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镁法烟气脱硫副产物资源化利用研究

作　者: 亢万忠
导　师: 鲁军
学　校: 华东理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 烟气脱硫湿式镁法亚硫酸镁硫酸镁热解
分类号: X701.3
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

二氧化硫是最常见的大气污染物,燃煤锅炉烟气排放是大气中二氧化硫的主要来源,烟气脱硫是减少二氧化硫排放的的有效途径。烟气脱硫的方法很多,湿式氧化镁法因其投资低、流程短、占地省、效率高和运行可靠而被广泛使用。近年来,回收型氧化镁法越来越受到业界的关注,其中以脱硫副产物热解回收二氧化硫和氧化镁法备受青睐,回收的二氧化硫用于氧化制酸,氧化镁作为脱硫剂循环使用。本课题在研究脱硫副产物的主要化学物质亚硫酸镁和硫酸镁热解条件的基础上,对工业装置的实际脱硫副产物进行了热解研究,以期获得较高的氧化镁回收率和活性。本研究考察的热解条件包括热解温度、升温速率、恒温时间、样品含水率等,对热解效果的评价包括样品分解率、二氧化硫产率、氧化镁含量、氧化镁的活性等。氧化镁的活性分别采用简易水化法和柠檬酸法,并采用X-衍射(XRD)分析考察氧化镁的晶格结构变化。本研究证实,亚硫酸镁在400℃左右开始热解,当温度达到550℃时,二氧化硫产率达到92.0%。氧化镁产物X-衍射(XRD)分析表明选择550℃作为亚硫酸镁的热解温度是合适的,温度再升高时氧化镁晶粒的嵌镶块的尺寸逐渐增大,晶体的结晶程度提高,活性受影响而降低。在550℃热解温度下对亚硫酸镁热解产物氧化镁活性的分析证实,其活性要优于工业级氧化镁的活性,说明550℃作为亚硫酸镁的热解温度是合适的。在此过程中,研究热解温度达到550℃后,在0.5小时至2.0小时的恒温时间范围内,证实恒温时间为2小时时对二氧化硫和氧化镁的产率最大。另外,研究也发现,亚硫酸镁含水率的增加不利于其热解反应,也会影响热解产物氧化镁的活性。添加活性炭作为还原剂对亚硫酸镁热解基本不起作用,故在亚硫酸镁热解过程中无需添加还原剂进行热解反应。较低的热解升温速率有利于获得较高活性的氧化镁。对硫酸镁热解研究证实,在添加活性炭作为还原剂的条件下,硫酸镁在650℃左右开始热解,当温度达到850℃时,二氧化硫产率达到98.7%,认为热解过程基本结束。在850℃热解温度下,测得的热解产物氧化镁的活性接近试剂级氧化镁的活性,说明850℃作为硫酸镁的热解温度是合适的。对氧化镁产物X-衍射(XRD)分析表明选择850℃作为硫酸镁的热解温度是合适的,继续升高硫酸镁的热解温度,使氧化镁晶格完善,降低氧化镁的活性。同时证实,硫酸镁热解温度到达850℃后采用2小时的恒温,对获得较高的氧化镁活性是必要的。另外也发现,较低的热解升温速率有利获得较高活性的氧化镁。工业装置脱硫副产物干渣在35℃下相对比较稳定。在550℃时热失重为31%,650℃时热失重到达62%。在600-700℃热解温度时,其热解产物氧化镁的结晶程度低、活性好,选择热解恒温时间为2小时较合适。热解温度到800℃以上,甚至900℃时,部分氧化镁被烧结,活性降低。脱硫副产物采用热解方法对其进行热分解与回收的技术路线是可行的,此基础理论研究可为工业化装置的实施提供理论基础与实践依据。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪言  12-37
  1.1 二氧化硫污染现状及其对环境的危害  12-16
    1.1.1 烟气中二氧化硫的来源及排放现状  12-13
    1.1.2 烟气中二氧化硫的危害  13-14
    1.1.3 酸雨的危害  14-16
  1.2 烟气脱硫技术概况  16-27
    1.2.1 概述  16-18
    1.2.2 国内烟气脱硫技术现状  18-26
    1.2.3 烟气脱硫技术在我国应用所存在的主要问题  26-27
  1.3 镁法烟气脱硫的原理及工艺  27-30
    1.3.1 镁法烟气脱硫的原理  27-28
    1.3.2 镁法烟气脱硫的工艺流程  28-29
    1.3.3 典型代表工艺  29-30
  1.4 镁法脱硫应用现状  30-33
    1.4.1 镁法脱硫国外应用现状  30-32
    1.4.2 镁法脱硫国内应用现状  32-33
  1.5 镁法烟气脱硫在我国应用的优势  33-34
    1.5.1 氧化镁的来源丰富  33-34
    1.5.2 脱硫副产物可综合利用  34
  1.6 国内烟气脱硫副产物热解回收技术  34-36
    1.6.1 脱硫石膏回收硫联产碳酸钙技术  35
    1.6.2 烧结球团烟气脱硫副产物的回收处理技术  35
    1.6.3 镁法脱硫回收氧化镁和二氧化硫技术  35-36
  1.7 课题的研究思路  36-37
第2章实验与分析  37-43
  2.1 MgSO_3、MgSO_4热解再生MgO  37-38
    2.1.1 实验原理  37
    2.1.2 影响MgSO_3、MgSO_4热解的主要因素  37
    2.1.3 热解效果及再生MgO的评价  37-38
  2.2 实验流程与装置  38
  2.3 实验试剂与制备  38-40
    2.3.1 钙标准溶液的制备  38-39
    2.3.2 EDTA标准溶液的制备与标定  39
    2.3.3 氨缓冲溶液的制备  39
    2.3.4 碘储备液的制备  39
    2.3.5 碘标准溶液的制备  39-40
    2.3.6 硫代硫酸钠标准溶液的制备  40
  2.4 实验控制与计量  40-41
  2.5 分析方法  41-42
    2.5.1 SO_3~(2-)的测定  41
    2.5.2 SO_4~(2-)的测定  41
    2.5.3 SO_2的测定  41
    2.5.4 MgO含量的测定  41-42
  2.6 MgO活性的测定  42-43
    2.6.1 简易水化法  42
    2.6.2 柠檬酸法(CAA法)  42-43
第3章 MgSO_3的热解研究  43-63
  3.1 MgSO_3的制备  43
  3.2 MgSO_3热解产物SO_2与热重的关系  43-44
  3.3 MgSO_3热解产物MgO含量与热解温度的关系  44-45
  3.4 热解温度对MgO活性的影响  45-50
  3.5 升温速率与MgSO_3热解的关系  50-53
    3.5.1 升温速率对SO_2产率的影响  50-51
    3.5.2 升温速率对MgO含量的影响  51-52
    3.5.3 升温速率对MgO活性的影响  52-53
  3.6 热解恒温时间与MgSO_3热解的关系  53-56
    3.6.1 恒温时间对SO_2气体产率的影响  53-54
    3.6.2 恒温时间对MgO含量的影响  54-55
    3.6.3 不同恒温时间对MgO活性的影响  55-56
  3.7 MgSO_3含水率与热解的关系  56-59
    3.7.1 MgSO_3含水率对SO_2产率的影响  56-57
    3.7.2 MgSO_3含水率对MgO含量的影响  57-58
    3.7.3 MgSO_3含水率对MgO活性的影响  58-59
  3.8 添加还原剂对MgSO_3热解的影响  59-61
    3.8.1 活性炭存在对MgSO_3分解的影响  59-60
    3.8.2 还原剂存在对MgO活性的影响  60-61
  3.9 小结  61-63
第4章 MgSO_4的热解研究  63-82
  4.1 MgSO_4热解温度对其气体产率的影响  63-64
  4.2 MgSO_4热解温度对MgO含量的影响  64-65
  4.3 热解温度对MgO晶形结构的影响  65-66
  4.4 MgSO_4热解温度对MgO活性的影响  66-68
  4.5 升温速率对MgSO_4热解的影响  68-73
    4.5.1 升温速率对气体产率的影响  68-69
    4.5.2 升温速率对MgO含量的影响  69
    4.5.3 升温速率对所得MgO活性的影响  69-73
  4.6 恒温时间对MgSO_4热解的影响  73-78
    4.6.1 MgSO_4热解过程对气体产率的影响  73-74
    4.6.2 MgSO_4热解过程对MgO含量的影响  74-75
    4.6.3 MgSO_4热解过程对所获MgO活性的影响  75-78
  4.7 MgSO_4含水率对热解过程的影响  78-81
    4.7.1 MgSO_4含水率对气体产率的影响  78-79
    4.7.2 MgSO_4含水率对MgO含量的影响  79
    4.7.3 MgSO_4含水率对MgO活性的影响  79-81
  4.8 小结  81-82
第5章实际脱硫副产物热解稳定性与热解条件  82-90
  5.1 实际脱硫产物的来源与成份分析  82
  5.2 实际脱硫副产物的热稳定性  82-83
  5.3 温度对脱硫副产物热解的影响  83-86
  5.4 恒温时间对脱硫副产物热解的影响  86-88
  5.5 小结  88-90
第6章实际脱硫副产物热解产物MgO的活性  90-99
  6.1 热解温度对MgO活性的影响  90-98
    6.1.1 XRD衍射图谱与MgO活性的关系  90-94
    6.1.2 简易水化法对热解产物MgO活性的分析  94-98
  6.2 小结  98-99
结论  99-101
参考文献  101-112
致谢  112
发表论文  112

镁法烟气脱硫副产物资源化利用研究

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