关于超重力尿素湿法烟气脱硝技术的研究分析

北极星环保网讯:通过考察氮氧化物湿法吸收机理,对NOx液相吸收的传质理论进行了相关分析。采用定-转子反应器(RSR)作为新型吸收设备,对尿素溶液吸收氮氧化物废气的工艺条件进行了试验研究,考察了液体流量、进气流量、定-转子反应器转速、尿素含量及吸收温度等因素对NOx脱除率的影响,确定了脱除NOx的最佳条件。

试验结果表明,对定-转子反应器内部结构为SS-RH这种组合,最佳操作参数为液体流量0.2m3/h、进气流量0.2m3/h、定-转子反应器转速1400r/min、尿素溶液质量分数20%、吸收温度60℃。在此条件下,NOx的脱除率可达到63%。

氮氧化物(NOx)是造成大气污染的主要污染源之一,通常所说的NOx主要包括N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等,其中污染大气的主要是NO和NO2,NOx的排放控制技术一直是发达国家的关注重点。

国内外常用的烟气脱硝技术大致可分为干法和湿法两大类。干法烟气脱硝主要有催化法、吸附法、等离子体治理技术、微波法和光催化氧化法等;湿法烟气脱硝主要有酸吸收法、碱溶液吸收法、氧化吸收法、液相还原吸收法、液相络合吸收法等。

尿素吸收分解还原法属于湿法中的液相还原吸收法,吸收完成后的废液经补充尿素循环使用,不产生污染的废弃水体,避免了传统水洗法、碱吸收法、选择性催化氨还原法等工艺存在的酸性污染、副反应多、副产品难于回收等问题,比较符合环保的要求,因此尿素在控制NOx排放中的用途不断增加。

之前,进行烟气脱硝的设备主要有吸收塔和旋转填充床。定-转子反应器[7]是在综合旋转填充床的端效应区和空腔区强化传质作用,以及改善液体的周向分布的基础上设计出来的新型过程强化设备。它发挥了旋转填充床高效传质和微观混合性能的优点,同时也克服了其内部液体一次性分布及内置填料不易清洗的缺点。

目前,定-转子反应器的研究主要集中在纳米材料的制备、气液传质及压降特性、传热特性、微观混合等方面的研究。但是有关定-转子反应器在气体吸收方面的研究尚未见报道。

本文以定-转子反应器为吸收设备,以尿素溶液作为吸收剂,对液体流量、进气流量、定-转子反应器转速、尿素溶液质量分数及吸收温度等因素进行了考察,从而得出最佳操作参数。

1、实验部分

1.1、尿素脱硝机理

NOx通过分子扩散和湍流扩散作用从两相界面扩散到液相主体。在液相中形成HNO3和HNO2,分别电离成H+、NO-3和NO-2,生成的NO-2与(NH2)2CO反应生成N2和CO2等。尿素溶液吸收NOx的反应过程为

2NO+O2→2NO2

2NO2→N2O4

NO+NO2→N2O3

N2O3+H2O→2HNO2

N2O4+H2O→HNO2+HNO3

2NO2+H2O→HNO2+HNO3

2HNO2+(NH2)2CO→2N2+CO2+3H2O

化学反应式为

(NH2)2CO+NO+NO2→2N2+CO2+2H2O

由上述机理可见,NOx的脱除主要是通过NO氧化,随后溶于水溶液,与尿素发生化学反应达到脱除的目的。其中的尿素溶液则直接与溶于液相的NOx反应,而NOx由气态转入水相主要是通过NOx在溶液中的吸收平衡来实现。NOx在水相中的存在形态较为复杂,溶于水中的NOx可以被液相中氧化剂氧化成NO3-。

1.2、实验装置及工艺流程

1.2.1、实验装置

定-转子反应器的结构如图1所示。其核心部分由定子和转子组成,其中没有填料。定子由固定在端盖上的同心排列的圆柱构成,开有圆孔的同心环通过螺钉连接在转子座上构成转子。同心环在圆周上有流体通道,定子上的多层同心环与转子上的多层同心环的直径不等,交叉在一起。

定子通过端盖固定在壳体上,转子通过转子座与电机转轴连接,电机转动带动转子旋转。流体在定子和转子之间流动的过程中受到高度剪切,被破碎分散并不断地进行再分布,相当于旋转填充床中多个端效应区和空腔区的叠加,增加了表面更新速率及流体的湍流程度,促进了两相之间的传质。

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