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《大连理工大学》 2003年
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铁屑法烟气脱硫工艺及Fe(Ⅱ)催化氧化S(Ⅳ)动力学研究

张玉  
【摘要】:过渡金属离子液相催化氧化法烟气脱硫可以得到以稀硫酸为主的副产物,是回收法脱硫技术的一个重要研究方向,它可根据稀硫酸的处理方式分为稀硫酸法和氨中和法。其中,稀硫酸法是在脱硫产生的稀硫酸达到一定浓度后再排出脱硫系统利用,脱硫在高酸性条件下进行,为获得较高的脱硫效率,需要增加操作和运行费用。氨中和法是在脱硫系统中加入氨气或氨水来和脱硫产生的稀硫酸反应,可以控制脱硫过程在较高pH下进行,得到的副产物附加值较高,但是只能在氨源丰富及复合肥用量大的地区使用,而且脱硫过程存在氨挥发损失的问题。而通过向脱硫系统加入废铁屑和稀硫酸反应,得到可做水处理剂使用的硫酸亚铁副产物,可以实现综合处理废铁屑、烟气中SO_2和生产生活废水的目的,更具有开发和应用前景,目前只有一篇文献中在催化剂作用下对此工艺进行了探索。在综合考虑以上工艺路线基础上,本文提出了一种更有优势的铁屑法烟气脱硫新工艺,主要研究内容有: 1.铁屑法烟气脱硫工艺将硫酸亚铁作为脱硫副产品,从经济角度考虑,需要铁离子浓度接近饱和时,吸收液再由脱硫吸收系统排出到蒸发结晶工序,但在不加其它催化剂的情况下,使用如此高铁离子浓度的吸收液脱硫效果如何,迄今未见有公开报道。因此,首先在不加铁屑而且没有其它催化剂的脱硫系统中,考察高浓度FeSO_4溶液脱硫效果,通过正交实验确定各因素对脱硫率影响大小,随后进一步研究空塔气速、吸收温度和SO_2入口质量浓度对脱硫率的影响,并选定实验条件进行连续运行实验,以观察脱硫率和吸收液pH随反应时间的变化规律。 2.在证实高浓度FeSO_4溶液脱硫可行性基础上,需要进一步考察铁屑法脱硫工艺的过程特性。在无其它催化剂条件下,将铁屑加设在吸收液槽中,分别以硫酸亚铁溶液和自来水做脱硫吸收液进行连续运行实验,考察脱硫率和吸收液pH随反应时间的变化,分析传质-反应过程;研究吸收液总铁浓度随反应时间的变化和初始硫酸亚铁浓度对脱硫率及吸收液pH的影响,验证本文提出脱硫工艺的可行性;并进一步考察各种因素对脱硫率和吸收液pH影响。在此基础上,通过均匀设计实验,逐步回归分析得到实验范围内的脱硫率经验方程。 3.根据小试实验结果,按照经验比拟放大的方法,设计卧式错流填料吸收扩大装置,确定填料层长度和吸收器截面积,校合实验装置的液泛气速,设计排管式液体分布器,并 大连理工大学博士学位论文 在扩大装置中考察脱硫工艺的实验效果。在上述基础上,针对某钢铁企业烧结烟气脱硫 中试项目,设计l0000Nm3瓜铁屑法烟气脱硫工艺和设备,给出填料吸收器的尺寸,确 定除雾器大小,计算选定脱硫风机和吸收液泵的型号,并计算烟气出口温度、系统补充 水量、氧化空气用量等工艺参数。 4.过渡金属离子液相催化氧化Sq反应十分复杂,实验条件不同,得出的结果有很大差 异。为了更好的掌握脱硫工艺的过程规律,根据脱硫工艺涉及的Fe(n)浓度范围,选用 NaHso3作为反应物质,全面研究10一6M、阵扭)l:IM范围内Fe(II)液相催化氧化s(IV) 反应动力学,将Fe(II)浓度分为两个范围对实验结果加以讨论,确定HSO3一和Fe(H)的 反应级数,调查离子强度和温度对反应速率常数的影响;并结合研究者提出的自由基机 理和反应历程,分析反应机理,解释动力学规律。
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