Na2CO3+EDTA+EDTA-2Na吸收劑對(duì)濕法煙氣深度脫硫性能的試驗(yàn)研究

張少杰，李 斌，趙光明

(中北大學(xué) 化工與環(huán)境學(xué)院，山西 太原 030051)

資源與環(huán)境

Na2CO3+EDTA+EDTA-2Na吸收劑對(duì)濕法煙氣深度脫硫性能的試驗(yàn)研究

張少杰，李 斌，趙光明

(中北大學(xué) 化工與環(huán)境學(xué)院，山西 太原 030051)

本文通過試驗(yàn)研究了由碳酸鈉(Na2CO3)、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)組成的混合吸收劑對(duì)煙氣的脫硫性能。試驗(yàn)表明，在混合吸收劑中加入乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二鈉，能增強(qiáng)液相碳酸鈉吸收SO2的活性，進(jìn)而提高其對(duì)煙氣中SO2的吸收率。當(dāng)EDTA和EDTA-2Na占混合劑質(zhì)量比例超過10%時(shí)，增強(qiáng)作用不再明顯。而且只有EDTA和EDTA-2Na接近等物質(zhì)的量比時(shí)，混合吸收劑才有最好的脫硫效果，因?yàn)榇龠M(jìn)脫硫效果起主要作用的是乙二胺四乙酸二鈉與乙二胺四乙酸在混合劑溶液中形成酸堿共軛體系。

碳酸鈉吸收劑；乙二胺四乙酸；濕法煙氣脫硫；深度脫硫

近年來我國(guó)環(huán)境空氣污染問題日益突出，為了有效治理工業(yè)煙氣污染，國(guó)家已經(jīng)出臺(tái)一系列嚴(yán)厲的環(huán)保政策與措施，并要求對(duì)電廠的燃煤煙氣進(jìn)行深度凈化，實(shí)現(xiàn)超低排放[1-2]。隨著電廠煙氣超低排放治理措施的逐步落實(shí)和環(huán)保政策的日趨嚴(yán)格，其它燃煤煙氣的超低排放也將提上日程。

目前各種燃煤爐窯的煙氣治理中應(yīng)用最廣的是濕法脫硫，這些脫硫設(shè)備很難達(dá)到日益嚴(yán)格的SO2超低排放標(biāo)準(zhǔn)。限于中小爐窯的投資規(guī)模也不可能像電廠一樣投巨資對(duì)其煙氣脫硫設(shè)施進(jìn)行超低排放改造。因此在不對(duì)現(xiàn)有煙氣脫硫設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模改造的前提下，研究高效的吸收劑提高現(xiàn)有設(shè)備的脫硫率更具有現(xiàn)實(shí)意義[3-4]。

本文通過實(shí)驗(yàn)研究了由碳酸鈉(Na2CO3)、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)按照一定的質(zhì)量比配制而成吸收劑的脫硫性能。

1 試驗(yàn)裝置與方法

1.1 試驗(yàn)裝置和流程

試驗(yàn)在直徑110 mm、有效吸收高度2 m的噴淋塔吸收塔上進(jìn)行。試驗(yàn)用含SO2煙氣采用二氧化硫氣瓶和配氣器混合制成的模擬煙氣，通過氣瓶和混合器出口的流量計(jì)控制混合模擬氣體的流速和SO2濃度。模擬煙氣由溫度可調(diào)(20～120℃)的電加熱器加熱。模擬煙氣進(jìn)入吸收塔，與噴淋的吸收液進(jìn)行反應(yīng)。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)中，模擬氣體在噴淋塔中空塔流速1m/s，有效反應(yīng)時(shí)間約2s；模擬氣體和吸收液的液氣比設(shè)置在12～15 L/m3范圍內(nèi)，盡量維持穩(wěn)定；模擬氣體溫度控制在60～70℃；吸收塔中pH值控制在5～9。

配制吸收液的吸收劑分別選用Ca(OH)2、Na2CO3、以及由碳酸鈉、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉、高錳酸鉀按照一定的質(zhì)量比配制而成的混合吸收劑。試驗(yàn)中，吸收液質(zhì)量濃度8%～15%。

每組吸收試驗(yàn)做3個(gè)平行，結(jié)果取平均值。

試驗(yàn)中，噴淋塔吸收塔進(jìn)氣口、出氣口煙氣中SO2的濃度采用煙氣分析儀測(cè)定，并根據(jù)公式(1)計(jì)算SO2的去除率。

(1)

式中：ηSO2為SO2的去除率；CSO2,in為噴淋塔進(jìn)氣口SO2的質(zhì)量濃度，單位mg/m3；CSO2,out為噴淋塔出氣口SO2的質(zhì)量濃度，單位mg/m3。

1.3 試劑和儀器

試驗(yàn)所用藥劑均為市售，分析純。SO2氣體為氣瓶純氣體，純度大于99%。

SO2濃度檢測(cè)采用煙氣分析儀，武漢天虹TH-990型智能煙氣分析儀，SO2測(cè)量范圍0～5000 mg/m3，分辨率1mg/m3，準(zhǔn)確度<±2%。

pH用精確pH計(jì)，JTP-1C，上海精密科學(xué)儀器有限公司。氣體流速采用LZB-3WB 玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)。

2 試驗(yàn)方案

2.1 脫硫效果對(duì)比試驗(yàn)

通過試驗(yàn)對(duì)比由碳酸鈉、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉組成的混合吸收劑與Ca(OH)2、Na2CO3做吸收劑時(shí)各自的脫硫效果。

試驗(yàn)中，模擬煙氣在吸收塔進(jìn)口SO2初始濃度500 mg/m3；Ca(OH)2配置不同吸收液的質(zhì)量濃度梯度為5%～10%；碳酸鈉吸收液參照Ca(OH)2吸收液按照OH-等物質(zhì)的量比配置。

碳酸鈉、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉組成的混合吸收劑，碳酸鈉質(zhì)量比例占吸收劑總量的90%，乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉按等物質(zhì)的量比添加，共占吸收劑總質(zhì)量的10%。

2.2 EDTA+EDTA-2Na不同質(zhì)量比例對(duì)脫硫效果的影響

通過試驗(yàn)對(duì)比乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉在混合吸收劑中所占不同質(zhì)量比例時(shí)對(duì)脫硫效果影響的試驗(yàn)。試驗(yàn)中，在吸收塔進(jìn)口模擬煙氣SO2初始濃度500 mg/m3。分別配置乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉共同質(zhì)量占混合吸收劑總質(zhì)量不同比例的吸收劑，質(zhì)量比例范圍是1%～15%。其中乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉按照等物質(zhì)的量比配置。試驗(yàn)中吸收液質(zhì)量濃度為10%。

2.3 EDTA/EDTA-2Na比值對(duì)脫硫效果的影響

通過試驗(yàn)對(duì)比乙二胺四乙酸/乙二胺四乙酸二鈉對(duì)脫硫效果的影響。配置乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉共同質(zhì)量占混合吸收劑總質(zhì)量的10%，其中乙二胺四乙酸/乙二胺四乙酸二鈉的物質(zhì)的量比分別范圍為：0.1～6。試驗(yàn)中吸收液質(zhì)量濃度為10%。

3 結(jié)果與討論

3.1 脫硫效果對(duì)比試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果表明，碳酸鈉比氫氧化鈣脫硫效果略好些，添加乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉的碳酸鈉脫硫效果明顯好于純碳酸鈉。試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

由圖1可知，碳酸鈉溶液對(duì)二氧化硫的吸收凈化性能高于氫氧化鈣，而添加乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉，能明顯提高純碳酸鈉對(duì)二氧化硫的吸收凈化性能。

圖1 脫硫效果對(duì)比試驗(yàn)

3.2 EDTA+EDTA-2Na不同質(zhì)量比例對(duì)脫硫效果的影響

根據(jù)氣體吸收凈化的雙膜理論，氣體吸收傳質(zhì)過程中的總阻力等于氣相傳質(zhì)阻力和液相傳質(zhì)阻力之和。SO2相對(duì)易溶與水，其作為溶質(zhì)在吸收劑中的溶解度比較大，因而其液相傳質(zhì)阻力可以忽略，總傳質(zhì)阻力可以近似地認(rèn)為等于氣相傳質(zhì)阻力。乙二胺四乙酸的酸性介于碳酸和亞硫酸之間，乙二胺四乙酸的弱酸性可以在氣液界膜上抑制由于SO2溶解而導(dǎo)致的H+濃度迅速增加，起到緩沖pH值降低的作用，從而大大提高SO2的氣相溶解率，進(jìn)而加快SO2在氣液界膜中氣相的傳質(zhì)速度，提高脫硫率。

用碳酸鈉和乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉配置混合吸收劑，乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉按照等物質(zhì)的量比配置。乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉在混合吸收劑中所占的不同的質(zhì)量比對(duì)脫硫效果有不同的影響，見圖2。

圖2 EDTA+EDTA-2Na不同質(zhì)量比例對(duì)脫硫效果的影響

由圖2可知，隨著乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉在混合吸收劑中所占質(zhì)量比例的增加，吸收塔出口二氧化硫的濃度逐漸減小，但是減小幅度逐漸變緩，說明在混合吸收劑中由于乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二鈉的加入，大大增強(qiáng)了液相碳酸鈉吸收SO2的活性，提高了對(duì)煙氣中SO2的吸收率。但是隨著乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二鈉所占比例的增加，促進(jìn)作用的增幅在逐步減弱。

3.3 EDTA/EDTA-2Na比值對(duì)脫硫效果的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，EDTA/EDTA-2Na比例對(duì)脫硫效果有明顯的影響，只有乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二鈉接近等物質(zhì)的量比時(shí)，才有最好的脫硫效果。否則，無論二者誰的物質(zhì)的量比例增加，都嚴(yán)重影響脫硫效果。

由圖3可知，當(dāng)EDTA/EDTA-2Na物質(zhì)的量比為1時(shí)，混合吸收劑脫硫效果最好。這是因?yàn)橐叶匪囊宜岫c與乙二胺四乙酸在溶解后形成酸堿共軛體系，其作用機(jī)理如下。在溶液中乙二胺四乙酸與碳酸鈉首先反應(yīng)生成乙二胺四乙酸二鈉，之后由于乙二胺四乙酸的酸性介于碳酸和亞硫酸之間，乙二胺四乙酸二鈉與已吸收的SO2(以H2SO3形式存在)反應(yīng)生成Na2SO3和NaHSO3，同時(shí)乙二胺四乙酸得以再生。因此只有EDTA/EDTA-2Na接近等物質(zhì)的量比時(shí)，二者對(duì)才能共同作用大大增強(qiáng)液相碳酸鈉吸收SO2的活性，提高了對(duì)煙氣中SO2的吸收率。

圖3 EDTA /EDTA-2Na不同比例對(duì)脫硫效果的影響

4 結(jié)論

(1)乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)按照一定的質(zhì)量比加入碳酸鈉(Na2CO3)，能促進(jìn)碳酸鈉的脫硫性能。這是因?yàn)樵诨旌衔談┲屑尤胍叶匪囊宜岷鸵叶匪囊宜岫c，能增強(qiáng)液相碳酸鈉吸收SO2的活性，進(jìn)而提高其對(duì)煙氣中SO2的吸收率。

(2)隨著乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二鈉在混合吸收劑中所占比例的增加，對(duì)脫硫效果促進(jìn)作用的增幅在逐步減弱。當(dāng)乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二鈉占混合劑質(zhì)量比例超過10%時(shí)，促進(jìn)作用不再明顯。

(3)只有乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二鈉在等物質(zhì)的量比時(shí)，混合吸收劑才有最好的脫硫效果。這是因?yàn)榇龠M(jìn)脫硫效果起主要作用的是乙二胺四乙酸二鈉與乙二胺四乙酸在溶解后形成酸堿共軛體系。

[1] 王 巍，袁 園，別 璇，等.燃煤電廠超低排放控制設(shè)備改造前后物耗和能耗分析[J].電力科學(xué)與工程，2017,33(1):15-20.

[2] 環(huán)境保護(hù)部，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)，國(guó)家能源局.關(guān)于印發(fā)《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》(環(huán)發(fā)[2015]164 號(hào)) 的通知[A].中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部，2015.

[3] 王書芳，徐宏建，潘衛(wèi)國(guó)，等．濕法煙氣脫硫添加劑增效機(jī)理及研究進(jìn)展[J].山東化工，2013，42(3):22-25．

[4] 張永忠，甘 露，吳其榮．燃煤鍋爐超低排放技術(shù)探討[J]．能源與環(huán)境，2016(6):78-79．

(本文文獻(xiàn)格式：張少杰，李 斌，趙光明.Na2CO3+EDTA+EDTA-2Na吸收劑對(duì)濕法煙氣深度脫硫性能的試驗(yàn)研究[J].山東化工,2017,46(7):193-194,199.)

Experimental Study on the Performance of Absorbent Consisting of Na2CO3,EDTA, EDTA-2Na for Wet Flue Gas Desulfurization

ZhangShaojie,LiBin,ZhaoGuangming

(School of Chemical and Environmental Engineering, North University of China, Taiyuan 030051,China)

The flue gas desulfurization performance of the mixed absorbent composed of sodium carbonate (Na2CO3),ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and disodium ethylenediamine tetraacetate (EDTA-2Na) was studied by experiments.The results show that the addition of EDTA and EDTA-2Na in the mixed absorbent can enhance the activity of liquid sodium carbonate absorbing SO2,and increase the absorption rate of SO2in flue gas.When the mass ratio of EDTA and EDTA-2Na accounted for more than 10% in the mixture,the promoting effect was no longer significant. And only EDTA and EDTA-2Na close to the equimolar ratio,the mixed absorbent has the best desulfurization effect,because the main effect of promoting the desulfurization effect is EDTA-2Na and EDTA in the mixture solution forming acid-base conjugate system.

absorbent of sodium carbonate;ethylenediaminetetraacetic acid;wet flue gas desulfurization;deep desulfurization

2017-02-27

超重力化工過程山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(CZL201504)

張少杰(1983—)，男，山西陽泉人，工作單位陽泉市輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)管理站，助理工程師，中北大學(xué)碩士研究生(在讀) ，主要從事化工與環(huán)境保護(hù)研究。

X701.3

A

1008-021X(2017)07-0193-02