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用软锰矿浆吸收工业废气中SO2气体的研究

作者:南京宗奥保洁公司    时间:2017-01-28 09:16:19    信息来源:本站原创     点击:

0 前 言

  随着现代工业的快速发展,工业废气排放量也越来越大,其中SO2对大气的污染已经危及环境的生态平衡和经济的可持续发展。国内外研究开发了许多烟气脱硫技术,美国和法国多采用抛弃法,而我国国土资源宝贵,大多采用吸收法。目前采用的“石灰乳吸收法”和“钠碱法”,其投资和运行费用高,且脱硫副产品的价格低,经济效益不明显。因此,进一步开发低成本、能回收高价值副产品的脱硫技术成为当务之急。

  软锰矿浆是一种很好的SO2吸收剂,近几年来,我们进行了软锰矿浆吸收SO2废气的实验研究,“软锰矿浆吸收法”可以较好地解决SO2废气对环境的污染问题,而且副产品硫酸锰又有较高的应用价值。该方法真正能做到“综合治理、变废为宝”。

1 反应原理

  软锰矿中主要成分是二氧化锰,二氧化锰是强氧化剂,在酸性溶液中具有较强的氧化性,而SO2在水溶液中具有较强的还原性,从它们的标准电极电位分别为:

可以看出,用软锰矿浆来吸收工业废气中SO2,会发生比较完全的氧化还原反应。

软锰矿浆烟气脱硫过程中发生的反应如下:

  根据《热力学数据》手册计算得ΔGθ=-190kJ/mol,Kθ=1.13×1034,可以看出反应(5)不仅能自发进行,而且可进行得较完全。

  从动力学观点来看,用软锰矿浆液来吸收工业废气中的SO2,反应是比较容易进行的,因为整个吸收过程在气、液、固三相内进行,由于吸收塔内加入了大量的填料,可使气液接触面积增大,从而使MnO2和SO2的反应有较好的动力学条件。

2 实验条件及方法

2.1 实验原料

  烟气:利用SO2钢瓶气和空压机在缓冲瓶内配置成一定SO2浓度的模拟烟气。

  软锰矿浆:将100~160目的软锰矿粉直接用清水配置而成。软锰矿取自贵州某矿山,其成分分析结果如表1。

2.2 实验方法

  在实验室条件下,采用小型填料吸收塔吸收SO2烟气。

3 实验结果及分析

3.1 各因素的影响

3.1.1 正交试验

  为了探索各种因素对脱硫率的影响,我们在试验室进行了大量的试验,确定液固比、鼓风量、吸收温度三个因素,各取三个水平进行正交试验。试验数据、影响因素、水平见表2。

  从正交试验表中分析:表2中的数据反映出第一列R值最大,第二列次之,第三列最小,说明了因素A变动时,指标波动最大,因素C变动时,

指标波动最小。此时可以根据极差大小排出影响因素的主次顺序:

主 A>B>C 次

  由于SO2的吸收试验要求吸收率越高越好,所以应挑选每个因素里Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中最大的那个水平。由此而得A1、B2、C1为应选水平。A1B2C1这一较好组合方案不在已做的9次试验之中,正好说明正交表安排的9次试验具有代表性,能够比较全面反映出三个因素水平对SO2吸收率的影响,使之能在对实验数据进行计算分析后,从27种搭配中挑选出较好的组合方案而不会被漏掉。

4.1.2 单因素实验

  为了更深入了解各因素变化时对脱硫率的影响,在正交试验取得较好结果的基础上,又进行了单因素试验。

(1)液固比的影响

  在鼓风量和吸收温度不变的条件下,改变液 固比的实验结果如图1。

从图1中SO2气体的吸收率来看,液固比越大,料浆的浓度越稀,使得一定浓度H2SO3所能接触到的矿粉量减少,故脱硫率降低。

(2)鼓风量的影响

  在液固比和吸收温度不变的条件下,改变鼓风量的实验结果如图2。从图2中SO2气体吸收率与鼓风量的关系可以看出,鼓风量增加时,吸收率有一波峰值。说明鼓风量在300L/h时吸收率较好。

 

  (3)在液固比和鼓风量不变的条件下,改变吸收温度的实验结果如图3。

  从图3中SO2气体吸收率与吸收温度的关系可以看出,温度由低到高变化时,吸收率有一波谷值。这是因为用软锰矿浆吸收SO2,就物理溶解而言,温度越低越好,而就氧化还原反应来说,溶液的温度升高反应速度加快。综合这两个条件看,温度在40℃是较理想的吸收温度。

3.2 对比实验

3.2.1 对比实验一:验证最佳条件

  将软锰矿吸收SO2废气的工艺条件确定在液固比为8∶1,鼓风量为300L/h,吸收温度为40℃(即由正交表所确定的最佳工艺条件)。试验结果:SO2吸收率为95.7%,大于正交表上的9次试验中的任意一次,因此可视为最佳工艺条件。

3.2.2 对比实验二:不同软锰矿的影响将软锰矿浆的品位由41.68%降低到25%,工艺条件确定在液固比为8∶1,鼓风量为300L/h,吸收温度为40℃(即由正交表所确定的最佳工艺条件)。试验结果:SO2吸收率为91.74%。由此可知,该工艺条件对于采用低品位软锰矿浆液作为吸收剂效果也很好。

4 结 论

  (1)试验结果证明,用软锰矿浆吸收工业废气中的SO2,在技术上是可行的,SO2吸收率可达到90%以上。

  (2)用软锰矿浆吸收工业废气中的SO2方法比传统方法(如石灰—石膏法、双碱法、氨液吸收法)的社会经济效益好,副产品价值高。

        (3)本试验确定的最佳工艺参数如下:液固比为8∶1,吸收温度为40℃,鼓风量为300L/h。

   

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