氨法煙氣脫硫中NH42SO3溶液吸收NO的研究

茹林　楊潔紅　晉旭東

摘 要：選用（NH4）2SO3溶液為吸收液，在鼓泡反應塔內對NO的吸收特性進行實驗研究，探討了（NH4）2SO3的溶液濃度、NO濃度、氣體流量、溫度和SO2濃度等對NO脫除效率和吸收容量的影響。研究表明，NO脫除效率和吸收容量隨著（NH4）2SO3溶液濃度和NO入口濃度的增加而增加，隨著入口氣體流量的增大而減小。而隨著溫度的升高，NO脫除效率和吸收容量先增加，到達50 ℃時達到最大值，溫度繼續升高，NO脫除效率和吸收容量逐漸下降。SO2的存在對NO脫除效率和吸收容量有一定的促進作用。分析了（NH4）2SO3還原脫除NO機理，研究結果為氨法脫硫系統增加脫硝功能提供了實驗基礎。

關鍵詞：氨法；（NH4）2SO3溶液；NO；脫除效率；吸收容量

中圖分類號：X701.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）04-0105-04

在濕法煙氣脫硫中，石灰石—石膏法和氨法脫硫工藝的脫硫效率均可超過95%，技術成熟、應用廣泛且經濟性強，在脫硫行業中占有主導地位。與石灰石—石膏法相比，氨法煙氣脫硫發展較晚，但其脫硫效率高達98%，滿足了當前更為嚴格的排放要求。氨法工藝得到的副產物，比如硫酸銨、亞硫酸銨、亞硫酸氫銨等利用價值相對較高，經濟效益明顯，可在一定程度上彌補煙氣脫硫的運行費用，此工藝尤其適用于高硫煤燃燒后的煙氣凈化。

氨法脫硫脫硝技術是基于氨法脫硫發展起來的，氨法脫硫后產生的脫硫液具有還原脫除能力，可以再吸收NOx，從而實現脫硫脫硝。氨法脫硫后產生的脫硫液中主要成分是（NH4）2SO3，還有少量的NH4HSO3，因此，氨法脫硝主要是通過（NH4）2SO3與NOx的還原反應實現的。燃煤電廠排放的NOx主要是NO，占總排放量的90%～95%，因為它自身難溶于水，所以加大了吸收脫除的難度。在現有的濕法脫硝研究中，多是將NO氧化成NO2后再進行吸收，但氧化劑的成本很高。因此，研究如何利用氨法脫硫漿液在脫硫的同時低成本脫除NO是很有必要的。

Komiyama和Inoue研究了弱堿性溶液對NO2的吸收以及對NO和NO2混合氣體的吸收，并通過假定液相中NO，NO2，N2O3，N2O4各組分以及N2O3和N2O4的水合反應保持平衡建立了模型，確定了參數。Hüpen和Kenig通過研究建立了板式塔和填料塔中NOx吸收的模型。Chien等在噴淋塔中研究同時脫硫脫硝技術，發現氣相中SO2的存在可以促進對NO和NO2的吸收。目前，國內外利用氨法脫硫吸收液脫硝的研究還不多見，杜振等基于雙膜理論研究了（NH4）2SO3溶液與NOx的氣液吸收反應。研究表明，氣液相攪拌速度和溫度增加，NOx的吸收速率也在相應增加；O2含量增加，NO2的吸收速率降低，NO吸收速率增加；氣相中SO2的存在對NOx的吸收有促進作用。Gao等在雙攪拌反應釜中研究了氣液相組分對（NH4）2SO3吸收NOx的影響，發現（NH4）2SO3和NH4HSO3的物質的量濃度對NOx吸收有重要影響；溶液濃度一定時，NOx吸收受NO2/NOx比值的影響；在（NH4）2SO3溶液中，NO2進口濃度增大可使NO吸收達到最大值，而NO和NO2共存在某種程度上會提高彼此的脫除率。在這些研究中，模擬煙氣成分包括NO，NO2，SO2，O2，因為NO2的存在對NO的脫除有很重要的影響。而在實際應用中，燃煤電廠排放的煙氣中95%的NOx有是NO的，由此可見，原有研究與實際煙氣之間存在重大差異，而且現有研究多側重于對NO吸收速率的研究，對NO脫除效率的研究還較少，因此，有必要詳細考察（NH4）2SO3溶液對NO的脫除效果，為下一步的氨法脫硫中增進脫硝奠定基礎。

該研究選用（NH4）2SO3溶液為吸收液，探討了在鼓泡反應塔內各種因素對NO脫除效率和吸收容量的影響。

1 反應機理

NOx在氣液相中的反應如圖1所示。

3.4 溫度

在物質的量的濃度為0.1 mol/L的（NH4）2SO3溶液中，進口氣體流量為0.1 mol/L，NO入口的質量濃度為450 mg/m3左右，研究1～6 min內溫度分別為20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃對NO脫除效率的影響，如圖9所示。從圖9中可以看出，隨著反應溫度的升高，NO的整體脫除效率呈現先升高后降低的趨勢。當溫度小于50 ℃時，NO的脫除效率隨溫度的升高而升高。由于溫度升高，分子的能量增大，活化分子數增多，分子運動加快，化學反應速率增大，脫除效率升高。由圖9曲線可知，隨著溫度的升高其脫除效率升高得并不明顯，這是因為在溫度升高的同時，NO的溶解度降低，傳質阻力增大，NO的脫除效率受到一定的抑制，但總體表現出來的促進作用要大于抑制作用。當溫度繼續升高，（NH4）2SO3 受熱分解程度增大，（NH4）2SO3溶液濃度降低，NO在水中的平衡濃度逐漸降低，NO的脫除效率開始下降，此時抑制作用大于促進作用。

由圖10可知，溫度從20 ℃升高到50 ℃時，NO的吸收容量從1.675 7×10-2 mg增加到4.074 1×10-2 mg；溫度繼續升高，到達60 ℃時，NO的吸收容量降到了2.999 9×10-2 mg。

綜合考慮，反應溫度為50 ℃時，從鼓泡反應塔中出來的煙氣水汽較重，對干燥劑的損耗較大，因此，實驗中在研究其他因素對NO的脫除效率和吸收容量的影響時，應選用40 ℃為反應溫度。

4 結論

NO的脫除效率和吸收容量隨著（NH4）2SO3溶液物質的量濃度的增大而增大。當（NH4）2SO3溶液的物質量的濃度超過0.05 mol/L時，隨著濃度的升高，NO的脫除效率繼續增大，但增加的幅度逐漸減小。NO的脫除效率和吸收容量隨著NO入口濃度的增大而逐漸增大，隨著入口氣體流量的增大而減小。

隨著溫度的升高，NO的脫除效率和吸收容量逐漸增大，當溫度到達50 ℃時，NO的脫除效率和吸收容量達到最大值，溫度繼續升高，NO的脫除效率和吸收容量開始減小。

SO2的存在對NO脫除效率和吸收容量有著一定的促進作用，超過一定的質量濃度，隨著SO2入口質量濃度的增大，NO的脫除效率和吸收容量開始降低。在實驗條件下，通入低質量濃度的SO2，SO2的脫除效率基本達到100%，繼續增加SO2的入口質量濃度，SO2的脫除效率會降低。

確定了（NH4）2SO3溶液脫除NO的最佳實驗條件，即（NH4）2SO3溶液的物質的量濃度為0.1 mol/L，反應溫度為40 ℃，選用的煙氣流量為0.08 m3/h，SO2入口的質量濃度為500 mg/m3左右，NO入口的質量濃度為700 mg/m3左右。在最佳實驗條件下，6 min脫除效率穩定時，SO2的脫除效率可達100%，NO的脫除效率可達19.12%，SO2的吸收容量可達2 .580 48×10-2 mg，NO的吸收容量可達6.809 8×10-2 mg。

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〔編輯：白潔〕

Abstract： The selection of（NH4）2SO3 solution as absorption liquid， at NO bubbling reaction tower on experimental study on the characteristics of absorption， discusses the solution of（NH4）2SO3 concentration， NO concentration， gas flow rate， temperature and SO2 concentration on the NO removal efficiency and the influence of absorptive capacity. Research shows that the NO removal efficiency and with（NH4）2SO3 absorption capacity increased with increasing solution concentration and NO entrance concentration， and decreases as the inlet gas flow. And with the increase of temperature， the NO removal efficiency and absorption capacity increased first and reach maximum arrived at 50 ℃， the temperature continues to rise， the NO removal efficiency and decrease its absorption capacity. The presence of SO2 on the NO removal efficiency and absorption capacity has a certain role in promoting. Analyzed the（NH4）2 so3 reductive removal NO mechanism， the results of the study for ammonia desulphurization system increases the denitration function provides the experimental basis.

Key words： ammonia method；（NH4）2SO3 solution； NO； removal efficiency； absorption capacity

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〔編輯：白潔〕

Abstract： The selection of（NH4）2SO3 solution as absorption liquid， at NO bubbling reaction tower on experimental study on the characteristics of absorption， discusses the solution of（NH4）2SO3 concentration， NO concentration， gas flow rate， temperature and SO2 concentration on the NO removal efficiency and the influence of absorptive capacity. Research shows that the NO removal efficiency and with（NH4）2SO3 absorption capacity increased with increasing solution concentration and NO entrance concentration， and decreases as the inlet gas flow. And with the increase of temperature， the NO removal efficiency and absorption capacity increased first and reach maximum arrived at 50 ℃， the temperature continues to rise， the NO removal efficiency and decrease its absorption capacity. The presence of SO2 on the NO removal efficiency and absorption capacity has a certain role in promoting. Analyzed the（NH4）2 so3 reductive removal NO mechanism， the results of the study for ammonia desulphurization system increases the denitration function provides the experimental basis.

Key words： ammonia method；（NH4）2SO3 solution； NO； removal efficiency； absorption capacity

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〔編輯：白潔〕

Abstract： The selection of（NH4）2SO3 solution as absorption liquid， at NO bubbling reaction tower on experimental study on the characteristics of absorption， discusses the solution of（NH4）2SO3 concentration， NO concentration， gas flow rate， temperature and SO2 concentration on the NO removal efficiency and the influence of absorptive capacity. Research shows that the NO removal efficiency and with（NH4）2SO3 absorption capacity increased with increasing solution concentration and NO entrance concentration， and decreases as the inlet gas flow. And with the increase of temperature， the NO removal efficiency and absorption capacity increased first and reach maximum arrived at 50 ℃， the temperature continues to rise， the NO removal efficiency and decrease its absorption capacity. The presence of SO2 on the NO removal efficiency and absorption capacity has a certain role in promoting. Analyzed the（NH4）2 so3 reductive removal NO mechanism， the results of the study for ammonia desulphurization system increases the denitration function provides the experimental basis.

Key words： ammonia method；（NH4）2SO3 solution； NO； removal efficiency； absorption capacity