氨-硫酸铵法烟气脱硫工艺研究

摘要

通过建立填料塔氨法烟气脱硫实验装置，以工业氨水为吸收剂对氨法脱硫吸收过程进行实验研究。考察液气比（L/G）、吸收液pH值、吸收液组成和盐浓度、烟气流速及进口SO2浓度对脱硫效率的影响，结果表明：液气比为2～3L/m3，吸收液的初始pH值为5.4～6，烟气流速为1.5～2.0m/s时，可得到90％以上的脱硫效率。在实验的基础上利用响应曲面法建立了脱硫效率预测模型，得到了脱硫效率与各操作因素间的函数关系。通过模型因素分析得出：L/G对脱硫效率影响最大，L/G与pH值，pH值与入口SO2浓度的交互作用对脱硫效率也有较大影响。通过去除预测模型中影响较小的因素项，得到了脱硫效率的改进预测模型。 在（NH4）2SO3浓度为0.5～2mol/L范围内研究强制氧化空气流量、（NH4）2SO3浓度、（NH4）2SO4浓度、反应温度以及溶液pH值对（NH4）2SO3氧化速率的影响，实验结果表明：（NH4）2SO3和（NH4）2SO4浓度的增高均使得氧化速率减慢；大的空气流量将得到较快的氧化速率；pH=5左右是适宜（NH4）2SO3氧化的最佳pH值；（NH4）2SO3氧化反应活化能为47.7kJ/mol，并以实验结果为基础建立了高浓度（NH4）2SO3的氧化动力学方程。 通过建立实验室（NH4）2SO4结晶装置，研究各因素对（NH4）2SO4结晶的影响，包括pH值、温度T、晶种投放、搅拌速度及各种杂质的加入，并对结晶产物的晶形及晶体粒径进行分析。通过分析表明：pH值为5～6，温度为60℃，搅拌速度为200r·min-1且有晶种投入时将得到粒径较大的（NH4）2SO4晶体；Fe3+、Pb2+、Mn2+、Zn2+4种杂质的存在使（NH4）2SO4结晶时生成4种不同的晶形。 基于双膜传质理论，建立了填料塔氨法脱硫吸收模型。模型中引入化学增强因子Ea及八田数Ha，动态的反映了SO2的吸收过程；在计算传质面积时，将传质区域分为塔内填料反应区和塔壁液膜反应区两部分分别计算。计算结果表明，模型计算值与实验值的变化趋势一致，数据较为吻合。为氨法烟气脱硫工艺的工业化应用提供了一定的理论依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1课题研究的背景及意义

1.1.1我国SO2排放现状

1.1.2 SO2的危害

1.2 SO2控制途径

1.2.1 SO2的控制政策

1.2.2 SO2的排放标准

1.2.3 SO2的控制技术

1.3氨法烟气脱硫技术

1.3.1氨法脱硫技术的研究进展

1.3.2氨法脱硫技术的优势及存在的问题

1.4课题主要研究内容

2氨法烟气脱硫理论

2.1气体吸收原理

2.2氨法脱硫工艺的化学反应过程

2.3氨法脱硫反应动力学

2.3.1化学反应动力学

2.3.2 SO2-NH3-H2O体系的气液平衡性质

3氨法脱硫吸收工艺研究

3.1主要实验药品及仪器

3.2吸收实验装置与实验步骤

3.2.1主要实验装置

3.2.2实验流程与实验步骤

3.3实验结果与讨论

3.3.1 L/G对脱硫效率的影响

3.3.2 pH值对脱硫效率的影响

3.3.3入口SO2浓度对脱硫效率的影响

3.3.4烟气流速对脱硫效率的影响

3.3.5吸收液盐浓度对脱硫效率的影响

3.4脱硫效率预测模型的建立

3.4.1响应曲面法概述

3.4.2实验设计与参数分析

3.4.3操作参数的影响检验

3.4.4预测模型的改进

3.5本章小结

4(NH4)2SO3氧化过程研究

4.1主要实验药品及仪器

4.2氧化实验装置与实验步骤

4.3实验结果与讨论

4.3.1(NH4)2SO3浓度对氧化率的影响

4.3.2(NH4)2SO4浓度对氧化率的影响

4.3.3 pH值对氧化率的影响

4.3.4强制氧化空气量对氧化率的影响

4.3.5温度对氧化率的影响

4.4(NH4)2SO3氧化动力学研究

4.4.1氧化动力学方程的建立

4.4.2 pH值对氧化速率的影响

4.4.3其他各因素对氧化速率的影响

4.4.4(NH4)2SO3氧化速率方程

4.5本章小结

5 影响(NH4)2SO4结晶因素的研究及蒸发结晶器的初步设计

5.1主要实验药品及仪器

5.2结晶实验装置与实验步骤

5.3实验结果与讨论

5.3.1 pH值对(NH4)2SO4结晶的影响

5.3.2蒸发温度对(NH4)2SO4结晶的影响

5.3.3晶种投放对(NH4)2SO4结晶的影响

5.3.4搅拌速度对(NH4)2SO4结晶的影响

5.3.5溶液中杂质对(NH4)2SO4结晶的影响

5.4(NH4)2SO4蒸发结晶器的初步设计

5.4.1蒸发结晶器的选择

5.4.2蒸发结晶工艺初始参数

5.4.3蒸发结晶器设计路线

5.4.4各效溶液浓度计算

5.4.5各效蒸汽温度的确定

5.4.6各效由于溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失△'

5.4.7各效由于静压强引起的温度差损失△''

5.4.8流体阻力产生压降引起的温度差损失△'''

5.4.9加热蒸汽量和蒸发水量的计算

5.4.10蒸发器传热面积的确定

5.4.11有效温差的重新分配及计算结果

5.5本章小结

6填料塔氨法脱硫吸收过程模型研究与数值计算

6.1模型的建立

6.1.1模型假设

6.1.2填料塔吸收模型的建立

6.1.3吸收模型传质过程分析

6.2模型传质面积

6.2.1塔壁液膜区传质面积

6.2.2塔内填料区传质面积

6.3模型数值计算

6.4计算参数的确定

6.4.1 SO2扩散系数的确定

6.4.2亨利系数H的确定

6.4.3相界面上SO2分压的确定

6.4.4塔壁液膜厚度的确定

6.4.5烟气密度和粘度的确定

6.4.6吸收液粘度的确定

6.5模型开发工具和运行环境

6.5.1模型开发工具的选择

6.5.2初始数据输出模块

6.5.3填料塔吸收SO2计算模块

6.5.4结果输出模块

6.6模拟结果分析与讨论

6.6.1 pH值与脱硫效率的关系

6.6.2L/G与脱硫效率的关系

6.6.3入口SO2浓度与脱硫效率的关系

6.6.4吸收液浓度与脱硫效率的关系

6.7本章小结

7结论与展望

7.1结论

7.2创新点

7.3展望

致 谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文情况: