新型柠檬酸盐吸收富液的减压解吸过程应用基础研究

摘要

柠檬酸盐脱硫法是众多烟气脱硫技术(FGD)中比较有前景的一种，该法应用柠檬酸盐缓冲溶液对 SO2进行吸收，之后对富液进行解吸，收集形成高浓度 SO2加以利用。但是在其研究推广过程当中，存在几个需要解决的问题：解吸能耗高，烟气中氧气导致的亚硫酸钠氧化副反应，有色冶炼烟气中夹杂的金属离子对氧化副反应的催化作用。高温解吸过程温度较高，不仅热耗较高，而且发生亚硫酸根氧化副反应，溶液中易生成SO42-离子，并在大量富集后导致吸收效率下降，从而增加吸收剂消耗，且溶液中硫酸钠易结晶，因此适当控制解吸温度不仅可以降低解吸能耗、减少氧化副反应发生，还能达到所需的解吸率。 本文模拟吸收富液进行了减压解吸环境下的气液相平衡实验，研究了解吸压力、解吸温度等因素对解吸过程的影响并进行了气液相平衡的回归分析；研究了各影响因素下解吸过程氧化副反应大小的变化，并进行动力学研究；利用三电极体系对过渡金属对解吸贫液氧化过程的影响进行微观机制的研究。 采用减压解吸方法可有效降低解吸温度，减缓副反应发生。压强为0.8atm时解吸率最高，解吸气体中SO2含量也最高，此时沸点温度为95℃；而温度越高，解吸率越大，解吸效果越好，因而压强0.8atm，温度95℃最为合适；柠檬酸浓度增大，二氧化硫的解吸率变小；pH增大，解吸率降低；硫酸根对解吸率影响不大。采用状态方程+活度系数方法(EOS＋?)对减压解吸试验所得的数据进行回归分析，所得气液相平衡模型为： p????2=f????32?/H×K×10[Cs??32?/β0×C??3c??pH0] 柠檬酸浓度为1.5mol/L，pH=4.5，反应温度为95℃的条件下进行吸收解吸操作时可以最大程度减少氧化副反应的发生。烟气中存在过渡金属离子Cu2+和Ni2+催化下氧化副反应剧烈，金属离子的浓度变化对氧化程度影响不大，随着温度的升高，氧化副反应加剧，温度越低氧化副反应越小，柠檬酸浓度增大，副反应加剧，pH增大，副反应加剧。采用空气鼓气方式进行氧化研究，特别是将空气管直接冲入石墨阳极表面，会导致阳极表面扩散层扰动，严重影响电化学研究结果。 亚硫酸钠的氧化反应属柠檬酸与吸收液pH混合控制型反应，氧化动力学方程为：????/????=k[C??]0.5[p??]0.80，关键控制环节为过硫酸根与亚硫酸根类物质的反应,反应活化能为75.43KJ/mol。过渡金属存在条件下，亚硫酸钠的氧化属柠檬酸与吸收液 pH混合控制型反应，其本质为亚硫酸族存在状态，动力学方程为：????/????=K[C??]0.3[p??]0.65，关键控制环节为过硫酸根与亚硫酸根类物质的反应，反应活化能为45.43KJ/moL。

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