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《天津大学》 2012年
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烟气脱硫液相氧化制硫酸新方法的探索

刘丽梅  
【摘要】:在火电厂和冶炼厂烟气脱硫的同时,如能将其低浓度SO_2转化成硫酸则可实现硫的资源化。但在传统的两转两吸接触氧化制硫酸工艺中,由SO_2转化为SO_3的过程要求在较高温度和催化剂存在的条件下完成,对SO_2气相氧化能量要求高,成本也高。如在液相氧化则可使SO_2转化难度大幅度降低,但在酸性溶液中SO_2又很难溶于液相,限制了液相氧化制硫酸工艺的实现。因此,探索快速溶解SO_2并能氧化制成硫酸的新方法具有重要意义。 本文探索了将臭氧作为氧化剂引入硫酸工艺中,利用其自身的强氧化性,将溶解于溶液中的二氧化硫迅速氧化为硫酸的新方法。并对新方法的氧化效果及氧化机理进行了研究。同时对双氧水协同氧气液相氧化SO_2产硫酸的过程也进行了初步的研究。 实验结果表明向酸性液体中加入臭氧能够显著地提高二氧化硫转变成硫酸的速度和气相二氧化硫的吸收率。通过对其机理的解析结果表明臭氧的存在提高了二氧化硫由气相转移到液相的能力,对其原因分析发现为加快了亚硫酸向硫酸的转化且提高了二氧化硫的氧化速率。进一步解析发现臭氧的存在显著提高了溶液的氧化还原电位,可能是由亚硫酸向硫酸转化能力提高的根本原因。 通过对SO_2氧化和溶液中氧元素的存在形式的解析研究表明,臭氧的存在促进了氧气参与到二氧化硫的氧化过程。在吸收液硫酸浓度为3%,二氧化硫气相浓度为1.33%,臭氧浓度为1.31%,反应时间为10.15min时,每摩尔臭氧在与SO_2反应过程中,臭氧除产生的1mol氧原子参与反应外,还促进0.602mol氧气参与二氧化硫的氧化反应中。 在气相二氧化硫浓度较低的情况下,即吸收液硫酸浓度为3%,二氧化硫气相浓度为0.67%(V/V),臭氧气相浓度为1.31%(V/V)时,硫酸根产率接近100%。随着气相中SO_2浓度的提高,使液相中亚硫酸根的累积量增加,造成SO_2的吸收效率降低。在高浓度气相SO_2的情况下,增加气相臭氧浓度可使二氧化硫的吸收和转化效果大幅提高。 另外,通过对双氧水协同氧气液相氧化制硫酸的实验研究,发现当用氧气取代部分双氧水协同氧化SO_2时,产生的硫酸根的量与单独双氧水液相氧化时产生的量相当,且SO_2的氧化速率也相近。因此双氧水协同氧气液相氧化也可作为脱除烟气中的SO_2并副产硫酸的一种途径。但添加双氧水中的水分会稀释所得到的硫酸溶液,降低硫酸的浓度。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:X701.3

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