UV-H2O2高級(jí)氧化工藝一體化脫硫脫硝研究.pdf

1、煤燃燒產(chǎn)生的SO2和Nox會(huì)引起酸雨和光化學(xué)煙霧等環(huán)境污染問題,給人類健康和生態(tài)環(huán)境帶來了極大的危害。在一個(gè)系統(tǒng)中完成對(duì)SO2和Nox的同時(shí)脫除,即一體化脫硫脫硝可減少系統(tǒng)的復(fù)雜性,降低投資和運(yùn)行費(fèi)用,是當(dāng)前燃燒污染控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。本文在自行設(shè)計(jì)的紫外光一鼓泡床反應(yīng)器中,對(duì)UV(紫外光)/H2O2高級(jí)氧化工藝脫硫脫硝過程的主要影響因素、反應(yīng)機(jī)理以及傳質(zhì).反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)研究,在此基礎(chǔ)上還篩選了一種強(qiáng)化添加劑,并且研究了添加劑

2、強(qiáng)化下UV/H2O2高級(jí)氧化工藝脫除NO的吸收動(dòng)力學(xué)及動(dòng)力學(xué)模型,主要內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　 研究了UV/H2O2高級(jí)氧化工藝脫除NO的主要影響因素,并且通過煙氣分析儀和離子色譜(IC)測(cè)定了氣液反應(yīng)產(chǎn)物,結(jié)果表明:提高UV輻射強(qiáng)度和溶液pH均能大幅度提高NO的脫除效率:隨著H2O2濃度和液面高度的增加,NO的脫除效率均有先增加后不變的趨勢(shì)。NO脫除效率隨著NO濃度,溶液溫度以及煙氣流量的增加均有一定的下降,但溶液溫度影響較小。

3、UV和H2O2之間存在顯著的協(xié)同作用,·OH自由基氧化是NO脫除的主要作用機(jī)制。反應(yīng)過程沒有氣相副產(chǎn)物NO2產(chǎn)生,也沒有液相副產(chǎn)物NO2-產(chǎn)生,液相產(chǎn)物主要是NO3-。
　　 研究了UV/H2O2高級(jí)氧化工藝同時(shí)脫除NO和SO2的主要影響因素,通過返加不同濃度的硫酸和硝酸考察了脫除過程對(duì)產(chǎn)物積累的適應(yīng)性,研究了不同溫度下H2O2的分解速率。結(jié)果表明:在所有條件下,SO2均能被完全脫除。提高UV輻射強(qiáng)度、H2O2濃度和溶液pH對(duì)N

4、O脫除過程均有顯著的促進(jìn)作用。NO脫除效率隨著NO濃度、SO2濃度以及煙氣流量的增加均有顯著下降。溶液溫度和O2濃度對(duì)NO脫除影響不大。隨著Cl-和NO3-濃度的增加,NO脫除效率有所下降,隨著SO42-濃度的增加,NO脫除效率呈現(xiàn)先增加后下降的變化,但三種離子對(duì)NO脫除的影響均不大。添加HCO3-和CO32-均能大幅度提高NO的脫除效率。UV/H2O2高級(jí)氧化工藝脫硫脫硝過程對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的積累具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。高溫運(yùn)行時(shí)H2O2的分解率

5、很大。
　　 根據(jù)動(dòng)力學(xué)理論和雙膜理論,建立了NO的吸收速率方程,計(jì)算和測(cè)定了“八田數(shù)”和NO反應(yīng)級(jí)數(shù),分析了NO吸收的傳質(zhì).反應(yīng)過程,明確了NO吸收過程的控制環(huán)節(jié),提出了NO吸收過程的有效強(qiáng)化措施和最佳吸收器類型。結(jié)果表明:UV/H2O2高級(jí)氧化工藝脫除NO過程是一個(gè)快速擬一級(jí)反應(yīng),吸收速率方程N(yùn)NO=√DNO,L·kovl CNO,I可以被用于模擬NO的氣液吸收過程;改善化學(xué)反應(yīng)條件以及增大比相界面積是提高NO吸收速率的有效

6、手段;對(duì)于快速反應(yīng),應(yīng)選用相界面積大、持液量小的反應(yīng)器,比如噴灑塔或者噴射塔。
　　 不同反應(yīng)體系對(duì)比研究表明,·OH自由基氧化是NO脫除的主要作用機(jī)制,H2O2氧化是NO脫除的次要作用機(jī)制。通過液質(zhì)聯(lián)用儀+水楊酸捕獲了反應(yīng)過程中的-OH自由基,直接證明了UV/H2O2高級(jí)氧化工藝脫硫脫硝過程是一個(gè)典型的自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。IC分析表明,液相產(chǎn)物主要是NO3-和SO42-,說明NO和SO2主要是通過氧化反應(yīng)被脫除。NO和SO2中的氮

7、/硫元素的摩爾質(zhì)量守恒驗(yàn)算表明:NO和SO2中的氮/硫元素幾乎全部轉(zhuǎn)入到NO3-和SO42-中。根據(jù)自由基穩(wěn)態(tài)近似理論,推導(dǎo)并驗(yàn)證了NO脫除的本征動(dòng)力學(xué)模型。結(jié)果表明,數(shù)學(xué)模型能夠較好地?cái)M合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),表明所擬反應(yīng)機(jī)理具有一定的合理性。
　　 添加劑篩選結(jié)果表明:添加NaOH和Ca(OH)2能夠大幅度促進(jìn)NO的脫除。添加Cu2+和Mn2+也能夠促進(jìn)NO的脫除,但總體影響不大。隨著Fe2+和Fe3+濃度的增加,NO的脫除效率均呈現(xiàn)先

8、增加后下降的變化趨勢(shì)。TiO2、CuO、Fe2O3和MnO2等金屬氧化物以及相應(yīng)的負(fù)載型催化劑對(duì)NO脫除過程均有微小的抑制作用。添加甲醇、乙醇、丙三醇以及正丁醇等添加劑對(duì)NO的脫除過程均起到了促進(jìn)作用,但隨著添加濃度的增加,強(qiáng)化作用均有所減弱。以上四大類添加劑中,金屬陽離子強(qiáng)化下H2O2分解率最高,堿性添加劑和金屬氧化物添加劑次之,而醇類添加劑則對(duì)H2O2自分解具有顯著的抑制作用。因此,添加適量的醇類添加劑可以提高H2O2的有效利用率。

9、根據(jù)制定的添加劑篩選原則以及篩選結(jié)果,正丁醇被認(rèn)為是最合適的強(qiáng)化添加劑。
　　 研究了正丁醇強(qiáng)化下若干工藝參數(shù)對(duì)NO吸收速率的影響。結(jié)果表明:隨著H2O2濃度的增加,NO的吸收速率增加,但當(dāng)H2O2濃度增加到一定程度時(shí),NO的吸收速率幾乎不變。提高溶液pH對(duì)NO吸收速率有明顯的促進(jìn)作用。隨著NO分壓的增加,NO的吸收速率大幅度增加,且兩者之間幾乎保持線性關(guān)系。隨著正丁醇濃度的增加,NO的吸收速率變化不大。隨著SO2分壓的增加,N