Na2CO3+EDTA+EDTA-2Na吸收劑對濕法煙氣深度脫硫性能的試驗研究

張少杰，李 斌，趙光明

(中北大學 化工與環境學院，山西 太原 030051)

資源與環境

Na2CO3+EDTA+EDTA-2Na吸收劑對濕法煙氣深度脫硫性能的試驗研究

張少杰，李 斌，趙光明

(中北大學 化工與環境學院，山西 太原 030051)

本文通過試驗研究了由碳酸鈉(Na2CO3)、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)組成的混合吸收劑對煙氣的脫硫性能。試驗表明，在混合吸收劑中加入乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二鈉，能增強液相碳酸鈉吸收SO2的活性，進而提高其對煙氣中SO2的吸收率。當EDTA和EDTA-2Na占混合劑質量比例超過10%時，增強作用不再明顯。而且只有EDTA和EDTA-2Na接近等物質的量比時，混合吸收劑才有最好的脫硫效果，因為促進脫硫效果起主要作用的是乙二胺四乙酸二鈉與乙二胺四乙酸在混合劑溶液中形成酸堿共軛體系。

碳酸鈉吸收劑；乙二胺四乙酸；濕法煙氣脫硫；深度脫硫

近年來我國環境空氣污染問題日益突出，為了有效治理工業煙氣污染，國家已經出臺一系列嚴厲的環保政策與措施，并要求對電廠的燃煤煙氣進行深度凈化，實現超低排放[1-2]。隨著電廠煙氣超低排放治理措施的逐步落實和環保政策的日趨嚴格，其它燃煤煙氣的超低排放也將提上日程。

目前各種燃煤爐窯的煙氣治理中應用最廣的是濕法脫硫，這些脫硫設備很難達到日益嚴格的SO2超低排放標準。限于中小爐窯的投資規模也不可能像電廠一樣投巨資對其煙氣脫硫設施進行超低排放改造。因此在不對現有煙氣脫硫設備進行大規模改造的前提下，研究高效的吸收劑提高現有設備的脫硫率更具有現實意義[3-4]。

本文通過實驗研究了由碳酸鈉(Na2CO3)、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)按照一定的質量比配制而成吸收劑的脫硫性能。

1 試驗裝置與方法

1.1 試驗裝置和流程

試驗在直徑110 mm、有效吸收高度2 m的噴淋塔吸收塔上進行。試驗用含SO2煙氣采用二氧化硫氣瓶和配氣器混合制成的模擬煙氣，通過氣瓶和混合器出口的流量計控制混合模擬氣體的流速和SO2濃度。模擬煙氣由溫度可調(20～120℃)的電加熱器加熱。模擬煙氣進入吸收塔，與噴淋的吸收液進行反應。

1.2 試驗方法

試驗中，模擬氣體在噴淋塔中空塔流速1m/s，有效反應時間約2s；模擬氣體和吸收液的液氣比設置在12～15 L/m3范圍內，盡量維持穩定；模擬氣體溫度控制在60～70℃；吸收塔中pH值控制在5～9。

配制吸收液的吸收劑分別選用Ca(OH)2、Na2CO3、以及由碳酸鈉、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉、高錳酸鉀按照一定的質量比配制而成的混合吸收劑。試驗中，吸收液質量濃度8%～15%。

每組吸收試驗做3個平行，結果取平均值。

試驗中，噴淋塔吸收塔進氣口、出氣口煙氣中SO2的濃度采用煙氣分析儀測定，并根據公式(1)計算SO2的去除率。

(1)

式中：ηSO2為SO2的去除率；CSO2,in為噴淋塔進氣口SO2的質量濃度，單位mg/m3；CSO2,out為噴淋塔出氣口SO2的質量濃度，單位mg/m3。

1.3 試劑和儀器

試驗所用藥劑均為市售，分析純。SO2氣體為氣瓶純氣體，純度大于99%。

SO2濃度檢測采用煙氣分析儀，武漢天虹TH-990型智能煙氣分析儀，SO2測量范圍0～5000 mg/m3，分辨率1mg/m3，準確度<±2%。

pH用精確pH計，JTP-1C，上海精密科學儀器有限公司。氣體流速采用LZB-3WB 玻璃轉子流量計。

2 試驗方案

2.1 脫硫效果對比試驗

通過試驗對比由碳酸鈉、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉組成的混合吸收劑與Ca(OH)2、Na2CO3做吸收劑時各自的脫硫效果。

試驗中，模擬煙氣在吸收塔進口SO2初始濃度500 mg/m3；Ca(OH)2配置不同吸收液的質量濃度梯度為5%～10%；碳酸鈉吸收液參照Ca(OH)2吸收液按照OH-等物質的量比配置。

碳酸鈉、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉組成的混合吸收劑，碳酸鈉質量比例占吸收劑總量的90%，乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉按等物質的量比添加，共占吸收劑總質量的10%。

2.2 EDTA+EDTA-2Na不同質量比例對脫硫效果的影響

通過試驗對比乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉在混合吸收劑中所占不同質量比例時對脫硫效果影響的試驗。試驗中，在吸收塔進口模擬煙氣SO2初始濃度500 mg/m3。分別配置乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉共同質量占混合吸收劑總質量不同比例的吸收劑，質量比例范圍是1%～15%。其中乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉按照等物質的量比配置。試驗中吸收液質量濃度為10%。

2.3 EDTA/EDTA-2Na比值對脫硫效果的影響

通過試驗對比乙二胺四乙酸/乙二胺四乙酸二鈉對脫硫效果的影響。配置乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉共同質量占混合吸收劑總質量的10%，其中乙二胺四乙酸/乙二胺四乙酸二鈉的物質的量比分別范圍為：0.1～6。試驗中吸收液質量濃度為10%。

3 結果與討論

3.1 脫硫效果對比試驗

試驗結果表明，碳酸鈉比氫氧化鈣脫硫效果略好些，添加乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉的碳酸鈉脫硫效果明顯好于純碳酸鈉。試驗結果見圖1。

由圖1可知，碳酸鈉溶液對二氧化硫的吸收凈化性能高于氫氧化鈣，而添加乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉，能明顯提高純碳酸鈉對二氧化硫的吸收凈化性能。

圖1 脫硫效果對比試驗

3.2 EDTA+EDTA-2Na不同質量比例對脫硫效果的影響

根據氣體吸收凈化的雙膜理論，氣體吸收傳質過程中的總阻力等于氣相傳質阻力和液相傳質阻力之和。SO2相對易溶與水，其作為溶質在吸收劑中的溶解度比較大，因而其液相傳質阻力可以忽略，總傳質阻力可以近似地認為等于氣相傳質阻力。乙二胺四乙酸的酸性介于碳酸和亞硫酸之間，乙二胺四乙酸的弱酸性可以在氣液界膜上抑制由于SO2溶解而導致的H+濃度迅速增加，起到緩沖pH值降低的作用，從而大大提高SO2的氣相溶解率，進而加快SO2在氣液界膜中氣相的傳質速度，提高脫硫率。

用碳酸鈉和乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉配置混合吸收劑，乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉按照等物質的量比配置。乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉在混合吸收劑中所占的不同的質量比對脫硫效果有不同的影響，見圖2。

圖2 EDTA+EDTA-2Na不同質量比例對脫硫效果的影響

由圖2可知，隨著乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉在混合吸收劑中所占質量比例的增加，吸收塔出口二氧化硫的濃度逐漸減小，但是減小幅度逐漸變緩，說明在混合吸收劑中由于乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二鈉的加入，大大增強了液相碳酸鈉吸收SO2的活性，提高了對煙氣中SO2的吸收率。但是隨著乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二鈉所占比例的增加，促進作用的增幅在逐步減弱。

3.3 EDTA/EDTA-2Na比值對脫硫效果的影響

試驗結果表明，EDTA/EDTA-2Na比例對脫硫效果有明顯的影響，只有乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二鈉接近等物質的量比時，才有最好的脫硫效果。否則，無論二者誰的物質的量比例增加，都嚴重影響脫硫效果。

由圖3可知，當EDTA/EDTA-2Na物質的量比為1時，混合吸收劑脫硫效果最好。這是因為乙二胺四乙酸二鈉與乙二胺四乙酸在溶解后形成酸堿共軛體系，其作用機理如下。在溶液中乙二胺四乙酸與碳酸鈉首先反應生成乙二胺四乙酸二鈉，之后由于乙二胺四乙酸的酸性介于碳酸和亞硫酸之間，乙二胺四乙酸二鈉與已吸收的SO2(以H2SO3形式存在)反應生成Na2SO3和NaHSO3，同時乙二胺四乙酸得以再生。因此只有EDTA/EDTA-2Na接近等物質的量比時，二者對才能共同作用大大增強液相碳酸鈉吸收SO2的活性，提高了對煙氣中SO2的吸收率。

圖3 EDTA /EDTA-2Na不同比例對脫硫效果的影響

4 結論

(1)乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)按照一定的質量比加入碳酸鈉(Na2CO3)，能促進碳酸鈉的脫硫性能。這是因為在混合吸收劑中加入乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二鈉，能增強液相碳酸鈉吸收SO2的活性，進而提高其對煙氣中SO2的吸收率。

(2)隨著乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二鈉在混合吸收劑中所占比例的增加，對脫硫效果促進作用的增幅在逐步減弱。當乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二鈉占混合劑質量比例超過10%時，促進作用不再明顯。

(3)只有乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二鈉在等物質的量比時，混合吸收劑才有最好的脫硫效果。這是因為促進脫硫效果起主要作用的是乙二胺四乙酸二鈉與乙二胺四乙酸在溶解后形成酸堿共軛體系。

[1] 王 巍，袁 園，別 璇，等.燃煤電廠超低排放控制設備改造前后物耗和能耗分析[J].電力科學與工程，2017,33(1):15-20.

[2] 環境保護部，國家發展和改革委員會，國家能源局.關于印發《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》(環發[2015]164 號) 的通知[A].中華人民共和國環境保護部，2015.

[3] 王書芳，徐宏建，潘衛國，等．濕法煙氣脫硫添加劑增效機理及研究進展[J].山東化工，2013，42(3):22-25．

[4] 張永忠，甘 露，吳其榮．燃煤鍋爐超低排放技術探討[J]．能源與環境，2016(6):78-79．

(本文文獻格式：張少杰，李 斌，趙光明.Na2CO3+EDTA+EDTA-2Na吸收劑對濕法煙氣深度脫硫性能的試驗研究[J].山東化工,2017,46(7):193-194,199.)

Experimental Study on the Performance of Absorbent Consisting of Na2CO3,EDTA, EDTA-2Na for Wet Flue Gas Desulfurization

ZhangShaojie,LiBin,ZhaoGuangming

(School of Chemical and Environmental Engineering, North University of China, Taiyuan 030051,China)

The flue gas desulfurization performance of the mixed absorbent composed of sodium carbonate (Na2CO3),ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and disodium ethylenediamine tetraacetate (EDTA-2Na) was studied by experiments.The results show that the addition of EDTA and EDTA-2Na in the mixed absorbent can enhance the activity of liquid sodium carbonate absorbing SO2,and increase the absorption rate of SO2in flue gas.When the mass ratio of EDTA and EDTA-2Na accounted for more than 10% in the mixture,the promoting effect was no longer significant. And only EDTA and EDTA-2Na close to the equimolar ratio,the mixed absorbent has the best desulfurization effect,because the main effect of promoting the desulfurization effect is EDTA-2Na and EDTA in the mixture solution forming acid-base conjugate system.

absorbent of sodium carbonate;ethylenediaminetetraacetic acid;wet flue gas desulfurization;deep desulfurization

2017-02-27

超重力化工過程山西省重點實驗室開放基金項目(CZL201504)

張少杰(1983—)，男，山西陽泉人，工作單位陽泉市輻射環境監測管理站，助理工程師，中北大學碩士研究生(在讀) ，主要從事化工與環境保護研究。

X701.3

A

1008-021X(2017)07-0193-02