无机酸和Fe2+/Fe3+对有机胺吸收/解吸SO2气体的影响

• 作 者: 刘建芳
• 出 处: 合肥工业大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: SO2 有机胺 无机酸 Fe2+/Fe3+ 吸收 解吸

工业烟气中含有HCl、HF等酸性组分和Fe₂O₃、FeO等金属氧化物，它们的存在可能会对可再生胺吸收-解吸烟气中SO₂的吸收工艺过程和稳定性产生一定的影响。针对这些问题，本论文研究了无机酸和Fe²⁺/Fe³⁺对N,N’-二（2-羟丙基）哌嗪（简称HPP）吸收SO₂工艺过程和其稳定性的影响，并分析其过程机理。首先，研究了HPP吸收/解吸SO₂的工艺条件，考察了吸收液初始pH值和吸收温度等工艺条件对HPP吸收/解吸SO₂性能的影响，同时优化了解吸方式、解吸温度、解吸时间等解吸工艺条件。优化的工艺条件如下：吸收液初始pH值为6.00，吸收温度50℃，解吸方式为直接加热，解吸温度102℃，解吸时间3h。其饱和吸收量为0.472mol·mol^-1，解吸率86.4%，氧化率为2.29%。通过添加硫酸、盐酸和氢氟酸模拟SO3、HCl和HF三种酸性气体研究了其对HPP吸收/解吸SO₂性能的影响。研究结果表明，随着吸收液中硫酸、盐酸和氢氟酸的浓度逐渐增大，吸收液的饱和吸收量逐渐降低，解吸率逐渐增大。硫酸和盐酸对HPP吸收SO₂性能的影响效果基本相当，且大于氢氟酸。每摩尔吸收液中添加0.50mol硫酸或1.0mol盐酸，吸收液饱和吸收量减少0.47mol·mol^-1；每摩尔吸收液中添加1.0mol氢氟酸，饱和吸收量减少0.44mol·mol^-1，饱和吸收量的理论计算值与实验值偏差率小于±1%。酸性气体对SO₂吸收过程的影响主要是其存在氢离子，中和了HPP中胺根离子，其阴离子与胺根形成热稳定盐，从而减少了SO₂饱和吸收量。通过添加Fe2（SO4）3、FeSO4模拟Fe₂O₃、FeO两种金属氧化物考察其对HPP吸收/解吸SO₂性能的影响。结果表明，在吸收气体无氧气存在条件下，Fe³⁺会降低HPP的吸收/解吸SO₂能力，而Fe²⁺不会对HPP吸收/解吸SO₂性能产生影响。在吸收气体有氧气存在条件下，随着吸收液中Fe³⁺和Fe²⁺的浓度不断增大，吸收液的饱和吸收量、解吸率等缓慢降低，氧化率缓慢增大。且在有氧气存在条件下Fe³⁺和Fe²⁺对HPP吸收/解吸SO₂性能的影响大于无氧气存在条件下。当吸收液SO₃^2-的浓度大于等于0.112mol·L^-1时，Fe³⁺循环催化氧化SO₃^2-速率不再增大。反应过程中C(SO₃^2-)的变化与时间为一直线关系，反应对SO₃^2-为0级，随着Fe³⁺浓度的逐渐增大，反应速率逐渐增大。