湿法同时脱硫脱硝特性及吸收液制过硫酸铵的实验研究

摘要

尿素/氨混合溶液同时脱硫脱硝工艺具有非常高的脱硫效率和较高的脱硝效率，且其循环吸收液中硫酸铵的含量高达82％。采用电化学方法将循环吸收液中的硫酸铵制备成具有高附加值的过硫酸铵，是尿素/氨混合溶液同时脱硫脱硝工艺资源化回收利用的具有发展前景的研究课题和方向。
　　本文在自制的电解实验装置上，阴极材料分别采用铅板和未见于报道的钛板，对硫酸铵电解过程中工艺参数（电解电压、反应物浓度、添加剂、反应时间等）的影响特性进行了实验研究，研究发现钛板能够在低于铅板的电解工艺参数下获得较高的电流效率和转化率。分别在钛板和铅板的最佳电解条件下进行电解，发现采用钛板4h后电流效率为60.16％，而铅板的电流效率仅为52.17％。上述研究结果表明，钛板是一种可替代铅板的新型阴极材料。此外，考虑到尿素/氨混合溶液同时脱硫脱硝工艺循环吸收液中的成分，本文以钛板为阴极板，筛选了尿素、氯化铵、聚磷酸铵和硫氰酸铵及其交叉配比的混合添加剂进行电解性能的实验研究。实验发现，四种单一添加剂对电解的促进作用依次为硫氰酸铵＞尿素＞聚磷酸铵＞氯化铵。采用动态法进行性能对比发现，聚磷酸铵可以缓解电流效率随时间的下降;采用质量浓度0.1％的尿素与质量浓度0.25％的聚磷酸铵配比的混合添加剂对电解的促进效果最好，其对应的电流效率达到86.77％，优于二者任意单一添加剂对电解的促进作用。
　　由于电解过硫酸铵结晶余液中含有少量过硫酸铵，其对脱硝具有较大的促进作用。基于对尿素/氨混合溶液同时脱硫脱硝工艺吸收液电解制过硫酸铵结晶余液的绿色循环经济利用的考量，本文开展了尿素/氨混合溶液同时脱硫脱硝工艺吸收液电解制过硫酸铵结晶余液循环脱硝的实验研究。同时，由于氨基湿法烟气脱硫效率已经高达97％以上，而SO2对脱硝过程的影响主要体现在脱硫中间产物(NH4)2SO3上。因此，本文对电解硫酸铵的产物（过硫酸铵）和电解阳极添加剂（硫氰酸铵和聚磷酸铵），以及它们与常用湿法脱硝添加剂（二乙醇胺、三乙醇胺）进行配比的混合添加剂在亚硫酸铵/尿素溶液湿法脱硝性能方面进行了实验研究。实验发现，过硫酸铵的脱硝效果比硫氰酸铵的脱硝效果好。过硫酸铵是通过对NO的氧化来促进脱硝的;而硫氰酸铵是通过氧气对自身的的氧化作用促进脱硝过程的，且过量添加不利于脱硝过程，还会污染环境。因此，本文认为硫氰酸铵不适合作为尿素/氨混合溶液同时脱硫脱硝工艺吸收液电解法制过硫酸铵工艺和湿法脱硝过程的添加剂。过硫酸铵与二乙醇胺和三乙醇胺配比组成的混合添加剂对脱硝有明显的促进作用，但二乙醇胺与三乙醇胺的价格高，不利于降低脱硝系统成本。由于过硫酸铵和聚磷酸铵组成的混合添加剂对脱硝效率的促进作用优于二者任意单一添加剂，在质量浓度0.02％的聚磷酸铵中添加剂质量浓度0.05％过硫酸铵，30min内的平均脱硝效率达到51％。因此，本文认为将尿素和聚磷酸铵作为尿素/氨混合溶液同时脱硫脱硝工艺吸收液电解法制过硫酸铵工艺的添加剂，将过硫酸铵和聚磷酸铵作为尿素/氨混合溶液湿法脱硝工艺的添加剂是经济、绿色的，具有较高的工程应用前景和学术研究价值。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 电解硫酸制备过硫酸铵技术简介

1．3 烟气同时脱硫脱硝技术简介

1．4 本文主要研究内容

第二章 钛板与铅板的电解性能对比

2．1 实验系统及实验步骤

2．1．1 硫酸铵电解制过硫酸铵的电化学原理

2．1．2 试剂与仪器

2．1．3 实验装置与步骤

2．1．4 生成物过硫酸铵的分析检测方法

2．1．5 电解电流效率、耗电量及转化率计算

2．2 实验结果与分析

2．2．1 电压对电解的影响

2．2．2 硫酸铵浓度对电解的影响

2．2．3 硫酸质量浓度对电解的影响

2．2．4 添加剂对电解的影响

2．2．5 电解时间对电解的影响

2．3 本章小结

第三章 添加剂对电解的影响

3．1 氯化铵和尿素对电解的影响

3．2 时间对阳极添加剂电解性能影响

3．3 硫氰酸铵与聚磷酸铵、尿素、氯化铵配比的实验研究

3．4 聚磷酸铵与硫氰酸铵、尿素、氯化铵配比的实验研究

3．5 尿素与硫氰酸铵、聚磷酸铵、氯化铵配比的实验研究

3．6 氯化铵与硫氰酸铵、聚磷酸铵、尿素配比的实验研究

3．7 本章小结

第四章 添加剂对亚硫酸铵／尿素混合溶液湿法脱硝的实验研究

4．1 试剂与仪器

4．2 试验方法

4．3 吸收液的配比对脱硝性能的影响

4．3．1 亚硫酸铵脱硝性能的研究

4．3．2 尿素与亚硫酸铵吸收液的配比实验

4．4 添加剂对脱硝性能的影响

4．4．1 硫氰酸铵和过硫酸铵添加剂脱硝性能的影响

4．4．2 二乙醇胺、三乙醇胺分别与过硫酸铵进行组合的混合添加剂对脱硝性能的影响

4．4．3 二乙醇胺、三乙醇胺分别与硫氰酸铵进行组合的混合添加剂对脱硝性能的影响

4．4．4 过硫酸铵与硫氰酸铵进行组合的混合添加剂对脱硝性能的影响

4．4．5 硫氰酸铵与聚磷酸铵进行组合的混合添加剂对脱硝性能的影响

4．4．6 过硫酸铵与聚磷酸铵进行组合的混合添加剂对脱硝性能的影响

4．5 本章小结

第五章 全文总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间获得的成果