NaClO2溶液同時脫硫脫硝技術研究

【摘 要】濕法同時脫硫脫硝技術主要分為氧化吸收法（以氯酸、NaClO2、KMnO4、乳化黃磷、O3作為氧化劑吸收NO，轉化為NO2）和絡合吸收法（向溶液中注入添加劑增強NO的溶解度）兩大類型，本文將NaClO2作為研究的重點。本文將研究NaClO2在脫硫脫硝技術中的應用，NaClO2同時脫硫脫硝工藝有設備簡約、脫硫脫硝效率高、成本低的特點，本文將通過試驗的方式和工業現場測試進行數據收集，為NaClO2在脫硫脫硝技術的研究和應用提供價值參考。

【關鍵詞】NaClO2 脫硫脫硝 影響因素

隨著中國經濟的飛速發展，大氣污染也成為人們日益關注的問題，煙氣中排放的二氧化硫和氮氧化物是大氣污染的主要構成物，因此，煙氣脫硫和煙氣脫硝成為推動工業發展的研究熱點。目前單獨進行煙氣脫硫或煙氣脫硝的技術已經相對完善，但是這些技術一般都是針對某一種煙氣污染物，脫除特定污染物需要特定的設備、特定的場地、特定的化學劑等，已經不能更好的適應電廠發展的需求。

對于脫硫脫硝技術一體化的研究主要分為兩種：聯合脫硫脫硝和同時脫硫脫硝。需要注意的是聯合脫硫脫硝就是簡單將脫硫技術和脫硝技術兩種工藝聯合在一起達到脫硫脫硝的效果，但是這種工藝占地大、投資大，為此同時脫硫脫硝工藝的簡約和投資小的優點成為研究的重點，同時脫硫脫硝技術主要分為濕法、干法和半干法，其中濕法同時脫硫脫硝的工藝更加簡單，更有研究價值。

濕法同時脫硫脫硝技術主要分為氧化吸收法（以氯酸、NaClO2、KMnO4、乳化黃磷、O3作為氧化劑吸收NO，轉化為NO2）和絡合吸收法（向溶液中注入添加劑增強NO的溶解度）兩大類型，本文將NaClO2作為研究的重點。

1 NaClO2同時脫硫脫硝試驗

1.1 NaClO2 脫硝試驗

1.1.1 NaClO2脫硝試驗參數

NaClO2作為氧化劑在同時脫硫脫硝中的研究是非常廣泛的，NaClO2溶液的氧化性能較好，在同時作為同時脫硫脫硝中的效果也是非常明顯，下面將對NaClO2作為氧化劑的濃度變化對脫硫脫硝效果的影響進行試驗：

試驗參數：NO的初始濃度為740mg/m3，初始溫度為20℃，吸收液初始pH值為不調節（7.0左右）。

1.1.2 NaClO2脫硝試驗反應機理

NO在水中的溶解度較低。但NO在水中能夠與NaClO2進行氧化反應，生成NO3-，同時ClO2-則轉化成Cl-和ClO-，具體反應式為：

NaClO2→Na++ClO2-

2NO+ClO2-→2NO2+Cl-

NO+ClO2-→NO2+ClO-

4NO2+ClO2-+4OH-→4NO3-+Cl-+2H2O

2NO2+ClO2-+2OH-→2NO3-+ClO-+2H2O

在此過程中會生成HNO3成分，pH值也會在迅速轉變為酸性，同時NaClO2在酸性溶液中會產生反應，自動分解生成ClO2和Cl2，具體反應式為：

ClO2-+H+→HClO2

8HClO2→6ClO2+Cl2+4H2O

2ClO2-+Cl2→2Cl-+ClO2

4ClO2-+2H+→2ClO2+ClO3-+Cl-+2H2O

隨著反應中HNO3在吸收液中的增加，溶液的pH值迅速降低轉變為強酸性，但是NaClO2在酸性中的氧化效果會逐步失效，此時生成的ClO2的氧化性隨之增長，逐步取代NaClO2成為新的氧化劑，同NO反應，最終實現脫硝效果，具體反應式為：

4NO+3ClO2-+2H2O→4HNO3+3Cl-

5NO+4HCl→4ClO2+5Cl-+2H2O

5NO+3ClO2+4H2O→5HNO3+Cl-

1.2 NaClO2同時脫硫脫硝試驗實驗效果

SO2易溶解于水，通過與液體反應能夠起到脫硫的效果，但是NO在水中的溶解度較低。

試驗參數：SO2的初始濃度為2860mg/m3，NO的初始濃度為740mg/m3，初始溫度為20℃，吸收液初始pH值為不調節（7.0左右）。

以下是NaClO2作為氧化劑在試驗中濃度變化對同時脫硫脫硝的效率圖（圖1）。

圖1 NaClO2濃度對同時脫硫脫硝效果的影響

NaClO2初始濃度：0mmol/L；SO2的初始濃度為2860mg/m3，NO的初始濃度為740mg/m3，液氣比（L/G）為20L/m3，初始溫度為20℃，吸收液初始pH值為不調節（7.0左右）。

通過試驗能夠看出：SO2的水溶性很好，在沒有NaClO2的情況下，脫硫率就能夠達到60%，隨著NaClO2濃度的增長，脫硫的效果也會更加明顯，當NaClO2的濃度到達15mmol/L時，脫硫率能夠達到100%左右（儀表測不出），可見NaClO2對脫硫的效果是非常理想的；

NO的水溶性很低，在沒有NaClO2的情況下幾乎是沒有任何反應，隨著NaClO2濃度的增長，脫硝率也隨著緩慢上升，在NaClO2濃度維持在0-5mmol/L時，脫硝率速度直線上升，達到第一個高點60%左右，隨后進入緩慢上升期，當NaClO2濃度達到15mmol/L時，脫硝率達到100%左右（儀表測不出）。

通過試驗的數據能夠看出NaClO2作為氧化劑在同時脫硫脫硝效果上是非常明顯的，是一種良好的氧化劑。

1.3 各試驗參數對脫硫脫硝效率的影響

通過上面的試驗能夠看出NaClO2的濃度變化對脫硫脫硝效果的影響，為了更明確各試驗參數的變化在脫硫脫硝試驗中所起到的作用，以及對脫硫脫硝效果的影響，在其它參數不變的情況下，單獨改變某一參數，從而分析影響脫硫脫硝效果的主要因素。

1.3.1 初始pH值

濕法進行煙氣脫硫脫硝中，往往初始pH值的設定成為脫硫脫硝試驗中影響脫硫脫硝效果的重要因素。

NaClO2的氧化性能同pH值得變化成反比，pH值越大，NaClO2的氧化效果就會變的逐漸微弱，而pH值越小，NaClO2的氧化效果和氧化電位反而會增強，當pH值控制在2-3范圍內時，脫硫率竟能達到95%左右，脫硝率也能夠控制在92%左右，脫硫脫硝的速度也會相應的提高。同時在pH較低的情況下ClO2-會分解為ClO2和Cl2氣體，由于這兩種氣體的融入，溶液的脫硫脫硝效果會迅速提升。

1.3.2 煙氣的初始濃度

這里講的煙氣的初始濃度一般來講是指SO2和NO的初始濃度，為了更好地進行試驗對比，在控制NO初始濃度的情況下，增加SO2的濃度，這時會發現隨著SO2濃度的增加，脫硫脫硝的效果都會降低。主要原因是吸收液中的吸收推動力是一定的，當SO2的濃度較小時，相應得到的吸收推動力就會越大，這樣脫硫的效果也越好，但是隨著SO2濃度的增加，每單位下得到的吸收推動力就會相應的減少，脫硫效果也就隨著降低。同時由于SO2和NO的電極電勢相當，兩者會爭奪氧化劑，這樣當SO2濃度增加時，就會奪取更多的氧化資源，NO獲得的氧化資源就相應的減少，脫硝效果也會隨之降低。同樣的道理，當NO濃度增加時，盡管SO2溶解性能較高，在初期會保持較高的脫硫效果，但是隨著NO濃度慢慢增加，這種優勢就會降低，最終脫硫脫硝效果都會降低。

1.3.3 液氣比

在其他試驗參數保持一定的情況下，液氣比L/G越大，相應的氣液接觸面積就會越大，同時加強了氣體吸收的推動力，SO2和NO的脫除率也會變得較高，隨著液氣比L/G的慢慢增大，這種效果就會越明顯。但是當液氣比L/G達到一定程度時，有效吸收的表面積就不會繼續增加，反而有所減少，同時液氣比L/G的增加將會增加脫硫脫硝工藝的投資，經濟效益會降低，所以液氣比L/G的影響因素不應單考慮脫硫脫硝的效果，需要綜合考慮，為此，本實驗將液氣比控制在20L/m3（石灰石法噴淋塔的液氣比的適宜范圍為15-25 L/m3）。

1.3.4 反應溫度

溫度是每一個化學反應中不可忽視的因素，本實驗也不例外，在保持其他參數不變的情況下，由低溫開始進行溫度變化，隨著溫度的緩慢提升，脫硫率和脫硝率也隨之增長，當溫度到達30℃時，脫硫脫硝效果到達高點，隨后脫硫率和脫硝率進入緩慢提升期，在溫度到達50℃時，脫硫率出現回落。由此可見，隨著溫度的提升，提高了氣體分子的活躍性，在單位時間內增加了有效碰撞，同時加快了NaClO2的分解速度，加快了氧化反應，達到較明顯的脫硫脫硝效果，但是當溫度到達一定值時，這種有效性就會降低，原因是SO2的溶解度在溫度升高的情況下會降低，影響脫硫率。

1.4 現場工業試驗

現場加入亞氯酸鈉，濃度控制在試驗室水平，用便攜式煙氣測試儀進行測試，氮氧化物與二氧化硫均不能檢出，四小時后，再用便攜式煙氣測試儀進行測試，能檢出二氧化硫與氮氧化物。

為什么沒有檢出，考慮有如下幾種因素：

（1）儀器的檢測精度不夠。

（2）現場使用的脫硫劑為氧化鎂，PH在7左右。

（3）現場的溫度區間在50度左右。

（4）現場加入亞氯酸鈉的空間液氣比為1左右。

2 結語

煙氣同時脫硫脫硝技術能夠很好地處理SO2和NO的脫除工作，如果單獨的進行脫硫技術或者脫硝技術的應用勢必會造成顧此失彼，但如果將兩種技術單純的聯合在一起，就會浪費大量的資源，占更大的空間，因此最好的方法就是將SO2和NO同時脫除，這種技術在國內尚處在研究階段。

本文針對NaClO2溶液在濕法脫硫脫硝的效果進行試驗，并對影響脫硫脫硝效果的各種因素做了分別的說明，通過本試驗能夠看出，NaClO2在同時脫硫脫硝的濕法中是比較有前景的。但是應當注意的是，這種濕法同時脫硫脫硝工藝容易生成污染，同時因為過程中pH值的變化會對反應系統產生一定的腐蝕性，因此進一步研究和改進NaClO2同時脫硫脫硝技術是非常有必要的。

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作者簡介：張偉嶺（1971—），男，漢族，山東臨沂沂水人，本科，助理工程師，畢業于：青島大學，就職于：青島匯承集控環境系統有限公司，研究方向：紡織工程系紡織工程專業；從業經歷：從事過紡織廠空調設計、電力配電設計、紡織廠工藝設計、脫硫DCS設計、脫硫工藝設計等工作。