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近年来国民经济的快速发展,能源的消耗也在不断的加大,煤炭资源的消费正日益的剧增,造成SO2持续大量排放,已经成为环境污染负担的一个重要因素之一,使面临的大气污染物SO2的处理的形式越来越严峻。氨法烟气脱硫是一种有效处理SO2的方法,而且产生的副产物可以通过适当的方法使之转化为具有良好经济效益的化肥原料硫酸铵,可以节约污染处理成本,也满足社会可持续发展的要求。
传统的处理氨法脱硫副产物亚硫酸铵的方法均为大量鼓风强制氧化方法,但是氧化的周期长,对高浓度的亚硫酸铵浆液氧化率低,而且能耗相当大。针对这一现状,实验采用了臭氧对其进行了非催化氧化研究,考察了反应温度、pH、亚硫酸铵初始浓度、臭氧流量等因素对亚硫酸铵的氧化率和氧化速率的影响。根据试验所得结果,对臭氧氧化应用工艺进行了初步设计。此外,对亚硫酸铵氧化的反应动力学进行了深入研究,并对臭氧氧化亚硫酸铵机理作了探讨。
实验结果表明,在亚硫酸铵初始浓度为低浓度时,其氧化率都比较高,反之,氧化率低。温度在不高于60℃时,氧化率有所增加但变化不大。溶液的pH一般在偏碱性的条件下氧化率相对较高。臭氧的流量增大能促进氧化率的提升,但是过量的臭氧会造成浪费,亚硫酸铵的氧化率也难进一步提高。
在反应的前10min内,无论初始浓度如何,氧化速度较快,随着氧化时间的增加,氧化速度逐渐缓慢变小。温度在氧化中具有双重作用,一方面降低氧化的活化能,另一方面是造成亚硫酸铵的加速分解,综合来看,温度影响不大。反应在不同的pH条件下,溶液呈酸性时,亚硫酸铵的氧化速率较之碱性条件要慢。臭氧流量大时有利于亚硫酸铵的快速反应,在氧化时间达到25min后,氧化速率变小。当臭氧流量小于时0.14mg/min,其氧化速率基本不变。通过正交试验得出:各因素对氧化率的影响从大到小依次为臭氧通气流量>亚硫酸铵初始浓度>pH>反应温度。
对臭氧在实际氨法脱硫中的应用作了初步设计,为今后的工程应用提供借鉴,使氨法烟气脱硫技术具有更加推广的实际意义。
在研究单一臭氧氧化亚硫酸铵动力学中,得出亚硫酸铵的直接氧化反应为总反应为二级反应,对臭氧与亚硫酸铵的浓度均为一级响应,系统的反应速率常数约为1.5L/(mol·s)。对于亚硫酸铵的间接反应的O3/·OH联合氧化反应动力学研究,通过简化数学计算过程,得出当pH增大时,反应总的速率常数增大。亚硫酸铵的间接氧化对臭氧与亚硫酸铵的浓度均为一级响应,总反应为二级反应。