臭氧氧化結合硫代硫酸鈉溶液噴淋同時脫硫脫硝實驗研究

張麗梅 劉曉璐

摘 要：通過臭氧氧化結合硫代硫酸鈉溶液模擬煙氣同時脫硫脫硝的試驗。研究發現，通過采用臭氧氧化結合硫代硫酸鈉溶液濕法噴淋能夠同時脫除NOx與SO2；同時，控制臭氧與一氧化氮摩爾比在1.1-1.2時，增加硫代硫酸鈉溶液濃度能夠提高NOx的脫除率，同時達到SO2較高的脫除率，達到穩定的同時脫硫脫硝。

關鍵詞：臭氧氧化；污染；同時脫硫脫硝；硫代硫酸鈉

在工業燃料燃燒過程中，經常會釋放大量的危害物質，對人體與環境造成巨大的傷害，包括SO2、Hg、PM、NOx等，最常見的污染物就是二氧化硫和氧化氮類物質。現階段國家對大氣污染物排放制定了嚴苛的標準，為了降低氧化氮類污染物質的排放，一般需要進行燃燒后的煙氣脫硝，以此來降低排放物中的NOx濃度。常用的脫硝技術有低氮燃燒、煙氣脫硝，目前較多使用的煙氣脫硝技術包括非催化還原法、選擇性催化還原法等。臭氧脫硝、臭氧脫硫技術作為一種新興技術，能夠促進煙氣的同時脫硫脫硝，在噴淋塔漿液中加入添加劑能夠進一步促進脫硝。

1 試驗設計

本實驗設計包括了模擬煙氣的配氣系統、進行臭氧與一氧化氮氧化反應的反應系統、模擬噴淋塔進行污染物脫除的吸收系統、對煙氣采樣分析的分析系統。

其中模擬煙氣的配氣系統包含了N2、O2、CO2等氣體，NO與SO2由濃度為5%的鋼瓶氣提供。當氧氣流經臭氧放生器時，產生相應濃度的臭氧，之后經過質量流量計進入反應系統。主要模擬煙氣成分如表1所示。本實驗分別選取三個濃度的SO2，即0.280mg·m-3、1030mg·m-3。

反應系統中，一氧化氮、氮氣、二氧化硫與二氧化碳混合之后分別與臭氧進行氣相氧化，氣體的總流量為5L·min-1，反應溫度為150℃。實驗表明，臭氧在200℃以下的環境里分解速度比較慢，這一溫度下對臭氧氧化NO沒有影響。隨后通過溫度控制達到實驗目標溫度。

在吸收系統中，噴淋液滴的粒徑約為50μm，單層噴淋液氣比為42L·m-3，以此模擬煙氣在噴淋塔中的停留時間為6s。模擬的噴淋塔徑高較高，是為了避免液滴碰壁聚集。以氫氧化鈉溶液作為吸收液，將Na2S2O3作為添加劑。在噴淋過程中利用電機進行攪拌，并精準測量溶液pH。實驗過程中，利用進料口添加氫氧化鈉溶液或者鹽酸，進行溶液酸堿度的調節。

2 試驗結果

臭氧脫硫、脫硝的基礎是將NO轉化為水溶性良好的高價態氮氧化合物，即NO2、NO2O5等。下面對本實驗的結果進行分析。

2.1 硫代硫酸鈉溶液濃度的影響

對于氧化部分的氣相反應溫度維持150℃，NOx初始濃度為700mg·m-3，臭氧與一氧化氮摩爾比控制在1.1-1.2。脫除部分使用的氫氧化鈉溶液質量分數為0.5%，分別進行0.25%、0.5%、1.0%、1.5%以及2%的硫代硫酸鈉溶液噴淋，脫硝率與硫代硫酸鈉溶液濃度的變化如圖1所示。

從曲線圖中可以看出，隨著硫代硫酸鈉溶液濃度的升高，脫硝率也隨之上升，煙氣中的NOx脫除率與Na2S2O3濃度緊密相關，表現在方程式中為：

不難看出，硫代硫酸鈉溶液濃度的提高，促進了與NO2之間的氧化還原反應，提高NO2與溶液的傳質速率。因此提高硫代硫酸鈉溶液濃度能夠提高脫硝效率。

2.2 二氧化硫濃度影響

煙氣中包含大量的二氧化硫，溶于水中生成SO32-，而SO32-能夠促進NO2的脫除，因此上文試驗中分別設立280、1030mg·m-3濃度的SO2，探究SO2對脫硝率的影響。圖2所示為三種SO2濃度下濃度的變化對脫硝率的影響。

由圖2可知，在煙氣中加入SO2能夠提高NOx的脫除率，并且隨著SO2濃度的提高，脫硝率隨之增加。主要原因是SO2在水中生成SO32-，促進了NOx的脫除。因此，SO32-濃度的提高有利于NOx的脫除。

3 結論

本實驗研究表明，利用硫代硫酸鈉溶液濕法噴淋結合臭氧的氧化能夠促進脫硝與脫硫的同時進行；且在一定摩爾比下，增加硫代硫酸鈉溶液濃度能夠促進NOx的脫除；此外，煙氣中的SO2在溶于水的情況下也能夠促進NOx的吸收脫除，同時也利于SO2的去除。綜合上文發現，臭氧氧化結合硫代硫酸鈉溶液噴淋吸收后，氮元素的遷移產物為NO2-以及NO3-，所以硫代硫酸鈉溶液的添加能夠促進臭氧氧化噴淋同時脫硫脫硝，對工業排污具有實用價值。

4 結語

綜合全文，本實驗以硫代硫酸鈉作為噴淋液進行煙氣同時脫硫脫硝試驗，發現該溶液濕法噴淋與臭氧氧化的結合能夠促進脫硫與脫硝的同時進行，通過采用氫氧化鈉與鹽酸進行pH調節，并控制反應溫度，確保脫硫脫硝穩定進行。