基于石灰石石膏湿法烟气脱硫技术的脱硫添加剂研究

发布时间：2017-10-06 13:09

  本文关键词：基于石灰石石膏湿法烟气脱硫技术的脱硫添加剂研究

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【摘要】：石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术是燃煤电厂烟气脱硫采用的普遍工艺。在脱硫浆液中加入合适的化学添加剂能有效提高系统脱硫效率,满足副产物石膏回收利用标准,降低脱硫升级改造投资费用。本课题对石灰石-石膏湿法烟气脱硫中的5O2吸收过程、石灰石溶解过程和石膏结晶过程进行了系统研究。着重研究了脱硫添加剂对各个过程的影响,以期开发的脱硫添加剂能改善石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统的整体性能,达到企业脱硫要求以及脱硫副产物石膏的市场准入要求。实验采用鼓泡装置模拟烟气脱硫过程,用以研究S02吸收过程。确定最佳的902吸收反应温度,搅拌速率和烟气氧含量等参数。并研究浆液固体浓度、石灰石种类以及添加剂种类对SO2吸收过程的影响。研究证实石灰石中CaCO3和MgCO3的总含量越高,对应的S02吸收效率越高。当用CaCO3和MgCO3的总含量达99.3%的石灰石Grude-J为吸收剂,在pH为5.2时,其SO2的去除率为86.4%。在Mg(OH)2、(NH4)2SO4、NaNO3、MgSO4、MnSO4和CuSO4六种无机添加剂以及已二酸、柠檬酸、柠檬酸钠、苯甲酸、丙烯酸、丁二酸和乙酸六种有机添加剂对脱硫效率的研究中,以MnSO4、已二酸、丁二酸和丙烯酸的脱硫效果最佳。当pH值为5.2时,四种添加剂的脱硫效率分别达到91.5%、89.5%、90.6%和91.4%；当pH值为5.6时,四种添加剂的脱硫效率分别达到91.9%、91.9%、91.8%和92.9%。在研究502吸收过程之后,采用自动电位滴定法研究石灰石溶解过程。当浆液pH值为5.5,搅拌速率为600 r/min,浆液中Cl-离子浓度为0.2 mol/L时,其反应活化能Ea为25.76 kJ/mol;在反应温度为323K条件下传质系数kL与搅拌速率ω的关系式为kL=0.00205·ω0.511.对不同产地不同粒径大小的石灰石的反应活性与传质系数进行研究,得出Grude-T是最佳的脱硫吸收剂。并筛选出NaCl、NaNO3、(NH4)2SO4、Mg(OH)2和MnSO4五种能够增大石灰石转化率,促进石灰石溶解的脱硫添加剂。研究石膏结晶过程时,反应温度为323 K,搅拌速度为300 r/min,溶液初始pH值为7.0时,结晶反应达到最佳。研究了各杂质离子以及脱硫添加剂对石膏结晶过程的影响,结果表明,柠檬酸钠能够促进石膏晶体生长,使石膏结晶诱导时间由4.3 min延长到7.8 min,石膏含水率从38.7%下降到17.9%,石膏粒径由57.4μm增大到70.5 gm。金属杂质离子(Mg2+离子、A13+离子和Fe3+离子)会抑制石膏晶体的生长,其中以Fe3+离子抑制现象最为显著。在以上三个过程的研究结论的基础上,改进石灰石脱硫装置用以研究脱硫石膏。石灰石中普遍存在的Mg2+离子以及浆液中的Fe3+离子和Mn2+离子易吸附在石膏晶体由8042-离子和Ca2+离子组成的{110}晶面上,抑制晶体在a轴方向的生长,使晶体呈针状结构；高Cl-离子浓度对脱硫率和石膏含水率降低均不利。添加剂丙烯酸与MnSO4的投加,对石灰石脱硫系统的脱硫增效效果明显,脱硫效率由90.5%分别提升到97.6%和96.8%；而柠檬酸对脱硫石膏品质的改善效果显著,有效减少10μm以下的石膏颗粒,并使石膏含水率由9.8%下降到1.3%。复配实验最终确定能提高脱硫效率并改善石膏品质的添加剂配方为1mmol/L+ 1mmol/L+2mmol／L的MnS04、柠檬酸钠和柠檬酸。该添加剂能够提高脱硫效率到98.2%,减少石膏含水率到0.4%,并显著减少10μm以下的石膏颗粒。本论文为石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺提供的脱硫添加剂,为提高脱硫效率与改善石膏品质提供了技术基础。
【关键词】：石灰石 湿法烟气脱硫 脱硫添加剂 SO_2吸收 石膏
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X773
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-26
• 1.1 SO_2污染现状12-14
• 1.2 烟气脱硫技术14-18
• 1.2.1 湿法烟气脱硫工艺14-16
• 1.2.2 干法/半干法脱硫工艺16-18
• 1.3 石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术18-22
• 1.3.1 石灰石-石膏湿法烟气脱硫原理18-20
• 1.3.2 烟气脱硫副产物石膏现状20-22
• 1.4 脱硫添加剂现状与发展22-23
• 1.5 本课题研究背景23-24
• 1.6 本课题研究的主要内容24-26
• 第2章 实验装置与分析方法26-33
• 2.1 模拟SO_2吸收工艺与方法26-27
• 2.2 测定石灰石反应活性的装置与方法27-28
• 2.3 石膏结晶实验装置与方法28-29
• 2.4 脱硫石膏生成实验装置与方法29-30
• 2.5 实验仪器与药品30-32
• 2.5.1 实验仪器30-31
• 2.5.2 化学试剂31-32
• 2.6 分析方法32-33
• 2.6.1 SO_2浓度及氧气含量测定32
• 2.6.2 亚硫酸根浓度测定32
• 2.6.3 钙离子和镁离子的测定32
• 2.6.4 石膏粒径分布测定32
• 2.6.5 石膏晶体结构分析32
• 2.6.6 石灰石成分测定32-33
• 第3章 添加剂对脱硫效率的影响33-59
• 3.1 前言33-34
• 3.2 反应条件对SO_2吸收过程的影响34-41
• 3.2.1 进气SO_2浓度对SO_2吸收的影响34-35
• 3.2.2 搅拌速率对SO_2吸收的影响35-37
• 3.2.3 烟气氧含量对SO_2吸收的影响37-39
• 3.2.4 浆液浓度对SO_2吸收的影响39-40
• 3.2.5 石灰石组分对SO_2吸收的影响40-41
• 3.3 脱硫添加剂筛选41-50
• 3.3.1 无机添加剂对脱硫效率的影响42-43
• 3.3.2 有机添加剂对脱硫效率的影响43-48
• 3.3.3 已二酸对脱硫效率的影响48-50
• 3.4 一元酸单体的选择50-57
• 3.4.1 不同pK值的一元酸添加剂50-53
• 3.4.2 不同碳链长度的一元酸添加剂53-55
• 3.4.3 不同分子结构类型的一元酸添加剂55-57
• 3.5 本章小结57-59
• 第4章 石灰石浆液中CaCO_3溶解特性的研究59-74
• 4.1 前言59-60
• 4.2 反应条件对石灰石溶解的影响60-67
• 4.2.1 温度对石灰石溶解的影响61-64
• 4.2.2 搅拌速率对石灰石溶解的影响64-66
• 4.2.3 Cl~-离子浓度对石灰石溶解的影响66-67
• 4.3 原料性状对石灰石溶解的影响67-70
• 4.3.1 石灰石原料成分的测定67-68
• 4.3.2 粒径大小对石灰石溶解的影响68-70
• 4.4 添加剂对石灰石溶解的影响70-72
• 4.4.1 添加剂种类对石灰石溶解的影响70-72
• 4.4.2 添加剂浓度对石灰石溶解的影响72
• 4.5 本章小结72-74
• 第5章 脱硫添加剂对石膏结晶反应的研究74-87
• 5.1 前言74
• 5.2 反应条件对石膏结晶的影响74-81
• 5.2.1 温度对石膏结晶的影响74-77
• 5.2.2 搅拌速率对石膏结晶的影响77-79
• 5.2.3 初始pH值对石膏结晶的影响79-81
• 5.2.4 滴定方式的确定81
• 5.3 添加剂对石膏结晶的影响81-86
• 5.4 本章小结86-87
• 第6章 添加剂与杂质离子对脱硫石膏晶体结构的影响87-112
• 6.1 前言87-88
• 6.2 电厂工况模拟88-89
• 6.3 浆液组成对脱硫石膏的影响89-97
• 6.3.1 石灰石种类对脱硫石膏的影响90-92
• 6.3.2 Cl~-离子对脱硫石膏的影响92-94
• 6.3.3 Fe~(3+)离子对脱硫石膏的影响94-96
• 6.3.4 Mn~(2+)离子对脱硫石膏的影响96-97
• 6.4 添加剂对石膏粒径和含水率的影响97-111
• 6.4.1 单一添加剂对石膏粒径和含水率的影响97-100
• 6.4.2 复配添加剂对石膏粒径和含水率的影响100-111
• 6.5 本章小结111-112
• 第7章 结论112-114
• 创新点与不足114-115
• 参考文献115-127
• 致谢127-128
• 附录一 博士期间研究成果128

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本文编号：982941