CN107497259A - 一种超声波雾化催化氧化脱除低浓度so2的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种超声波雾化催化氧化脱除低浓度SO2的方法，针对不易处理的低浓度SO2烟气，采用超声波雾化技术将硫酸锰吸收液雾化形成大量均一、稳定的雾滴，与烟气中的SO2、O2发生催化氧化反应，该发明增加了气液接触面积，减小了传质阻力，提高了吸收液对低浓度SO2的脱除效率，本发明方法工艺过程简单，主体设备简单，在常温常压下能有较高的脱硫率，操作简便，成本低，可用于硫酸工业中低浓度SO2的脱除。
Description
技术领域
本发明涉及一种超声波雾化催化氧化脱除低浓度SO2的方法，属于大气污染净化技术领域。
背景技术
随着现代工业的飞速发展，我国的空气污染日益严重，其中SO2是主要的污染物之一，同时也是导致植物死亡、材料腐蚀、土壤酸化、酸雨形成等环境问题的主要原因，对人类的生存环境带来了极大威胁。随着人类经济水平的提高，人们对空气环境的要求也越来越高，2012年我国发布的《国务院关于印发国家环境保护“十二五”规划的通知》重点指出：燃煤机组与脱硫设施要同步建设；全面控制钢铁行业SO2排放总量。因此，开发高效经济的脱硫技术具有重要意义。
目前，国内外学者对脱硫技术进行了大量研究，主要分为干法脱硫技术和湿法脱硫技术两大类。干法脱硫技术是采用干态粉状脱硫剂脱除燃煤产生的SO2。脱硫反应和脱硫副产物处理均在干状态下进行，没有废水产生，设备腐蚀小，烟气无需加热，结构简单，设备易于维护，运行费用低。但干法脱硫技术存在脱硫剂利用率低，脱硫效率低等缺点。
湿法烟气脱硫技术是采用能与SO2发生反应的化合物作为吸收液，将烟气中的二氧化硫转化为液体或固体化合物，从而将SO2从烟气中分离出来。主要的湿法脱硫技术有石灰/石灰石法脱硫技术、海水烟气脱硫技术、湿式氨法脱硫技术等。
石灰/石灰石法脱硫技术应用广泛，脱硫效果较好，且石灰石廉价易得，但整个脱硫装置体积庞大，能耗较高，且脱硫后产品绝大多数弃置不用，造成硫资源的浪费，这与当前倡导的循环经济不符。海水脱硫技术的优点是节省了吸收剂制备系统，也不产生任何废弃物，工艺简单，系统运行可靠，脱硫效率高，投资及运行费用地。缺点是有地理位置的局限，适用于海滨电厂，且燃料的含硫量有要求。湿式氨法脱硫技术中以氨-酸法、氨-亚硫酸铵和氨-硫铵法比较成熟。氨-酸法具有工艺成熟、设备简单、操作方便、可副产化肥等优点。但该法需要消耗大量的氨和硫酸，对不具备这些原料的冶金、电厂等部门，推广应用有一定困难。氨-亚硫酸铵法流程简单，可减少硫酸和氨的消耗，且气氨、氨水和固体碳酸氢铵均可作为氨源，既可生产液体亚胺，又可以制取固体亚胺。氨-硫氨法该法和氨-亚硫酸铵法相比较是一种简便的方法，但副产品硫铵销路不好，存在治理经济不佳的问题。
湿法脱硫技术由于其运行可靠、脱硫效率高等优点有着无可替代的地位。但湿法烟气脱硫系统复杂、运行费用高，初期投资大，脱硫产物难于处理等。传统的干法脱硫和湿法脱硫均存在不足，随着环保法规日趋严格，冶金等工业炉窑中SO2排放浓度要求≤200mg/m3，开发净化效率高、运行成本经济的工业烟气脱硫新技术正日益引起人们的重视。
中国专利CN103566750A发明提供一种烟气脱硫方法，主要内容是将钙镁渣用水洗涤后，再用水或者脱硫母液配置成盐泥料浆；将燃煤烟气与所述盐泥料浆或一级脱硫循环料浆并流降温，同时吸收燃煤烟气中的部分二氧化硫，得到一级烟气和降温脱硫料浆；降温脱硫料浆重复用于燃煤烟气并流降温优选至80℃，直至降温脱硫料浆的pH值为6~7，进行固液分离，得到硫酸钙和脱硫母液；将一级烟气与所述盐泥料浆或二级脱硫循环料浆逆流脱硫，得到二级烟气和一级脱硫循环料浆；一级脱硫料浆重复与一级烟气逆流脱硫或用于与燃煤烟气并流降温；将二级烟气与盐泥料浆逆流脱硫，得到净化的烟气和二级脱硫循环料浆；二级脱硫料浆重复与所述二级烟气逆流或用于与一级烟气逆流脱硫。该方法产生的母液可以回收利用，生产镁系列产品，产生的固体硫酸钙可作为其他行业的原辅材料，但该方法工艺复杂繁琐，工艺过程难以控制在优选反应条件下，增加其运行成本。
中国专利CN102580497A提出了一种脉冲放电与液相催化氧化协同烟气脱硫方法。它是由电晕放电反应器（线-筒式）、高压脉冲电源供电系统、液相催化剂、液膜形成循环系统，水处理系统组成。待处理烟气进入电晕放电反应器电场中，一方面高压脉冲电晕电场放电产生的自由基和活性物质将烟气中部分SO2氧化为SO3，活性物质如O、OH、O3、HO2，另一方面在电场和扩散的共同作用下，SO3与未被氧化的SO2迁移进入反应器内壁上的水膜液相被吸收后，SO2进一步被液相催化氧化为S（VI），最终形成高价态酸类，从而达到净化烟气目的。经过对处理后尾气检测，该法脱硫率能达到99%，但该方法需在高压电下进行，工艺运行时存在较大安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声波雾化催化氧化脱除低浓度SO2的方法，主要克服了现有脱硫技术的不足，实现了较高的脱硫效率。
本发明的技术方案如下：首先配制浓度为0.01~0.05mol/L的硫酸锰溶液作为雾化吸收液，利用超声波雾化器将硫酸锰溶液以1~6mL/min的雾化量进行雾化，形成雾滴通入反应装置中，将含SO2体积分数为0.3~0.5%、O2体积分数为8.5~18%的烟气以0.2~1L/min的气流流量通入反应装置与雾滴发生催化氧化反应，恒温水浴装置将反应温度控制在25~35℃，完成低浓度SO2的脱除。
本发明超声波雾化催化氧化脱除低浓度SO2的方法，具体操作步骤如下：
（1）配制浓度为0.01~0.05mol/L的硫酸锰溶液，调节pH为5~7，作为雾化吸收液，利用超声波雾化器将硫酸锰溶液以1~6mL/min的雾化量进行雾化，形成雾滴进入反应装置中；其中超声波雾化器的功率为20~60VA，雾滴的粒径在1~5μm；
（2）将含SO2体积分数为0.3~0.5%、O2体积分数为8.5~18%的烟气以0.2~1L/min的气体流量通入反应装置与雾滴发生催化氧化反应，恒温水浴装置将反应温度控制在25~35℃，完成低浓度SO2的脱除。
脱硫过程中每隔一定时间用烟气分析仪测定出口处SO2浓度，计算脱硫率，脱硫率的公式为：
其中：η：脱硫率，%
C1：烟气中SO2浓度，mg/m3
C2：出口气体中SO2浓度，mg/m3
与现有脱除低浓度SO2的方法和技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）利用超声波的空化作用将吸收液爆破为大量均匀细小的雾滴，增大了脱硫剂与SO2的接触面积，降低了传质阻力，使脱硫效率得到了提高。
（2）催化氧化反应在恒温水浴中进行，不需增加额外的加热设备，操作简单，脱硫效果好。
本发明方法工艺过程简单，吸收液可由廉价易得的锰矿浆、磷矿浆所代替，主体设备简单，只需超声雾化装置和吸收装置，在常温常压下能有较高的脱硫效率，操作简便，成本低，可用于硫酸工业中低浓度SO2的脱除。
附图说明
图1是本发明的三个实施例中脱硫率与时间的关系曲线图。
具体实施方式
通过以下实施例进一步说明本发明，但应注意本发明的范围并不受这些实施例的限制。
实施例1：超声波雾化催化氧化脱除低浓度SO2的方法，具体操作如下：
利用电子天平称取硫酸锰（MnSO4·5H2O）固体，并用蒸馏水溶解定容至1L的容量瓶中，配制浓度为0.05mol/L的硫酸锰溶液，备用，调整硫酸锰溶液的pH为5.45，用量筒量取120mL硫酸锰溶液并转移至超声波雾化器中，超声波雾化器的功率为60VA，超声波雾化器将硫酸锰溶液以6mL/min的雾化量进行雾化形成雾滴，雾滴的粒径为1μm，并进入反应器中，采用SO2体积分数为4%、O2体积分数为99.95 %、N2体积分数为99.99 %三种气体钢瓶配制SO2体积分数为0.3 %、O2体积分数为15 %的模拟烟气，并以0.2L/min的气体流量通入反应器与雾滴发生催化氧化反应，反应器置于恒温水浴锅内，并控制温度为25℃，每隔一定时间用烟气分析仪测定出口SO2的浓度，并计算脱硫率，脱硫率随时间的变化如图1中曲线所示，该反应条件下脱硫率≥80%，所持续时间为880min。
实施例2：超声波雾化催化氧化脱除低浓度SO2的方法，具体操作如下：
利用电子天平称取硫酸锰（MnSO4·5H2O）固体，并用蒸馏水溶解定容至1L的容量瓶中，配制浓度为0.03mol/L的硫酸锰溶液，备用，调节硫酸锰溶液pH为6.23，用量筒量取120mL硫酸锰溶液并转移至超声波雾化器中，超声波雾化器的功率为40VA，超声波雾化器将硫酸锰溶液将硫酸锰溶液以3mL/min的雾化量进行雾化形成雾滴，雾滴的粒径为3μm，并进入反应器中，采用SO2体积分数为4 %、O2体积分数为99.95 %、N2体积分数为99.99 %三种气体钢瓶配制SO2体积分数为0.4 %、O2体积分数为18%的模拟烟气并以0.6L/min的气体流量进入反应器与雾滴发生催化氧化反应，反应器置于恒温水浴锅内，并控制温度为30℃，每隔一定时间用烟气分析仪测定出口SO2的浓度，并计算脱硫率，脱硫率随时间的变化如图1中曲线所示，该反应条件下脱硫率≥80%，所持续时间为690min。
实施例3：超声波雾化催化氧化脱除低浓度SO2的方法，具体操作如下：
利用电子天平称取硫酸锰（MnSO4·5H2O）固体，并用蒸馏水溶解定容至1L的容量瓶中，配制浓度为0.01mol/L的硫酸锰溶液，备用，调节硫酸锰溶液的pH为7，用量筒量取120mL硫酸锰溶液并转移至超声雾化器中，超声波雾化器的功率为20VA，超声波雾化器将硫酸锰溶液将硫酸锰溶液以1mL/min的雾化量进行雾化形成雾滴，雾滴的粒径为5μm，并进入反应器中，采用SO2体积分数为4 %、O2体积分数为99.95 %、N2体积分数为99.99 %三种气体钢瓶配制SO2体积分数为0.5 %、O2体积分数为8.5%的模拟烟气并以1L/min的气体流量进入反应器与雾滴发生催化氧化反应，反应器置于恒温水浴锅内，并控制温度为35℃，每隔一定时间用烟气分析仪测定出口SO2的浓度，并计算脱硫效率，脱硫率随时间的变化如图1中曲线所示，该反应条件下脱硫率≥80%所持续的时间为540min。
Claims (4)
1.一种超声波雾化催化氧化脱除低浓度SO2的方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）配制浓度为0.01~0.05mol/L的硫酸锰溶液，作为雾化吸收液，利用超声波雾化技术将硫酸锰溶液以1~6mL/min的雾化量进行雾化，形成雾滴进入反应装置；
（2）将烟气以0.2~1L/min的气体流量通入反应装置，与雾滴发生催化氧化反应，其中烟气中SO2体积分数为0.3~0.5%、O2体积分数为8.5~18%，恒温水浴装置将反应温度控制在25~35℃，完成低浓度SO2的脱除。
2.根据权利要求1所述的超声波雾化催化氧化脱除低浓度SO2的方法，其特征在于：步骤（1）超声波雾化采用的设备为超声波雾化器，功率为20~60VA。
3.根据权利要求1所述的超声波雾化催化氧化脱除低浓度SO2的方法，其特征在于：雾化形成的雾滴粒径在1~5μm。
4.根据权利要求1所述的超声波雾化催化氧化脱除低浓度SO2的方法，其特征在于：步骤（1）中硫酸锰溶液的pH为5~7。
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