德图-350型烟气分析仪、AL204梅特勒-托利多电子分析天平。

尿素, 天津渤化化学试剂有限公司; 氢氧化钾, 天津金汇太亚化学试剂有限公司; 氨水, 天津市石英钟厂霸州市化工分厂。

1.2.1 尿素湿法脱硫评价装置的搭建

按照图1搭建尿素湿法脱硫评价装置。模拟工业烟气从气瓶1中引出, 经过气瓶自带的减压阀减压, 进入缓冲瓶2稳压; 再经转子流量计控制模拟工业烟气的流量; 而后在A1处取样测定模拟工业烟气的二氧化硫浓度, 经吸收装置对模拟工业烟气进行处理, 脱除模拟工业烟气中的二氧化硫; 接着在A2处用集气袋收集尾气进行分析, 多余尾气排入大气中。模拟工业烟气气瓶中二氧化硫浓度为582.86 mg· m^-3, 流速控制为10 L· h^-1。

图1

Figure 1

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	图1 尿素湿法脱硫评价装置 1.模拟工业烟气气瓶(带减压阀); 2.缓冲瓶; 3.转子流量计; 4.吸收装置; A1、A2.分析取样点Figure 1 Evaluation device of wet desulfurization by urea

1.2.2 取样及分析方法

在评价开始前, 首先需要使用集气袋在A1处收集模拟工业烟气, 收集时间为30 min, 使用德图-350型烟气分析仪对模拟工业烟气的二氧化硫浓度进行测定。开始评价后, 用集气袋在A2处收集尾气, 每隔30 min更换集气袋, 并使用德图-350型烟气分析仪测定尾气的二氧化硫浓度。计算二氧化硫的去除率。

1.2.3 分析方法的误差分析

在A2处测定尾气中二氧化硫浓度时, 因模拟工业烟气经过吸收装置中液体脱硫剂处理, 所以在测定时需要考虑尾气中水分对测量结果的影响。在吸收装置中不加水和加水1.00 g两种情况下, 测定尾气中的二氧化硫浓度, 结果如表1所示。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 尾气中水分对测量结果的影响 Table 1 Influences of water in tail gas on measurement results 加入水的质量/g 二氧化硫浓度/mg· m-3 0 582.86 1.00 578.20

表1 尾气中水分对测量结果的影响 Table 1 Influences of water in tail gas on measurement results

由表1可以看出, 吸收装置中加入少量水相比不加水, 尾气二氧化硫浓度的测量结果在数值上小4.66 mg· m^-3, 相对误差为0.8%。说明尾气中含有少量水分对使用德图-350型烟气分析仪测量的结果影响很小, 可以忽略。因此, 分析方法可行。

室温下, 在吸收装置中分别加入相同质量的水和溶质含量为20%的尿素溶液, 考察尿素对湿法脱硫剂脱硫效果的影响, 结果如表2所示。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 尿素对湿法脱硫剂脱硫效果的影响 Table 2 Influences of urea on the desulfurization effect of the wet desulfurizer 加入的物质 二氧化硫脱除率/% 水 95.42 20%尿素溶液 100

表2 尿素对湿法脱硫剂脱硫效果的影响 Table 2 Influences of urea on the desulfurization effect of the wet desulfurizer

由表2可知, 20%尿素溶液的脱硫效果比水好, 二氧化硫的脱除率可达100%。说明尿素的加入使得湿法脱硫剂具有显著的脱硫效果。这是因为:一方面, 20%尿素溶液中的水能与二氧化硫反应, 形成亚硫酸, 从而将二氧化硫吸附; 另一方面, 尿素与亚硫酸反应形成亚硫酸铵, 再经氧气氧化形成硫酸铵。

添加剂对湿法脱硫剂的脱硫效果具有促进作用。在吸收装置中分别加入A、B、C三种溶液, 考察添加剂对湿法脱硫效果的影响。A、B、C三种溶液的组成见表3, 三种溶液的脱硫效果见表4。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 三种溶液(A、B、C)的组成 Table 3 Composition of three solutions (A, B, C) 溶液 ω (尿素)/% ω (氢氧化钾)/% ω (氨水)/% A 20 0 0 B 20 0.60 0 C 20 0 0.60

表3 三种溶液(A、B、C)的组成 Table 3 Composition of three solutions (A, B, C)

表4

Table 4

表4(Table 4)

表4 三种溶液(A、B、C)的脱硫效果 Table 4 Desulfurization effect of three solutions (A, B, C) 时间/min 二氧化硫脱除率/% A B C 30 100 100 100 60 83.34 100 100 90 55.44 100 100 120 31.46 100 69.02 150 11.82 100 27.92 180 0.34 100 2.27 210 - 99.22 0.51 240 - 62.21 -

表4 三种溶液(A、B、C)的脱硫效果 Table 4 Desulfurization effect of three solutions (A, B, C)

由表4可知, 各湿法脱硫剂的二氧化硫脱除率随着时间的增加而降低; 加入添加剂氢氧化钾和氨水后, 湿法脱硫剂的脱硫效果都有提高; 并且在加入量相同的情况下, 氢氧化钾对于湿法脱硫剂脱硫效果的提升作用比氨水更显著。故后续实验中, 以氢氧化钾作为添加剂。

室温下, 在吸收装置中分别加入不同浓度的氢氧化钾, 考察氢氧化钾浓度对湿法脱硫剂的影响, 结果见图2。由图2可知, 湿法脱硫剂的脱硫效果随着氢氧化钾浓度的升高而提高。氢氧化钾浓度的升高, 使得湿法脱硫剂的pH值升高, 从而促进了湿法脱硫剂的脱硫效果。但随着氢氧化钾浓度的升高, 湿法脱硫剂脱硫效果的评价时间随之增加, 不便于评价。综合考虑脱硫效果和评价时间, 后续实验中添加剂的浓度选择为0.6%。

图2

Figure 2

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	图2 不同氢氧化钾浓度对脱硫效果的影响Figure 2 Influences of different concentrations of potassium hydroxide on the desulfurization

温度对湿法脱硫剂脱硫效果的影响见图3。

图3

Figure 3

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	图3 温度对脱硫效果的影响Figure 3 Influences of temperatures on the desulfurization

由图3可知, 随着温度的升高, 湿法脱硫剂的二氧化硫脱除率提高。实验结果与黄建洪等的研究结果相吻合^[11], 说明总反应吸热。