的脫硫效果。這是因?yàn)椋阂环矫妫?0%尿素溶液中的水能與二氧化硫反應(yīng)，形成亞硫酸，從而將二氧化硫吸附；另一方面，尿素與亞硫酸反應(yīng)形成亞硫酸銨，再經(jīng)氧氣氧化形成硫酸銨。

2.2 添加劑對濕法脫硫劑脫硫效果的影響

添加劑對濕法脫硫劑的脫硫效果具有促進(jìn)作用。在吸收裝置中分別加入A、B、C三種溶液，考察添加劑對濕法脫硫效果的影響。A、B、C三種溶液的組成見表3，三種溶液的脫硫效果見表4。

表3 三種溶液(A、B、C)的組成Table 3 Composition of three solutions (A， B， C)

表4 三種溶液(A、B、C)的脫硫效果Table 4 Desulfurization effect of three solutions (A，B，C)

由表4可知，各濕法脫硫劑的二氧化硫脫除率隨著時(shí)間的增加而降低；加入添加劑氫氧化鉀和氨水后，濕法脫硫劑的脫硫效果都有提高；并且在加入量相同的情況下，氫氧化鉀對于濕法脫硫劑脫硫效果的提升作用比氨水更顯著。故后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，以氫氧化鉀作為添加劑。

2.3 添加劑濃度對濕法脫硫劑脫硫效果的影響

室溫下，在吸收裝置中分別加入不同濃度的氫氧化鉀，考察氫氧化鉀濃度對濕法脫硫劑的影響，結(jié)果見圖2。由圖2可知，濕法脫硫劑的脫硫效果隨著氫氧化鉀濃度的升高而提高。氫氧化鉀濃度的升高，使得濕法脫硫劑的pH值升高，從而促進(jìn)了濕法脫硫劑的脫硫效果。但隨著氫氧化鉀濃度的升高，濕法脫硫劑脫硫效果的評價(jià)時(shí)間隨之增加，不便于評價(jià)。綜合考慮脫硫效果和評價(jià)時(shí)間，后續(xù)實(shí)驗(yàn)中添加劑的濃度選擇為0.6%。

圖2 不同氫氧化鉀濃度對脫硫效果的影響Figure 2 Influences of different concentrations of potassium hydroxide on the desulfurization

2.4 溫度對濕法脫硫劑脫硫效果的影響

溫度對濕法脫硫劑脫硫效果的影響見圖3。

圖3 溫度對脫硫效果的影響Figure 3 Influences of temperatures on the desulfurization

由圖3可知，隨著溫度的升高，濕法脫硫劑的二氧化硫脫除率提高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與黃建洪等的研究結(jié)果相吻合[11]，說明總反應(yīng)吸熱。

3 結(jié) 語

完成了尿素濕法脫硫評價(jià)裝置的搭建，確定分析方法；考察尿素、添加劑種類、添加劑濃度、溫度對于濕法脫硫劑脫硫效果的影響。結(jié)果表明：(1)尿素作為濕法脫硫劑的主要成分具有脫硫效果，能夠使二氧化硫的脫除率達(dá)到100%；(2)添加劑對濕法脫硫劑的脫硫效果具有顯著的促進(jìn)作用，且氫氧化鉀的促進(jìn)效果優(yōu)于氨水；(3)增加添加劑的濃度有助于提高濕法脫硫劑的脫硫效果；(4)尿素濕法脫硫總反應(yīng)吸熱，升高溫度有助于提高脫硫效果。