黄腐酸盐-黄腐酸可再生脱硫中硫酸盐的生成规律研究*

2023-07-27杨继涛和志强屈琦超刘克建

广州化工 2023年8期

杨继涛，和志强，屈琦超，刘克建

(重庆工业职业技术学院，重庆 401120)

近年来，我国多地城市雾霾天气频发(尤其冬季)，空气环境质量问题已引起全社会的高度关注。二氧化硫(SO2)气体不仅是形成雾霾的一个主要来源，同时也是酸雨的重要前驱体，它将威胁生态环境和人类健康。近年来，我国工业烟气SO2排放量巨大，其减排面临着巨大压力，因此有效控制SO2排放量刻不容缓[1]。烟气脱硫技术(Flue Gas Desulfurization，简称FGD)是目前有效控制SO2气体排放的主流手段。Srivastava和Jozewicz[2]根据吸收(吸附)剂脱硫后是否再生利用循环脱硫将FGD工艺分为可再生(Regenerable)法与非再生(Once-through)法两大类。非再生法FGD(如石灰石/石灰-石膏法等)因较高脱硫率、工艺简单、技术比较成熟、运行稳定等优势，占市场主导地位，但是非再生烟气脱硫工艺也存在自身缺陷，比如耗水量大、占地面积大、磨损与堵塞结垢现象严重、副产物品质低，而且会产生脱硫废水废渣，这将不利于循环经济的发展。我国是一个硫资源(如硫磺、硫酸)相对匮乏的国家，每年要从国外进口购买硫磺与硫酸，这将无疑增加我国外汇负担，因此回收硫资源的可再生FGD是利于我国经济的可持续发展。黄腐酸盐-黄腐酸湿法脱硫是一种新型可再生脱硫技术，符合循环经济与清洁生产目标需要，前期文献[3]已对黄腐酸盐-黄腐酸湿法可再生烟气脱硫工艺进行了可再生脱硫机理研究，探明了吸收脱硫和解吸再生中黄腐酸盐羧基及酚羟基的质子化转换行为。对于湿法可再生烟气脱硫技术来讲，关键的技术发展问题是吸收剂如何才能得到高效再生。实际的燃煤烟气中会存在一定体积浓度的氧气，因此湿法脱硫过程中溶解氧将会出现在吸收液内，这势必会导致亚硫酸盐被氧化转换成硫酸盐，这将不利于吸收剂脱硫富液的解吸再生[4]。针对烟气脱硫中亚硫酸盐氧化生成硫酸盐的动力学规律，学者们开展了相关内容研究。曾坤[5]研究了亚硫酸钠在溶解氧饱和的蒸馏水、自来水、去离子水以及高纯水中氧化动力学规律，分析得出了亚硫酸钠氧化反应级数(1.50～2.07)以及反应活化能(68.2～149.6 kJ·mol-1)。汪黎东等[6]采用间歇式反应器研究了亚硫酸盐非催化氧化的本征反应动力学，认为亚硫酸盐非催化氧化在富氧区为快速反应，贫氧区为慢速反应。Wang等[7]实验对比分析了九种有机酸(水杨酸、苯甲酸、己二酸、甲酸、乙酸、过氧乙酸、乙二酸等)对亚硫酸盐氧化的催化作用，发现过氧乙酸催化作用最强，同时也考察了不同的pH值、亚硫酸钙浓度、过氧乙酸浓度、空气流量以及氧化温度对亚硫酸盐宏观氧化动力学的影响，并认为过氧乙酸催化下亚硫酸钙氧化的宏观反应速率取决于氧扩散。目前，对黄腐酸盐-黄腐酸可再生脱硫中硫酸盐生成规律的研究比较少。鉴于此，本文采用自制的鼓泡氧化反应装置考察吸收液中亚硫酸盐初始浓度、初始pH值、空气流量以及反应温度对亚硫酸盐氧化速率的影响，以期揭示黄腐酸盐-黄腐酸可再生脱硫中亚硫酸盐氧化生成硫酸盐的动力学规律，这将为黄腐酸盐-黄腐酸湿法可再生脱硫应用提供重要的基础数据参考。