可再生胺类吸收剂烟气脱硫的研究

摘要

可再生胺法烟气脱硫可实现硫资源的回收利用。采用实验室模拟烟气，以有机胺溶液为吸收剂，确定合适的烟气吸收剂配方及吸收和解吸SO2的适宜条件；利用初始速率法，建立乙二胺溶液的氧化动力学方程。采用水浴微波法合成醇胺类离子液体，得到其吸收和解吸SO2的合适条件，并通过结构表征，总结离子液体吸收SO2的反应历程。
　　 首先，以复合胺、位阻胺、醇胺和乙二胺等作为吸收剂，利用间歇釜进行SO2吸收和解吸实验。结果表明乙二胺吸收液具有较高SO2吸收容量和脱硫率。加入酸添加剂后，SO2有效吸收容量增大，抗氧化性能增强。10次吸收-解吸循环中，乙二胺/硼酸溶液和乙二胺/磷酸溶液的平均脱硫率均达99％，后9次SO2解吸率大于90％，硼酸和磷酸可强化乙二胺烟气脱硫过程。乙二胺/硼酸溶液对SO2有效吸收容量和抗氧化性能较好，确定其吸收SO2适宜条件为吸收温度30℃、乙二胺初始浓度0.3 mol·L-1、吸收液pH值8.5;SO2解吸最佳条件为解吸温度103℃、解吸时间60 min、富液初始pH值5.50±0.15。
　　 其次，利用填料塔连续吸收装置，改变吸收液pH值、液气比等操作条件，确定乙二胺/磷酸溶液和乙二胺/硼酸溶液的最佳工艺条件为吸收液pH值6.0～7.0，液气比0.82L·m-3，脱硫率稳定在97％，其中乙二胺/硼酸溶液更适用于SO2浓度和烟气流量波动较大的操作。之后，以乙二胺/硼酸溶液作吸收剂，设计了处理能力为10000 Nm3·h-1模拟烟气的填料吸收塔。
　　 再者，采用初始速率法，研究了乙二胺初始浓度([Cen])、空气流量([Q])、吸收液pH值(pH)和反应温度对吸收液抗氧化性能的影响，建立乙二胺/磷酸溶液和乙二胺/硼酸溶液的氧化动力学方程分别为rp=1.455exp(-2.074×104/RT)[Cen]0.6089[Q]0.9216[pH]-8.0490和rB=0.1083exp(-1.207×104)[Cen]0.2826[Q]0.9972[pH]-4.9894。乙二胺/硼酸吸收液氧化反应的活化能为12.70 kJ/mol，与乙二胺/磷酸吸收液相比，更易被氧化。
　　 最后，采用水浴微波法制备12种醇胺类离子液体。以乙醇胺乳酸盐离子液体为例，与传统室温合成法相比，合成时间由20 h缩短为0.5 h，产率则由77.5％提高为92.7％。采用L9(34)正交实验，离子液体的适宜合成时间为30 min，温度65℃，微波功率300 W，醇胺与酸的摩尔比为1∶1.1。达到吸收平衡时，SO2在乙醇胺乳酸盐中的摩尔分率为0.51，优于其它离子液体。以该盐作为合适吸收剂，发现适宜条件为吸收温度25℃，解吸温度90℃和解吸时间60 min。同时发现，水浴微波-程序升温法可以加速SO2的解吸过程。5次吸收-解吸循环后，SO2回收率达84％，具有良好的再生性。采用FT-IR和1HNMR对吸收SO2前后的离子液体进行表征，发现SO2与N原子结合成N-S键，S=O中的O原子和醇胺中的H原子形成分子内氢键，达到吸收SO2的目的。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

1绪论

1.1课题研究背景

1.1.1我国SO2排放

1.1.2我国硫资源的消耗量

1.1.3 SO2的危害

1.2 SO2控制途径

1.2.1全球SO2控制的政策法规

1.2.2我国现行燃煤电厂SO2排放控制的政策法规

1.2.3 SO2控制技术

1.3胺类烟气脱硫研究进展

1.3.1有机胺法烟气脱硫技术研究进展

1.3.2离子液体烟气脱硫技术研究进展

1.4课题目的与研究内容

1.4.1课题目的

1.4.2研究内容

2有机胺溶液的制备及其烟气脱硫性能的研究

2.1实验常用仪器及设备

2.2实验原料及试剂

2.3实验装置及流程

2.3.1实验装置

2.3.2实验流程

2.4采样与分析

2.4.1气体采样与分析

2.4.2液相采样与分析

2.5吸收剂评价指标

2.5.1 SO2吸收效果的评价

2.5.2 SO2解吸效果的评价

2.5.3吸收液抗氧化性能的评价

2.6脱硫吸收剂实验研究

2.6.1吸收剂制备

2.6.2吸收剂筛选

2.6.3胺类吸收剂烟气脱硫

2.6.4添加剂对乙二胺溶液脱硫率的影响

2.6.5乙二胺/硼酸溶液SO2吸收实验

2.6.6富胺液解吸SO2的实验

2.7本章小结

3乙二胺溶液连续吸收SO2工艺研究

3.1吸收实验

3.1.1模拟烟气部分

3.1.2吸收液储备部分

3.1.3填料吸收塔部分

3.1.4测量控制系统

3.1.5实验步骤

3.2结果与讨论

3.2.1吸收液pH值对脱硫率的影响

3.2.2液气比对脱硫率的影响

3.2.3烟气中SO2浓度对脱硫率的影响

3.2.4烟气流量对脱硫率的影响

3.3本章小结

4乙二胺吸收液中试脱硫装置设计

4.1脱硫塔及填料的选择

4.1.1塔设备的选择

4.1.2填料的选择

4.2相关物性参数

4.3吸收塔的设计

4.3.1设计依据

4.3.2物料衡算及能量衡算

4.3.3填料塔的设计

4.4本章小结

5乙二胺吸收液抗氧化性能研究

5.1氧化实验

5.1.1实验装置及流程

5.1.2分析方法

5.2结果与讨论

5.2.1乙二胺浓度对氧化速率的影响

5.2.2氧化空气量对氧化速率的影响

5.2.3吸收液pH值对氧化速率的影响

5.2.4反应温度对氧化速率的影响

5.2.5乙二胺溶液的氧化速率方程

5.2.6抗氧剂对氧化反应的抑制作用

5.3本章小结

6胺类离子液体的合成及其烟气脱硫性能研究

6.1实验原料及试剂

6.2实验常用仪器及设备

6.3实验装置及操作步骤

6.3.1合成实验装置

6.3.2操作步骤

6.3.3 SO2吸收装置与流程

6.4醇胺类离子液体的合成

6.4.1离子液体合成反应

6.4.2传统室温法与水浴微波法的对比

6.4.3优化合成条件

6.4.4离子液体的结构表征

6.5吸收剂筛选

6.5.1阳离子对乳酸盐离子液体脱硫率的影响

6.5.2阳离子对乙酸盐离子液体脱硫率的影响

6.5.3阳离子对甲酸盐离子液体脱硫率的影响

6.5.4确定适宜吸收剂

6.5.5吸收剂对SO2的选择性

6.6 SO2吸收和解吸实验

6.6.1吸收温度对脱硫率的影响

6.6.2解吸时间对SO2解吸率的影响

6.6.3解吸温度对解吸率的影响

6.6.4加热方式对SO2解吸效果的影响

6.6.5吸收-解吸循环实验

6.6.6添加溶剂对脱硫率的影响

6.7离子液体吸收SO2的反应历程

6.7.1 FT-IR 分析

6.7.2　1HNMR谱图分析

6.8本章小结

7总结

7.1结论

7.2主要创新点

7.3展望

致 谢

参考文献

攻博期间取得的研究成果