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氨-循环再生吸收法脱硫
日期:2012-6-1

氨-循环再生吸收法脱硫反应机理

1氨脱硫化学反应动力学

氨法吸收是将氨水通入吸收塔中,使其与含SO2的烟气进行接触,以(NH4)2SO3- NH4HSO3混合溶液为基础的,发生如下基本反应

(NH4)2SO3+SO2+H2O《===》2NH4HSO3             (1-1)

NH4HSO3 +NH3《===》(NH4)2SO3             (1-2)

可见真正起到吸收SO2作用的是(NH4)2SO3,NH4HSO3不吸收SO2,而吸收NH3,为SO2吸收提供吸收剂。

在水溶液中,上述反应按如下离子反应进行。

SO2+H2O《===》H2SO3《===》H+ +HSO3-    (1-3)

HSO3-《===》H+ +SO32-                   (1-4)

NH3+H2O《===》OH-+NH4+                (1-5)

H2O《===》OH-+ H+                      (1-6)

在电厂烟气脱硫中由于烟气含有CO2、O2、NOx及灰分等物质。也会存在一些副反应,比如由于氧的存在,会发生如下反应:

2(NH4)2SO3 + O2 →2(NH4)2SO4              (1-7)

2NH4HSO3 + O2 →2NH4HSO4                  (1-8)

烟气中的CO2含量约为10%~12%,但是由于H2SO3的酸性要比H2CO3强得多,CO2的存在不影响过程的脱硫。

在吸收反应的动力学方面,我们可以参看附图1-1,这是一个典型的气-液两相过程,SO2和 NH3都必须先从气相扩散到液膜,然后再进入液相主体。但是由于液相的化学反应都是快速,甚至是飞速反应,主要反应都是在液膜内进行的。SO2吸收的总传质阻力在气膜。当然随着溶液性质的变化,主要是pH值的变化,SO2的溶解度也会变化。随着pH值的增加,SO2的溶解度减少,这样液膜的阻力也不能忽视,但是气膜传质的阻力仍然是主要的。

 

            附图1-1 SO2 和NH3在水溶液中的反应

整个脱硫系统的吸收、反应、氧化达到一个完全的动态平衡。使烟气中的SO2不断吸收,形成硫酸铵排出脱硫塔。

2 (NH4)2SO3溶液的强制氧化反应

    氨法脱硫浆液的氧化一直是氨法脱硫的关键。低浓度溶液中的亚硫酸根在氧的存在下极易氧化成硫酸根,

亚硫酸铵与亚硫酸氢铵的氧化反应

(NH4)2SO3 +1/2O2         (NH4)2SO4             (1-9)  

 NH4HSO3 +1/2O2          NH4HSO4              (1-10)

但溶液中亚硫酸铵盐浓度高于10%以上,氧化效率会迅速减低。

溶解氧的作用:

溶解氧是指空气中的氧分子或液态氧的分子(纯氧)溶入水中的部份的氧气称之溶解氧,因为氧气是难溶于水的,在水中的溶解度很小,大部份氧气和纯氧不能被溶于水而是仍然释放到大气中。溶解氧是氧分子在水分子作用下,而产生变形的分子而溶于水。亚硫酸铵分子溶于水,它与氧分子反应而产生硫酸铵,空气或纯氧的通入只是补充溶解氧。而溶解氧随着温度的提高,亚硫酸铵等浓度的增加,溶解氧的数量减少。

本工艺为保证氧化效率,将脱硫塔浆液中亚硫酸铵盐浓度控制在10%以下。通过定期人工取样检测脱硫塔溢流口液体比重查看系统的氧化效率。

3循环再生系统反应

清液池中液体达到排放量时,经再生系统,回收氨、硫。

再生氨的过程主要发生如下反应:

CaO+H2O          Ca(OH)2                       (1-11)

(NH4)2SO4+Ca(OH)2               CaSO4·2H2O(s)+2NH3(g)       (1-12) 

NH4HSO4+Ca(OH)2         CaSO4·2H2O(s)+NH3 (g)      (1-13)

石灰制浆池内发生的反应(1-11),制浆池上配置搅拌器。清液池内脱硫浆液通过再生前水液泵输入再生反应器。生成的Ca(OH)2浆液通过熟石灰浆液泵输入再生反应器内。反应器内进行反应(1-12)、(1-13)。生成的气态氨输入到氨气储存缓冲槽。再生反应器排出的悬浊态液体经泥浆泵进入压滤机进行压滤。滤饼(硫酸钙)作建材原料外运。碱性滤液排入中间水池作脱硫补充液使用。

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