臭氧氧化結(jié)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(jié)合硫代硫酸鈉溶液模擬煙氣同時脫硫脫硝的試驗。研究發(fā)現(xiàn)，通過采用臭氧氧化結(jié)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(wěn)定的同時脫硫脫硝。

關(guān)鍵詞：臭氧氧化；污染；同時脫硫脫硝；硫代硫酸鈉

在工業(yè)燃料燃燒過程中，經(jīng)常會釋放大量的危害物質(zhì)，對人體與環(huán)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(zhì)。現(xiàn)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(zhì)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(shù)有低氮燃燒、煙氣脫硝，目前較多使用的煙氣脫硝技術(shù)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(shù)作為一種新興技術(shù)，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(shè)計

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

其中模擬煙氣的配氣系統(tǒng)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(jīng)臭氧放生器時，產(chǎn)生相應(yīng)濃度的臭氧，之后經(jīng)過質(zhì)量流量計進入反應(yīng)系統(tǒng)。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(yīng)系統(tǒng)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(yīng)溫度為150℃。實驗表明，臭氧在200℃以下的環(huán)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?zāi)繕藴囟取?/p>

在吸收系統(tǒng)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(diào)節(jié)。

2 試驗結(jié)果

臭氧脫硫、脫硝的基礎(chǔ)是將NO轉(zhuǎn)化為水溶性良好的高價態(tài)氮氧化合物，即NO2、NO2O5等。下面對本實驗的結(jié)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(yīng)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(zhì)量分數(shù)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(guān)，表現(xiàn)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(yīng)，提高NO2與溶液的傳質(zhì)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(shè)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(jié)論

本實驗研究表明，利用硫代硫酸鈉溶液濕法噴淋結(jié)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(fā)現(xiàn)，臭氧氧化結(jié)合硫代硫酸鈉溶液噴淋吸收后，氮元素的遷移產(chǎn)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(yè)排污具有實用價值。

4 結(jié)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(fā)現(xiàn)該溶液濕法噴淋與臭氧氧化的結(jié)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(diào)節(jié)，并控制反應(yīng)溫度，確保脫硫脫硝穩(wěn)定進行。