高效填料塔中用柠檬酸_柠檬酸钠溶液进行烟气脱硫的研究_袁孝竞

高效填料塔中用柠檬酸柠檬酸钠溶液进行烟气脱硫的研究袁孝竞李围潮盛在行郭卫东沙勇谢宜燕(天津大学化学工程研究所,天津300072)以柠檬酸柠檬酸钠溶液为缓冲液在高效规整填料塔中进行烟气脱硫。模拟的烟气首先在吸收塔中用柠檬酸钠溶液脱硫,然后富液在解吸塔中释放出SO2,再生的缓冲液返回吸收塔循环使用。研究了影响吸收及解吸效率的各种重要参数,确定了最佳操作条件。对解决SO2污染问题提供了应用基础。关键词:烟气脱硫柠檬酸柠檬酸钠缓冲溶液二氧化硫填料塔规整填料自70年代以来,全球SO2排放量年递增5%,这对人体、动植物、建筑物都有极大危害[1]。欧洲国家把SO2的排放浓度规定在135×10-6以下[2]。我国目前将SO2的排放浓度规定在500×10-6以下,我国的各种SO2排放源中约有87%来自燃煤[3]。烟气脱硫(FlueGasDesulfurization,简称FGD)过程,一般指低浓度SO2烟气的净化。通常处理的烟气中,SO2浓度仅为0.1%～0.5%,致使烟气脱硫装置的投资和操作费用都很高,因此要求装置必须高性能、高效率。文献[4]介绍了各种烟气脱硫技术。目前已工业化的主要方法有石灰石灰石法、氨法、Wellman-Lord法和稀硫酸法等。本文研究了规整填料塔中,柠檬酸柠檬酸钠烟气脱硫过程及其实验室规模的最佳操作条件,可作为工业放大设计的参考。1反应机理SO2的吸收和解吸可逆反应式如下:3SO2(g)+3H2O+Na3Ci3NaHSO3+H3Ci(1)上述反应在吸收时向右进行,在解吸时则向左进行。式中H3Ci指柠檬酸。2实验装置及流程吸收及解吸实验装置及流程分别列于图1和图2。图1吸收装置及流程1-SO2钢瓶;2-缓冲瓶;3-气体转子流量计;4-罗茨鼓风机;5-气体镇流器;6-皮托管压差计;7-温度计;8-压差计;9-液体分布器;10-气体取样口;11-填料吸收塔;12-液体取样口;13-富液贮罐;14-贫液贮罐;15-泵;16-液体转子流量计;17-液面计·46·化学工程2001年第29卷第2期袁孝竞,教授。主要从事大型填料塔内气液两相流动和高效填料塔及新型塔内件的研究。擅长解决石油化工等行业中传质分离塔器的增产、节能及效率等问题,现受聘于天津市新天进科技开发有限公司。图2解吸装置及流程1-泵;2-填料解吸塔;3-塔底贮罐;4-液体取样口;5-液体转子流量计;6-降膜蒸发器;7-压差计;8-冷凝液贮罐;9-冷凝器;10-富液贮罐;11-贫液贮罐;12-预热器吸收塔和解吸塔的内径分别为280mm和148mm,两塔内均装填金属板波纹规整填料,型号均为250Y型,装填高度分别为1.4m和1.7m。由于吸收塔和解吸塔塔径不匹配,因此吸收和解吸分别作实验。从图1可看出,SO2由钢瓶引出,经计量后导入吸收塔的进气管,与由风机鼓入塔内的空气混合。作为吸收剂的柠檬酸柠檬酸钠缓冲溶液经计量后进入塔顶液体分布器,然后在填料层中与逆流而上的SO2和空气混合气体接触并进行传质。尾气自塔顶排放至大气中,吸收后的富液进入贮罐。图2中的解吸流程是采用间接蒸汽加热方式。从吸收塔来的富液经预热后,泵入解吸塔塔顶。在解吸塔塔底部分缓冲液在降膜蒸发器中加热至泡点并产生蒸气。这样自塔底上升的蒸气与沿塔顶下降的富液在填料层中逆流接触,脱除富液中的SO2,富含SO2的蒸气在塔顶冷凝,脱除SO2的贫液经冷却后返回吸收塔循环使用。全部液相和气相样品用碘吸收法测定[5]。3实验结果与分析为评价SO2的吸收和解吸效率,分别用AE及DE表示。其定义的表达式如下:AE=Gin×[SO2]in-Gout×[SO2]outGin×[SO2]in×100%(2)DE=Lin×[SO2]in-Lout×[SO2]outLin×[SO2]in×100%(3)对于整个吸收和解吸工艺过程,为确定最优操作条件,对以下重要工艺参数分别进行了测试。3.1液气比LG和气体流率的影响图3为液气比LG对SO2的吸收率AE的影响。由图可见,AE随液气比LG的增加而增加。当LG为5.0时,AE超过99%。LG继续增加,AE趋于平缓,增加很慢,但此时操作费用将显著增高。适宜的液气比应为5～10。图3液气比LG对SO2吸收率的影响图4为气体流率对解吸率DE的影响,图中气体流率用F因子表示,由图可见,DE随F因子的增加而增加。这是由于化学解吸时,气相传质系数KOG值也随F因子的增加而增加。根据本实验,推荐最佳的F因子范围为2.3～2.5(ms)(kgm3)0.5。3.2缓冲液pH值的影响图5是三种不同pH值缓冲液对SO2吸收率的影响。可以看出,增加pH值即增加柠檬酸钠柠檬酸的比值,有利于SO2吸收。但柠檬酸钠柠檬酸·47·袁孝竞等高效填料塔中用柠檬酸柠檬酸钠溶液进行烟气脱硫的研究的比值过高,会产生亚硫酸氢钠和亚硫酸钠沉淀