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氨-循環再生吸收法脫硫
日期:2012-6-1

氨-循環再生吸收法脫硫反應機理

1氨脫硫化學反應動力學

氨法吸收是將氨水通入吸收塔中,使其與含SO2的煙氣進行接觸,以(NH4)2SO3- NH4HSO3混合溶液為基礎的,發生如下基本反應

(NH4)2SO3+SO2+H2O《===》2NH4HSO3             (1-1)

NH4HSO3 +NH3《===》(NH4)2SO3             (1-2)

可見真正起到吸收SO2作用的是(NH4)2SO3,NH4HSO3不吸收SO2,而吸收NH3,為SO2吸收提供吸收劑。

在水溶液中,上述反應按如下離子反應進行。

SO2+H2O《===》H2SO3《===》H+ +HSO3-    (1-3)

HSO3-《===》H+ +SO32-                   (1-4)

NH3+H2O《===》OH-+NH4+                (1-5)

H2O《===》OH-+ H+                      (1-6)

在電廠煙氣脫硫中由于煙氣含有CO2、O2、NOx及灰分等物質。也會存在一些副反應,比如由于氧的存在,會發生如下反應:

2(NH4)2SO3 + O2 →2(NH4)2SO4              (1-7)

2NH4HSO3 + O2 →2NH4HSO4                  (1-8)

煙氣中的CO2含量約為10%~12%,但是由于H2SO3的酸性要比H2CO3強得多,CO2的存在不影響過程的脫硫。

在吸收反應的動力學方面,我們可以參看附圖1-1,這是一個典型的氣-液兩相過程,SO2和 NH3都必須先從氣相擴散到液膜,然后再進入液相主體。但是由于液相的化學反應都是快速,甚至是飛速反應,主要反應都是在液膜內進行的。SO2吸收的總傳質阻力在氣膜。當然隨著溶液性質的變化,主要是pH值的變化,SO2的溶解度也會變化。隨著pH值的增加,SO2的溶解度減少,這樣液膜的阻力也不能忽視,但是氣膜傳質的阻力仍然是主要的。

 

            附圖1-1 SO2 和NH3在水溶液中的反應

整個脫硫系統的吸收、反應、氧化達到一個完全的動態平衡。使煙氣中的SO2不斷吸收,形成硫酸銨排出脫硫塔。

2 (NH4)2SO3溶液的強制氧化反應

    氨法脫硫漿液的氧化一直是氨法脫硫的關鍵。低濃度溶液中的亞硫酸根在氧的存在下極易氧化成硫酸根,

亞硫酸銨與亞硫酸氫銨的氧化反應

(NH4)2SO3 +1/2O2         (NH4)2SO4             (1-9)  

 NH4HSO3 +1/2O2          NH4HSO4              (1-10)

但溶液中亞硫酸銨鹽濃度高于10%以上,氧化效率會迅速減低。

溶解氧的作用:

溶解氧是指空氣中的氧分子或液態氧的分子(純氧)溶入水中的部份的氧氣稱之溶解氧,因為氧氣是難溶于水的,在水中的溶解度很小,大部份氧氣和純氧不能被溶于水而是仍然釋放到大氣中。溶解氧是氧分子在水分子作用下,而產生變形的分子而溶于水。亞硫酸銨分子溶于水,它與氧分子反應而產生硫酸銨,空氣或純氧的通入只是補充溶解氧。而溶解氧隨著溫度的提高,亞硫酸銨等濃度的增加,溶解氧的數量減少。

本工藝為保證氧化效率,將脫硫塔漿液中亞硫酸銨鹽濃度控制在10%以下。通過定期人工取樣檢測脫硫塔溢流口液體比重查看系統的氧化效率。

3循環再生系統反應

清液池中液體達到排放量時,經再生系統,回收氨、硫。

再生氨的過程主要發生如下反應:

CaO+H2O          Ca(OH)2                       (1-11)

(NH4)2SO4+Ca(OH)2               CaSO4·2H2O(s)+2NH3(g)       (1-12) 

NH4HSO4+Ca(OH)2         CaSO4·2H2O(s)+NH3 (g)      (1-13)

石灰制漿池內發生的反應(1-11),制漿池上配置攪拌器。清液池內脫硫漿液通過再生前水液泵輸入再生反應器。生成的Ca(OH)2漿液通過熟石灰漿液泵輸入再生反應器內。反應器內進行反應(1-12)、(1-13)。生成的氣態氨輸入到氨氣儲存緩沖槽。再生反應器排出的懸濁態液體經泥漿泵進入壓濾機進行壓濾。濾餅(硫酸鈣)作建材原料外運。堿性濾液排入中間水池作脫硫補充液使用。

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