尿素／高锰酸钾湿法烟气脱氮的试验研究

1、尿素高锰酸钾湿法烟气脱氮的试验研究第6卷第6期环境污染治理技术与设备2005年6月TechniquesandEquipmentforEnvironmentalPollutionControlVo1.6,No.6Jun.2005尿素/高锰酸钾湿法烟气脱氮的试验研究雷鸣岑超平胡将军(1.国家环境保护总局华南环境科学研究所,广州510655;2.武汉大学资源与环境科学学院,武汉430079)摘要采用高锰酸钾和尿素配制成不同浓度的吸收溶液,在填有金属鲍尔环的管式吸收反应器中,对模拟烟气进行湿法烟气脱氮的研究.试验结果表明,用尿素和高锰酸钾配制成的吸收液进行湿法烟气脱氮,可以高效地脱除模拟烟气中的氮氧化

2、物,高锰酸钾含量的增加可以显着提高脱氮效率,是决定脱氮效率高低的重要因素,在尿素和高锰酸钾含量分别为5%和0.60g/L时可以达到91.5%的平均脱氮效率;尿素含量,吸收液有效柱高和外加的SO:气体均对脱氮效率产生不同程度的影响.关键词尿素高锰酸钾吸收塔烟气脱氮中图分类号X701文献标识码A文章编号1008-9241(2005)06-0016-04StudyontheexperimentoffluegasdenitrificatiOnusingurea/potassiumpermanganatesolutionLeiMing?CenChaopingHuJiangjun(1.SouthChina

3、InstituteofEnvironmentalScience,theStateEnvironmentalProtectionAdministration,Guangzhou510655;2.SchoolofResourceandEnvironmentalScience,WuhanUniversity,Wuhan430079)AbstractNOremovalwithanalogfluegasdenitrificationusingurea/p0tassiumpermanganatesolutionprocesshasbeeninvestigatedinpackabsorptionreacto

4、rfilledwithsteelpallrings.Thelaboratoryexperimentalresultsshowthatwettypefluegasdenitrificationusingurea/potassiumpermanganatesolutionprocesscanreachhighremovalefficiencyofNO.TheamountofpotassiumpermanganateisakeyfactorthataffectstheNOre-moralefficiency.TheremovalefficiencyofNOcanreach91.5%whenusing

5、theabsorptionsolutionof5%ureaand0.60g/Lpotassiumpermanganate.Theamountofurea,theabsorptiontowerheightandtheaddinggasofSO2allaffecttheNOremovalefficiencytodifferentdegrees.Keywordsurea;potassiumpermanganate;absorptiontower;fluegasdenitrification1前言随着电力工业特别是燃煤电厂的发展,排放烟气中的SO和NO的含量将会得到不断增加.据统计,我国1995年SO

6、,NO的排放量分别为2400万t和770万t,而燃煤烟气中排放的SO和NO占全国总排放量的90%,因此在我国对燃煤烟气进行脱硫脱氮是我们国家面临的刻不容缓的任务,也是我国科研工作者致力研究的重要课题'.目前烟气脱硫技术已经颇为成熟,而烟气脱氮却是难点.研究发现通过改进燃烧过程和设备或采用催化还原,吸收,吸附等烟气脱氮方法可以有效地减少NO的排放.本试验采用尿素/高锰酸钾作为NO的吸收液对模拟烟气中的NO进行湿法烟气脱氮的研究.本试验具有工艺简单和脱氮效率高等特点,为目前烟气脱氮效率普遍降低的现状提出了一种崭新的,行之有效的解决办法,是值得深入研究的烟气脱氮技术.2试验2.1试验仪器和设

7、备吸收反应柱是内径为4cm,高为1m的玻璃柱,填充物是不锈钢金属鲍尔环;烟气检测仪器采用英国KANE产品KM9106型烟气分析仪;吸收尾液分析检测仪器是上海仪器分析总厂生产的uV.754的紫外分光光度仪;NO压缩钢瓶,ACQ-009空气压资助项目:国家高技术研究发展计划"863"项目(2002AA529160);广东省科技厅科技计划重大专项(A3040203);广东省环保局资助项目(2001-34)收稿日期:20040131;修订日期:20040421作者简介:雷鸣(1977一),男,硕士研究生,主要从事大气污染控制方面的研究.Email:eholley163.corn第6

8、期雷鸣等:尿素/高锰酸钾湿法烟气脱氮的试验研究17图1烟气脱氮试验反应装置简图Fig.1Shematicdiagramofthereactionapparatusoffluegasdenitrification缩机;781磁力加热搅拌机;分析天平.2.2试验试剂及参数(1)吸收液:吸收液按照具体的试验要求配制不同浓度尿素,高锰酸钾的水溶液.(2)模拟烟气:控制模拟烟气流量为0.10m/h,模拟烟气中NO的含量控制在410mg/m左右,经测定模拟烟气中NO的氧化度(NO./NO的值)为5%左右(实际工业烟气的NO的氧化度一般在5%一一10%之间).(3)反应温度:反应吸收柱内的反应温度控制在70

9、左右.(4)吸收液体积:2000mL.2.3试验流程试验时将尿素,高锰酸钾和水按照不同比例混合并置于磁力加热搅拌机上搅拌10min,然后将配好的吸收液定量分别注入2个吸收反应柱内,通过加热器控制反应温度.开启空气压缩机和压缩NO气体阀门,并由转子流量计计量.在吸收塔进口处用烟气分析仪测定烟气中NO进口浓度,试验系统稳定后在吸收塔出口处测定尾气NO浓度.尾气经过尾气吸收瓶吸收后排放,并对反应后吸收尾液采用化学分析的方法分析其组成.反应装置简图如图1所示.NO去除率,即脱氮率(DN)计算如下:f,一rDN:×100%.式中,c.为吸收塔进口处检测的NO浓度,c.为吸收塔出口处检测的NO浓

10、度.3试验结果分析.在上述试验条件和参数下(控制进口气量为0.10m/h,NO的含量控制在410mg/m左右;吸收液有效高度为1.6m;反应温度在70左右;在30min反应时间里每5min测定出口气体中NO的含量),通过改变吸收液中尿素含量,高锰酸钾含量,反应吸收柱内吸收液的高度以及在模拟烟气中添加SO,气体等条件来分别研究不同工艺条件对脱氮效率的影响.3.1尿素含量对脱氮效率的影响通过改变尿素含量来研究其对脱氮效率的影响.分别配制2000mL浓度分别为5%,10%,15%,20%和25%(质量百分比)的纯尿素溶液,试验结果如图2所示.706560555045403505l0l520253O3

11、5反应时间(min)图2不同浓度纯尿素溶液对脱氮效率的影响Fig.2EffectofpureureaconcentrationonremovalefficiencyofNO,从图2可以看出,纯尿素溶液对NO的脱除有一定的效果,5%的尿素溶液30min内的平均脱氮率只为50.3%,当尿素溶液的浓度为25%时,30min内的平均脱氮率为54.3%,总体上来看提高尿素含量可以使脱氮效率缓慢升高.从经济上考虑,进一步的试验均采用的尿素溶液为5%的百分含量.3.2高锰酸钾含量对NO脱除率的影响改变高锰酸钾含量来研究其对脱氮效率的影响.尿素浓度为5%,高锰酸钾添加量分别为0,05g/L,0.10g/L,0

12、.15g/L,0,20g/L,0,25g/L,0.30g/L和0.60g/L,试验结果如图3所示.图3中可以看出,尿素溶液中添加了高锰酸钾以后,脱氮效率得到了较大的提高,其中高锰酸钾添加量为0.10g/L时在30min反应时间内的平均脱氮率达到63.8%,高锰酸钾含量为0.15g/L和0.20g/L时在30min反应时间内的平均脱氮率分别为69.3%和83.0%.当高锰酸钾增至0.60g/L时的平均脱氮率可达到91.5%,出口气体检测也发现NO的氧化度降低到了3.3%左右.18环境污染治理技术与设备第6卷0510152025303540反应时日j(rain)图3高锰酸钾含量对脱氮效率的影响Fi

13、g.3EffectofpotassiumpermanganateconcentrationonremovalefficiencyofNO3.3吸收液的有效高度对NO脱除率的影响吸收液的有效高度是决定气液接触时间和液气比的重要条件,通过控制吸收液的加入量来研究吸收液的有效高度对脱氮效率的影响.吸收液中尿素含量为5%,高锰酸钾含量为0.2632g/L,试验结果如图4所示.1oo908070605040图4吸收柱有效高度对脱氮效率的影响Fig.4EffectofeffectivesolutionheightonremovalefficiencyofNO图4中吸收液有效高度为0.8m,1.2m和1.6

14、m时在反应时问内的平均脱氮效率分别为58.8%,70.4%和79.1%.提高吸收液的有效高度显着提高脱氮效率.3.4模拟烟气中加入SO:对NO脱除率的影响在上述各种试验条件下通人SO气体,结果发现SO的脱除率高达99.5%以上,试验重点考察了SO:对脱氮效率的影响,采用的尿素溶液浓度为5%,高锰酸钾含量分别为0.10g/L,0.20g/L,0.30g/L和0.40g/L,SO2的浓度控制在2000mg/Nm左右,其他工艺条件为:尿素浓度为5%;吸收液的有效高度为0.16m.试验结果如图5所示.通入SO,吸收液中高锰酸钾含量分别为0.10g/L,0.20g/L,0.30g/L和0.40g/L时,

15、对应的平均脱氮效率分别为54.3%,63.6%,71.0%和79.4%,和没有通入SO气体的试验3.2相比,其脱1oo9080706o50400510152025303540反应时日J(rain)图5SO:对脱氮效率的影响Fig.5EffectofaddingSO2onremovalefficiencyofNO氮效率平均下降8.5%.4吸收尾液分析分别取吸收液为尿素含量5%+高锰酸钾含量为0.20g/L和尿素含量10%+高锰酸钾含量为0.20g/L在反应30min后的吸收尾液(样品1,2),用化学方法进行测定分析其成分,多组测定后各成分平均浓度如表1所示.表1吸收反应后吸收液中各成分的平均浓度

16、Table1Meanconcentrationofcomponentsintheabsorptionsolutionafterreaction由表1可以看出,NO被吸收后主要生成NH4+和NO;,样品1中高锰酸钾和尿素分别消耗了0.6724mmolfL和0.2513mol/L,样品2中高锰酸钾和尿素分别消耗了0.4531mmol/L和0.9730mol/L,可见尿素含量的提高会使高锰酸钾和尿素的消耗量增大.高锰酸钾在吸收反应中的催化氧化机理很复杂,因试验条件的局限,笔者未能对其作出定性分析.所以本工艺的机理有待进一步的研究.5结论(1)本试验采用的尿素和高锰酸钾配制的吸收液进行湿法烟气脱氮可以

17、达到较高的脱氮效率,增加高锰酸钾含量可以显着提高脱氮效率,无高锰酸钾时提高尿素溶液的浓度对脱氮效率无明显的提高作用.(2)吸收液的有效高度对NO脱除效率的影响较大,随着吸收液有效高度的增加,NO的脱除效率(下转第47页)如第6期倪明等:杂色云芝对2种染料的脱色条件研究47到90%左右.结果说明,杂色云芝对进水的初始pH值具有较强的适应性,这一点对于应用于实际废水的处理有着一定的意义.考虑到所有的白腐真菌适宜的培养pH值为4.55.0之间,杂色云芝在pH=4.5的条件下适宜生长,因此,最优酸碱度为pH=4.5.真菌的细胞结构含有大量蛋白质,由许多氨基酸组成,在酸性溶液中带正电.杂色云芝适宜生活在

18、pH=4.5的环境下,表面等电点在酸性范围内,不同pH值的处理条件下,会引起真菌表面电荷分布的变化,而杂色云芝对于酸碱度的良好适应性说明其细胞结构能够对外界pH值的变化进行主动调节,使所处微环境保持酸碱平衡,从而保证了胞外酶系统的分泌平衡,对脱色酶系统的影响不大.4结论(1)液体限氮培养基适用于杂色云芝对染料的脱色降解,最佳接种量为6cm×1cm的切片,处理效果为8d后稳定在95%以上.(2)从杂色云芝对2种不同类型的染料进行脱色的结果来看,适宜的基本参数为:T=34oC,进料浓度200mg/L,pH=4.5.(3)杂色云芝对进水的酸碱度具有较强的适应性,从pH2.5到lO.5比较宽

19、的区间内保持了稳定的脱色率,在实际应用当中,可以利用这个特点,减少中和工序的工程量.参考文献1李慧蓉,李华兵,赵飞.黄孢原毛平革菌对直接深蓝L一3RB的脱色降解.染料工业,2000,37(1):36402B.C.Alleman,eta1.Degradationofpentachlorophenolbyfixedfilmsofwhiterotfungiinrotatingtubebioreacters.WaterResearch,1995,29(1):61673李慧蓉,陈建海.黄孢原毛平革菌对蒽的降解研究.化工环保,2000,20(2):11144应慧芳,黄民生,林巍.5种白腐真菌对染料脱色降解

20、的实验研究.上海环境科学,2001,20(4):1711745M.Tekere,A.Y.Mswaka,R.Zvauya,eta1.Growthdyedeg.radationandligninolyticactivitystudiesonzimbabweanwhiterotfungi.EnzymeandMicrobialTechnology,2001,28:4204266FengWu,HiroakiOzaki.YutakaTerashima.eta1.ActivitiesofligninolyticenzymesofthewhiterotfungusPhanerochaechrysosporiu

21、manditsrecalcitrantsubstancedegrad.ability.Wat.Sci.Tech.,1996,34(7):69787胡平平,付时雨,余惠生.固定培养条件下外加营养碳源及微量元素对贝壳状革耳菌酶系产生的影响.纤维素科学与技术,2001,9(4):44508程永前,黄民生,张国莹.白腐真菌对染料脱色及降解过程机理和影响因素.环境污染治理技术与设备.2000,1(6):25349O.Yesilada,S.Cing,D.Asma.DecolourisationofthetextiledyeastrazonredFBLbyFunaliatrogiipellets.BioresourceTechnology,2002,81:155157(上接第18页)有比较显着的提高.原因是吸