低浓度二氧化硫烟气治理与单质硫回收的新方法研究

摘要

低浓度二氧化硫烟气一般采用石灰石-石膏法处理,但是该方法存在投资大、设备结垢严重、废弃物二次污染等问题。本研究提出采用自氧化还原法处理低浓度二氧化硫烟气并同时回收单质硫。通过开发低浓度气体的快速动态配制技术和建立鼓泡吸收实验装置,研究了低浓度二氧化硫烟气吸收、自氧化还原回收单质硫、吸收剂再生等工艺过程,并对机理进行分析,确定了新方法的工艺参数。主要研究结果如下:
　　 (1)开发的新型低浓度气体快速动态配制专利技术,能稳定地对气体进行调配,能用高纯度的原料气体直接配制低浓度气体,最低配气浓度可小于0.01％,特别适合低浓度气体的长时间稳定供气。
　　 (2)系统开发的“硫化钠溶液吸收—自氧化还原回收单质硫—硫化钠再生”新工艺能有效处理浓度范围为0.01％～3％的低浓度二氧化硫烟气,并能回收单质硫产品。
　　 (3)硫化钠溶液吸收低浓度二氧化硫烟气的过程呈现典型的三阶段模式。用硫化钠溶液作吸收剂,采用两级多孔鼓泡吸收塔吸收低浓度二氧化硫烟气,在二氧化硫浓度为0.01％～3％的范围内,总吸收率达到97.36％以上。吸收温度对吸收率的影响较大,吸收温度越高,总吸收率越小。
　　 (4)烟气流速保持0.25～0.7L/min,自氧化还原温度为200℃时,能获得最高的硫转化率。二氧化硫浓度,吸收液浓度对硫转化率无明显影响。在回收单质硫的工艺中,次生反应有关能促进单质硫的生成。
　　 (5)通过热力学计算分析,表明用煤碳作还原剂还原硫酸钠再生硫化钠的工艺是可行的。其最佳还原条件是:焙烧温度950℃,Na2SO4:C=4:1,焙烧恒温时间9min。在该条件下,硫酸钠的还原率达到99.0％。焙烧时,使用氯化铵作催化剂,可以使焙烧温度由950℃降到800℃,在其他条件相同时,也能得到99.0％以上的还原率,使用催化剂可以降低能耗。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 低浓度二氧化硫烟气的来源及危害

1.2.1 低浓度二氧化硫烟气的来源

1.2.2 二氧化硫的危害

1.3 二氧化硫的排放和硫资源消耗现状

1.3.1 二氧化硫的排放现状

1.3.2 硫资源的消耗现状

1.4 低浓度二氧化硫烟气脱硫治理现状

1.4.1 石灰/石灰石法

1.4.2 双碱法

1.4.3 氨法

1.4.4 钠碱法

1.4.5 氧化镁法

1.4.6 活性炭吸附法

1.4.7 液相催化法

1.5 研究目的及思路

第二章 低浓度二氧化硫烟气吸收工艺研究

2.1 实验材料和方法

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器及设备

2.1.3 低浓度二氧化硫气体的配制装置

2.1.4 实验装置

2.1.5 实验流程

2.1.6 分析方法

2.2 硫化钠吸收二氧化硫过程的特性研究

2.2.1 硫化钠吸收二氧化硫的三阶段模式

2.2.2 硫化钠吸收二氧化硫的反应原理推断

2.3 低浓度二氧化硫吸收率影响因素研究

2.3.1 pH值对吸收率的影响

2.3.2 二氧化硫浓度对吸收率的影响

2.3.3 气体流速对吸收率的影响

2.3.4 硫化钠浓度对吸收率的影响

2.3.5 温度对吸收率的影响

2.3.6 物料平衡研究

2.4 小结

第三章 吸收液自氧化还原回收单质硫工艺研究

3.1 实验方法

3.1.1 实验仪器设备

3.1.2 实验试剂

3.1.3 实验流程

3.1.4 分析方法

3.2 原理分析

3.2.1 吸收液自氧化还原回收硫原理

3.2.2 吸收液回收硫过程的次生反应原理

3.3 吸收液自氧化还原制单质硫影响因素研究

3.3.1 自氧化还原温度对硫转化率的影响

3.3.2 吸收液pH值对硫转化率的影响

3.3.3 烟气流速对硫转化率的影响

3.3.4 二氧化硫浓度对硫转化率的影响

3.3.5 吸收剂温度对硫转化率的影响

3.3.6 物料平衡研究

3.4 吸收液自氧化还原过程的次生反应研究

3.4.1 HSO3-/S比值对硫的增加量和硫转化率的影响

3.4.2 pH值对硫的增加量和硫转化率的影响

3.4.3 反应时间对硫的增加量和硫转化率的影响

3.4.4 反应温度对硫的增加量和硫转化率的影响

3.5 小结

第四章 硫化钠再生工艺研究

4.1 实验方法

4.1.1 实验试剂

4.1.2 实验仪器及设备

4.1.3 实验工艺流程

4.1.4 分析方法

4.2 碳还原硫酸钠体系热力学研究

4.2.1 碳-氧体系气相浓度与温度的关系

4.2.2 碳还原硫酸钠体系中一氧化碳浓度与温度的关系

4.3 硫化钠再生工艺研究

4.3.1 温度对硫酸钠还原率的影响

4.3.2 配料比对硫酸钠还原率的影响

4.3.3 时间对硫酸钠还原率的影响

4.3.4 催化剂对硫酸钠还原率的影响

4.4 小结

第五章 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要研究成果