臭氧氧化结合硫代硫酸钠溶液喷淋同时脱硫脱硝实验研究

张丽梅 刘晓璐

摘 要：通过臭氧氧化结合硫代硫酸钠溶液模拟烟气同时脱硫脱硝的试验。研究发现，通过采用臭氧氧化结合硫代硫酸钠溶液湿法喷淋能够同时脱除NOx与SO2；同时，控制臭氧与一氧化氮摩尔比在1.1-1.2时，增加硫代硫酸钠溶液浓度能够提高NOx的脱除率，同时达到SO2较高的脱除率，达到稳定的同时脱硫脱硝。

关键词：臭氧氧化；污染；同时脱硫脱硝；硫代硫酸钠

在工业燃料燃烧过程中，经常会释放大量的危害物质，对人体与环境造成巨大的伤害，包括SO2、Hg、PM、NOx等，最常见的污染物就是二氧化硫和氧化氮类物质。现阶段国家对大气污染物排放制定了严苛的标准，为了降低氧化氮类污染物质的排放，一般需要进行燃烧后的烟气脱硝，以此来降低排放物中的NOx浓度。常用的脱硝技术有低氮燃烧、烟气脱硝，目前较多使用的烟气脱硝技术包括非催化还原法、选择性催化还原法等。臭氧脱硝、臭氧脱硫技术作为一种新兴技术，能够促进烟气的同时脱硫脱硝，在喷淋塔浆液中加入添加剂能够进一步促进脱硝。

1 试验设计

本实验设计包括了模拟烟气的配气系统、进行臭氧与一氧化氮氧化反应的反应系统、模拟喷淋塔进行污染物脱除的吸收系统、对烟气采样分析的分析系统。

其中模拟烟气的配气系统包含了N2、O2、CO2等气体，NO与SO2由浓度为5%的钢瓶气提供。当氧气流经臭氧放生器时，产生相应浓度的臭氧，之后经过质量流量计进入反应系统。主要模拟烟气成分如表1所示。本实验分别选取三个浓度的SO2，即0.280mg·m-3、1030mg·m-3。

反应系统中，一氧化氮、氮气、二氧化硫與二氧化碳混合之后分别与臭氧进行气相氧化，气体的总流量为5L·min-1，反应温度为150℃。实验表明，臭氧在200℃以下的环境里分解速度比较慢，这一温度下对臭氧氧化NO没有影响。随后通过温度控制达到实验目标温度。

在吸收系统中，喷淋液滴的粒径约为50μm，单层喷淋液气比为42L·m-3，以此模拟烟气在喷淋塔中的停留时间为6s。模拟的喷淋塔径高较高，是为了避免液滴碰壁聚集。以氢氧化钠溶液作为吸收液，将Na2S2O3作为添加剂。在喷淋过程中利用电机进行搅拌，并精准测量溶液pH。实验过程中，利用进料口添加氢氧化钠溶液或者盐酸，进行溶液酸碱度的调节。

2 试验结果

臭氧脱硫、脱硝的基础是将NO转化为水溶性良好的高价态氮氧化合物，即NO2、NO2O5等。下面对本实验的结果进行分析。

2.1 硫代硫酸钠溶液浓度的影响

对于氧化部分的气相反应温度维持150℃，NOx初始浓度为700mg·m-3，臭氧与一氧化氮摩尔比控制在1.1-1.2。脱除部分使用的氢氧化钠溶液质量分数为0.5%，分别进行0.25%、0.5%、1.0%、1.5%以及2%的硫代硫酸钠溶液喷淋，脱硝率与硫代硫酸钠溶液浓度的变化如图1所示。

从曲线图中可以看出，随着硫代硫酸钠溶液浓度的升高，脱硝率也随之上升，烟气中的NOx脱除率与Na2S2O3浓度紧密相关，表现在方程式中为：

不难看出，硫代硫酸钠溶液浓度的提高，促进了与NO2之间的氧化还原反应，提高NO2与溶液的传质速率。因此提高硫代硫酸钠溶液浓度能够提高脱硝效率。

2.2 二氧化硫浓度影响

烟气中包含大量的二氧化硫，溶于水中生成SO32-，而SO32-能够促进NO2的脱除，因此上文试验中分别设立280、1030mg·m-3浓度的SO2，探究SO2对脱硝率的影响。图2所示为三种SO2浓度下浓度的变化对脱硝率的影响。

由图2可知，在烟气中加入SO2能够提高NOx的脱除率，并且随着SO2浓度的提高，脱硝率随之增加。主要原因是SO2在水中生成SO32-，促进了NOx的脱除。因此，SO32-浓度的提高有利于NOx的脱除。

3 结论

本实验研究表明，利用硫代硫酸钠溶液湿法喷淋结合臭氧的氧化能够促进脱硝与脱硫的同时进行；且在一定摩尔比下，增加硫代硫酸钠溶液浓度能够促进NOx的脱除；此外，烟气中的SO2在溶于水的情况下也能够促进NOx的吸收脱除，同时也利于SO2的去除。综合上文发现，臭氧氧化结合硫代硫酸钠溶液喷淋吸收后，氮元素的迁移产物为NO2-以及NO3-，所以硫代硫酸钠溶液的添加能够促进臭氧氧化喷淋同时脱硫脱硝，对工业排污具有实用价值。

4 结语

综合全文，本实验以硫代硫酸钠作为喷淋液进行烟气同时脱硫脱硝试验，发现该溶液湿法喷淋与臭氧氧化的结合能够促进脱硫与脱硝的同时进行，通过采用氢氧化钠与盐酸进行pH调节，并控制反应温度，确保脱硫脱硝稳定进行。