亚氯酸钠溶液烟气湿法脱硝技术研究

2021-09-07姜瑞熊鑫孔德峰郭鹏飞杨棕林

安徽化工 2021年5期

姜瑞，熊鑫，孔德峰，郭鹏飞，杨棕林

（安徽浩悦环境科技有限责任公司，安徽合肥231145）

焚烧是危险废物处置的一种主要方式，焚烧烟气中的氮氧化物是大气的主要污染源之一。氮氧化物（NO）主要包括NO和NO，它会导致酸雨，形成光化学烟雾，破坏臭氧层，造成温室效应等，并在一定条件下与大气中的其他物质发生进一步反应，进而导致二次污染问题，严重威胁人类的生活环境。因此，烟气脱硝技术的开发成为目前大气污染控制领域中的研究热点。

亚氯酸钠水溶液具有强氧化性，可将一氧化氮氧化为二氧化氮，并最终转化为硝酸根，具有脱硝工艺简单易行、脱除率高和易于控制等特点。亚氯酸钠溶液用于脱硝的研究始于二十世纪70年代，Sada等在25℃条件下，进行了NaClO/NaOH混合溶液吸收NO的动力学研究，并首次提出了NO与NaClO的反应机理。Chan等利用填料柱在室温室压的条件下，进行了NO与Na-ClO的吸收实验，NO脱除效率可达到80%。刘凤等以NaClO为氧化剂，在小型鼓泡器中进行了同时脱除SO和NO的试验研究，探究其反应的最佳温度。

本文基于亚氯酸钠具有良好的脱硝效果，在自行设计的小型鼓泡反应系统中，考查了NaClO初始浓度、NaClO配制后放置时间、反应温度、NaOH吸附条件等因素对NaClO脱硝过程的影响，为NaClO溶液脱硝技术工业化应用提供参考。

1 实验部分

1.1 实验装置与工艺流程

如图1所示，实验装置包括三部分：烟气模拟系统、反应系统及烟气监测系统。烟气模拟采用一氧化氮标气，一氧化氮气体从压缩钢瓶中逸出，经减压阀、流量计控制流量，通入反应系统底部，反应后的烟气进入烟气监测系统，实现NO在线即时监测。

图1 实验装置工艺流程图

1.2 实验仪器

崂应3012H型自动烟尘（气）测试仪，青岛崂山应用技术研究所；DF-101S恒温水浴锅，杭州振和科学仪器有限公司。

1.3 实验试剂

亚氯酸钠，80%，阿拉丁；氢氧化钠，AR，国药集团；NO标气，103 mg/m，天泽气体。

1.4 实验原理

NaClO溶液的脱硝过程是由一系列平行、连续的复杂反应组成。NaClO首先将NO氧化为高价态的NO，NO通过NO、NO的水解被吸收，NaClO脱硝总反应式如下：

1.5 实验方法

将103 mg/m的NO标准气体通入装有一定浓度NaClO溶液的反应器中，流量为1 L/min，NO在反应器中被NaClO溶液氧化吸收，反应后的气体经管道进入装有NaOH溶液的反应器中，最后进入烟气测试仪，测定反应后气体中的氮氧化物浓度。实验过程采用恒温水浴加热的方法模拟实际反应温度，烟气流量由玻璃转子流量计控制。

2 结果与讨论

2.1 NaClO2初始浓度对脱硝效率的影响

控制反应温度为50℃，分别配制浓度为5 mmol/L、10 mmol/L、15 mmol/L的NaClO溶液并放置一周，研究不同初始浓度下NaClO溶液的脱硝效果，结果见图2。

图2 不同浓度NaClO2条件下反应时间对NO氧化率的影响

由图2可知，随着反应的进行，NaClO溶液中有效成分逐渐消耗，NO的转化率逐渐变差，且初始NaClO溶液的浓度越低，有效成分消耗越快。反应时间30 min后，低浓度NaClO溶液的NO脱除率低于40%，浓度在15 mmol/L下的NaClO溶液一直具有较好的氧化效果。因此，NaClO溶液浓度应控制在15 mmol/L。

2.2 NaClO2溶液放置时间对脱硝效率的影响

配制15 mmol/L的NaClO溶液，分别放置1天、3天、7天，研究放置不同天数后的NaClO溶液的脱硝性能，结果见图3。

图3 15 mmol/L的NaClO2溶液放置天数对NO氧化率的影响

由图3可知，NaClO溶液放置的时间越长，NaClO对NO的氧化效果越好。因为随着放置时间的增加，NaClO溶液中的有效氯逐渐增多。因此，NaClO溶液应放置一周以上效果较好。

2.3 温度对NaClO2溶液脱硝的影响

配制15 mmol/L的NaClO溶液，放置7天，通过水浴加热研究25℃～95℃温度下NaClO溶液的脱硝效果，结果见图4。

图4 不同温度下NaClO2溶液对NO氧化率的影响

由图4可知，随着反应体系温度的升高，NO的氧化率逐渐增加，体系反应温度达到45℃时趋于稳定，当体系温度超过75℃时，NO的氧化率急剧降低。随着体系温度的升高，吸收液中分子活化能增加，有利于NaClO溶液对NO的氧化，但随着温度持续升高，NO的溶解度逐渐减小，同时溶液中的有效氯挥发逸出，导致NO的氧化率急剧降低，因此体系温度应控制在45℃。