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烟气石灰脱硫副产物湿式氧化技术的研究

作　者: 胡翔宇
导　师: 李彦旭
学　校: 广东工业大学
专　业: 环境工程
关键词: 石灰石-石膏法亚硫酸钙氧化非均相
分类号: X701.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

本文全面系统地研究了亚硫酸钙非均相氧化的工艺参数及动力学机理,旨在开发一种经济、高效的脱硫废渣综合治理技术,研究结果将为石灰石-石膏烟气脱硫法工艺的进一步完善提供依据。湿式石灰石-石膏法具有如下优点:适用煤种含硫量范围广,脱硫效率高,石灰石来源丰富且廉价,石灰石吸收剂无加工污染等。对于200MW以上的火电机组,有关部门推荐石灰石-石膏法为首选的脱硫工艺。而目前我国的湿式石灰石-石膏法设备均从国外引进,为填补我国这一方面的技术空白,深入研究亚硫酸钙的氧化技术,开发综合利用脱硫废渣的新工艺是很有必要的。本文安排了正交实验及两组单因素实验对亚硫酸钙非均相氧化工艺及机理进行研究,利用小试规模深入研究了各因素与反应微观动力学的关系。结果表明:氧分压、pH值、催化剂的浓度是影响氧化反应速率的显著因素,其中氧气的分散及在液相传质是影响氧化效率的至关重要的因素。对本实验系统而言,较佳的设计运行参数如下:四价硫浓度保持在0.005mol L^-1,停留时间大约为2小时,pH为5,温度55℃,搅拌速率450 r/min,浆料的固含量7%,该条件下SO₂在氧化过程中逸出气体的浓度基本保持在1 mg L^-1以下。本实验使用了三价铁盐和二价锰盐作催化剂,发现锰盐在低浓度时,催化效果较好,高浓度时催化效果则不如三价铁离子。在以上实验的基础上,对亚硫酸钙非均相氧化机理进行了探讨。以一个无量纲数Hatta作为判据,通过系统中物料的成分,从理论上预示亚硫酸钙氧化反应所处的阶段。利用本实验的基础数据,得出了各反应阶段相应的动力学参数,为这方面的研究提供有益的指引。目前亚硫酸钙湿式氧化过程中,具体的链式反应系统尚有待研究,反应阶段的划分和经验公式的设计均处于起步阶段。随着我国广泛使用湿式石灰石-石膏烟气脱硫法,迫切需要科研人员开发出适合我国国情的亚硫酸钙氧化工艺、设备,并使之产业化。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-10
第一章绪论  10-24
  1.1 SO_2带来的危害  10-11
    1.1.1 对水生系统的危害  10
    1.1.2 对陆地生态系统的危害  10-11
    1.1.3 对人体的影响  11
    1.1.4 对建筑物、机械和市政设施的腐蚀  11
  1.2 开发和使用脱硫设备的迫切性  11-12
  1.3 FGD技术的发展现状  12-16
    1.3.1 湿法脱硫工艺  12
    1.3.2 半干法脱硫工艺  12-14
    1.3.3 干法脱硫工艺  14-16
  1.4 石灰石-石膏法  16-17
    1.4.1 工艺流程及主要设备  16-17
    1.4.2 石灰石-石膏法脱硫系统综合评价  17
  1.5 脱硫石膏  17-19
    1.5.1 脱硫石膏的物理化学性质  18
    1.5.2 脱硫石膏的工业应用  18-19
    1.5.3 脱硫石膏的需求分析  19
  1.6 亚硫酸钙湿式氧化技术的研究进展  19-22
    1.6.1 我国的研究概况  20
    1.6.2 国外亚硫酸钙氧化技术的研究进展  20-22
  1.7 课题选择及研究内容  22-24
    1.7.1 课题选择  22-23
    1.7.2 研究内容  23-24
第二章实验部分  24-29
  2.1 实验药品  24
  2.2 实验装置  24-25
  2.3 实验方法  25-28
    2.3.1 正交实验  25-26
    2.3.2 反应物的制备方法  26
    2.3.3 实验测试方法  26-27
    2.3.4 实验操作步骤  27-28
    2.3.5 样品分析方法  28
  2.4 本章小结  28-29
第三章实验结果与讨论  29-44
  3.1 实验数据及显著性检验  29-32
    3.1.1 实验设计及结果  29-32
    3.1.2 显著性分析  32
  3.2 基本反应参数的影响  32-36
    3.2.1 pH的影响  32-33
    3.2.2 温度的影响  33-34
    3.2.3 氧分压的影响  34-35
    3.2.4 搅拌速率的影响  35-36
  3.3 浆料组分的影响  36-40
    3.3.1 催化剂的影响  36-37
    3.3.2 钙离子及硫酸根离子的影响  37-38
    3.3.3 四价硫浓度与反应时间的关系  38-39
    3.3.4 固含量的影响  39-40
  3.4 系统逸出的SO_2气体浓度与pH的关系  40-42
  3.5 本章小结  42-44
第四章亚硫酸钙氧化反应动力学  44-57
  4.1 引言  44
  4.2 链式反应机理  44-45
  4.3 物种与电荷平衡的关系推导  45-49
  4.4 反应阶段的确定  49-54
    4.4.1 浆料中氧浓度的计算  49-50
    4.4.2 反应阶段的确定  50-52
    4.4.3 各反应阶段的动力学常数  52-54
  4.5 反应速率与工艺条件的关系  54-57
    4.5.1 pH值与氧化速率的关系  54
    4.5.2 温度与氧化速率的关系  54-55
    4.5.3 氧分压与氧化速率的关系  55
    4.5.4 搅拌速率与氧化速率的关系  55-57
结论与展望  57-59
参考文献  59-64
硕士学位在读期间发表的论文  64-65
独创性声明  65-66
致谢  66

烟气石灰脱硫副产物湿式氧化技术的研究

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