电解锰渣浆液烟气脱硫性能及机制

电解锰渣是电解锰生产过程中产生的锰矿石酸浸渣,富含锰、铁等活性组分,理论上可催化氧化SO₂实现烟气脱硫,同时脱硫后的电解锰渣可资源化利用,然而目前尚未见电解锰渣矿浆脱硫的研究报道。本文研究了工艺参数对电解锰渣浆液脱除SO₂性能的影响,探究了电解锰渣浆液烟气脱硫的过程机制。结果表明：锰渣粒径为200目（<75μm）、锰渣浆液初始浓度5000mg/L、气体流量400mL/min、进口SO₂体积分数0.20％、反应温度50℃、反应时间180min的条件下,电解锰渣浆液脱硫率最高可达93.87%。脱硫前后电解锰渣XRD、SEM、XPS表征结果表明,MnO₂、MnO、Fe₂O₃等活性组分参与SO₂反应,且浆液中的Mn²⁺、Fe³⁺等过渡金属离子液相催化氧化SO₂生成H₂SO₄,实现烟气脱硫。     

氧化锰矿浆脱硫制硫酸锰反应塔设计与应用

以处理某锰企电解锰渣煅烧装置产生的高浓度SO2烟气的脱硫反应塔为例,将该反应塔与石灰石-石膏湿法脱硫塔进行对比及分析,并对反应塔的选型、塔主体结构和防腐处理进行介绍.氧化锰矿浆脱硫制硫酸锰技术的核心设备是反应塔.反应塔内脱硫浆液与含硫烟气逆流接触反应,脱硫后的烟气达标排放,反应生成硫酸锰浆液返回电解锰车间回收处理.反应塔设计进口烟气量为135300 m3/h,烟气中φ(SO2)最高可达9.07%.运行结果表明,该反应塔运行稳定,浆液混合均匀,系统无堵塞和可见腐蚀,出口气体ρ(SO2)≤200 mg/m3,锰浸出率最高可达90%.     

基于气-液传质强化的湿法烟气脱硫CFD模拟研究

针对燃煤电厂烟气脱硫过程中,高硫煤燃烧产生的高含硫烟气高效脱硫难题,通过计算流体力学(CFD)开展了钙法烟气SO₂高效脱除研究,提出了基于塔内筛板构件及喷淋系统优化的多手段耦合增效方法。建立了宏观脱硫塔尺度下涵盖喷淋吸收-筛板鼓泡吸收的SO₂多形式吸收脱除耦合模型,获得了浆液下落过程中的pH及SO₂吸收速率变化规律,并研究了湍流构件对脱硫塔内的气液混合流动、相内相间传质、浆液内部化学反应等过程的影响机制。探究了筛板对于脱硫塔脱除效率的强化机制,并进一步开展了筛板布置位置优化设计研究。同时,针对脱硫塔喷淋系统开展了优化设计研究,通过对比研究获得了喷淋系统优化后布置方案。基于所提出的脱硫塔多手段耦合增效方法,研究了包括液气比、浆液粒径及入口烟气SO₂浓度等不同参数影响下的脱硫塔SO₂脱除性能,发现通过塔内筛板构件及喷淋系统优化多手段协同增效后,可实现不同工况下脱硫塔SO₂脱除效率提升3%～8%。     

氨法烟气脱硫SO2吸收传质系数研究

喷淋塔氨法脱硫技术被广泛应用于净化烟气的SO₂,传质系数是喷淋吸收塔重要的设计和运行参数,但目前文献中有关氨法脱硫传质系数的报道很少,还有待进一步研究。在喷淋塔中对氨法脱硫SO₂吸收传质过程进行了实验研究,结合对液滴和塔壁液膜运动的计算,得到不同实验条件下SO₂的吸收传质速率,并建立了氨法脱硫SO₂吸收传质系数表达式。该传质系数包含浆液pH、烟气流速u_g和液气比L/G等主要参数,能够反映不同pH、u_g和L/G条件下SO₂在单位气液接触面积上的传质速率。对比验证结果表明,该传质系数计算得到的SO₂吸收传质速率与实验值之间的相对误差小于±12%,二者能够较好地吻合。建立的传质系数表达式能够为喷淋塔氨法脱硫的优化设计和运行提供理论参考。     

电石渣喷淋吸收烟气二氧化硫工艺及动力学

在喷淋吸收装置中对电石渣浆液吸收SO₂进行了系统研究。研究结果表明：脱硫效率随烟气SO₂浓度的增加先升高,然后下降;随体系pH的增加而升高,pH从3升到13时,脱硫效率由52.3%升到94.7%;增加浆液电石渣浓度和减小电石渣粒径均有利于SO₂的吸收去除;液气比从10 L·m^-3增加到50 L·m^-3时,脱硫效率提高了59.9%;以电石渣烟气脱硫的化学反应为基础,建立电石渣烟气脱硫反应动力学模型,总反应级数n=α+β=1.67,反应活化能E_a=51396.59 J·mol^-1,频率因子k₀=0.37894×10⁶(mol·m^-3)^-0.67·s^-1。     

湿法烟气脱硫塔内传递与化学反应过程CFD模拟

以某330 MW燃煤发电机组湿法烟气脱硫塔为研究对象，采用欧拉-拉格朗日方法建立了塔内气-液两相流动、热质交换模型，以溶解平衡、质量守恒及电荷守恒描述浆液内13种溶质组分瞬时化学反应特性，通过用户自定义函数实现流动模型与传质模型、化学反应模型的耦合。基于上述模型预测了脱硫塔内气-液两相流动、液滴蒸发与SO₂化学吸收过程，获得了SO₂浓度与浆液pH的径向分布特性，详细分析了气-液流动对化学吸收特性的影响，结果表明局部液气比分布特性是影响SO₂径向分布的关键因素之一，可通过调控近壁区及主管道区的两相流动状态提高脱硫塔的吸收性能；随着气相侧SO₂浓度提高或液滴粒径减小，浆液pH下降速率增大且各化学组分浓度达到稳定状态用时缩短。     

离子液体水溶液吸收模拟烟气中SO2

建立了一套放大脱硫装置, 利用该装置研究了乙醇胺乳酸盐([MEA]L)水溶液在不同条件下吸收SO₂的性能, 确定出了较优的实验条件, 并在该条件下进行吸收-解吸SO₂循环实验。研究结果表明:烟气中SO₂的去除率随[MEA]L中水分的增加而增加;SO₂的去除率随着气液比的减少而增加, 在气液比为420, SO₂浓度为2850～14280 mg·m^-3范围内时, 出口烟气中SO₂浓度均小于285 mg·m^-3, 满足排放标准;烟气中的CO₂对[MEA]L水溶液吸收SO₂没有影响;利用蒸汽对富液进行解吸再生, 解吸后的贫液可以继续使用, 并且仍具有很高的SO₂去除率。     

用速生桉木渣还原浸出氧化锰矿中的锰

探究了用速生桉木渣还原浸出低品位氧化锰矿中的锰的试验。考察了木渣锰矿质量比、硫酸浓度、浸出温度和浸出时间对锰浸出率的影响。结果表明,当木渣锰矿质量比为0.5,硫酸浓度为3.5 mol/L,浸出温度为90℃,浸出时间为3 h时,锰的浸出率为98.22%。该方法成本低,浸出率高,可为相关企业提供技术参考。     

煤浆法烟气脱硫中草酸和紫外线强化煤砷浸出过程

以N₂、O₂、SO₂三种气体模拟烟气,在1 L的光反应器中,研究了主要因素对煤砷浸出、As(Ⅲ)氧化以及SO₂脱除的影响规律,分析了过程机理,确定了浸出过程速率控制步骤。结果表明,紫外线照射和草酸均能有效提高砷浸出率,180 min时,在遮光和pH为2.5的条件下,加入1.0 mmol/L草酸能使砷浸出率提高32.9%,在紫外线照射下,可使砷浸出率再提高21.3%,且浸出液中的As(Ⅲ)占总砷之比小于13%,还能提高SO₂脱除率。低pH有利于煤中砷的浸出,但对SO₂的脱除不利。煤砷浸出率和SO₂脱除率均随温度的提高而显著增大。动力学分析计算得出煤砷浸出过程的表观活化能为4.9 kJ/mol,说明砷浸出过程受已反应固体层内的扩散过程控制。自由基猝灭实验表明,硫酸根自由基和羟基自由基是紫外线照射下草酸强化煤砷浸出体系中的主要自由基。ATR-FTIR与XPS表征结果进一步证实了浸出液的测定结果。     

有机胺脱硫技术吸收工艺模型

针对不同SO₂浓度烟气,有机胺吸收剂的SO₂吸收容量不同,需采取不同的吸收工艺降低项目建设成本及运行成本。提出传统吸收模型[适应ρ(SO₂)≥20 000 mg/m³]、分级吸收液模型[适应ρ(SO₂)在10 000～20 000 mg/m³]、低密度吸收模型[适应ρ(SO₂)≤10 000 mg/m³]、多流路吸收模型[适应两股SO₂浓度烟气：一股烟气ρ(SO₂)≥20 000 mg/m³;另一股烟气ρ(SO₂)≤1 000 mg/m³]四种吸收模型来适应不同的SO₂浓度烟气脱硫工艺,确保烟气稳定达标排放的同时,使脱硫系统各性能参数指标最优化,让有机胺脱硫技术成为真正意义上的低碳环保以及经济的脱硫技术。     

Sulfur resource recovery based on electrolytic manganese residue calcination and manganese oxide ore desulfurization for the clean production of electrolytic manganese

An environmentally friendly and resource-conserving route to the clean production of electrolytic manganese was developed, in which the electrolytic manganese residue(EMR) was initially calcined for cement buffering;then the generated SO_2-containing flue gas was managed using manganese oxide ore and anolyte(MOOA) desulfurization; at last, the desulfurized slurry was introduced to the electrolytic manganese production(EMP). Results showed that 4.0 wt% coke addition reduced the sulfur of calcined EMR to 0.9%, thereby satisfying the cement-buffer requirement. Pilot-scale desulfurization showed that about 7.5 vol% of high SO_2 containing flue gas can be cleaned to less than 0.1 vol% through a five-stage countercurrent MOOA desulfurization. The desulfurized slurry had 42.44 g·L~(-) Mn~(2+) and 1.92 g·L~(-1) S_2 O_6~(2-), which was suitable for electrowinning after purification, and the purity of manganese product was 99.93%, satisfy the National Standard of China YB/T051-2015.This new integrated technology fulfilled 99.7% of sulfur reutilization from the EMR and 94.1% was effectively used to the EMP. The MOOA desulfurization linked the EMP a closed cycle without any pollutant discharge, which promoted the cleaner production of EMP industry.     

Manganese leaching in high concentration flue gas desulfurization process with semi-oxidized manganese ore

Manganese leaching during high concentration flue gas desulfurization process with semi-oxidized manganese ore was studied in this paper. It was found that there were different reaction pathways among which MnO_2,Mn_2O_3 and MnCO_3 in semi-oxidized manganese ore during flue gas desulphurization and manganese leaching.High SO_2 concentration facilitated redox reaction between MnO_2 and SO_2, and high concentration of H_2SO_4 accelerated MnCO_3/Mn_2O_3 leaching from semi-oxidized ore. Kinetics study showed that manganese leaching in flue gas desulfurization process with semi-oxidized ore was controlled by a mixed-control model, that is the surface chemical reaction and mass diffusion dominated both the oxidation of SO_2 and manganese leaching process. The apparent activation energy was 13.05 k J·mol~(-1) and the reaction orders with respect to SO_2 and H_2SO_4 concentration were 1.38 and 0.10, respectively. Finally, a semi-empirical rate equation based on shrinking core model was derived to describe the process.     

Ti-Al复合载体载锰催化剂同时脱硝脱汞实验

采用溶胶-凝胶法制备了一系列TiO₂、TiO₂-Al₂O₃（TiAl）、MnO₂/TiO₂（MnTi）和MnO₂/TiO₂-Al₂O₃（MnTiAl）样品,在固定床实验装置上研究了MnTi和MnTiAl催化剂的脱硝、脱汞性能,并对相应的样品进行了BET、XRD、H₂-TPR、XPS表征分析。表征结果表明,Al₂O₃掺入TiO₂后能极大提高载体的比表面积,提升催化剂氧化还原性能,且有利于高价态锰离子（Mn³⁺和Mn⁴⁺）和化学吸附氧（O*）在催化剂表面富集。固定床实验结果表明,在反应温度范围内,MnTiAl催化剂脱硝、脱汞性能均优于MnTi催化剂,MnTiAl催化剂在200℃时脱硝、脱汞效率分别高达88.5%和96.1%。MnTiAl脱除烟气Hg⁰过程中,将Hg⁰氧化为Hg²⁺的同时,催化剂表面Mn³⁺、Mn⁴⁺和O*浓度均被消耗,同时烟气中的O₂能将催化剂表面较低价态的锰离子（Mn²⁺和Mn³⁺）重新氧化为高价态锰离子（Mn³⁺和Mn⁴⁺）,并且能补充催化剂表面的化学吸附氧（O*）,进而实现催化剂催化氧化Hg⁰过程。     

三聚氰胺与SO2反应及再生行为

以固体有机胺三聚氰胺（MN）为脱硫剂,对MN与SO₂反应及再生行为进行研究。结果表明,烟气组成0.35% SO₂+5% O₂+N₂,40℃、4% MN（质量分数）条件下,MN可维持140 min脱硫率>99%,穿透硫容（出口SO₂浓度200 mg/m³）0.33 g SO₂/（g MN）。MN脱硫及再生产物XRD、FTIR、SEM及TG-MS等表征分析表明,MN与SO₂反应首先生成三聚氰胺亚硫酸盐,随后被烟气中的氧气氧化为三聚氰胺硫酸盐,加入0.1%对苯二胺可有效抑制三聚氰胺亚硫酸盐氧化;三聚氰胺亚硫酸盐在75~150℃可加热再生,三聚氰胺硫酸盐不能加热再生。烟气含5% O₂条件下,加入0.1%对苯二胺,三聚氰胺亚硫酸盐氧化率由36%降低至13%,150℃下再生2 h,再生率由58%提高至94%,MN抗氧二次脱硫性能优良。     

高盐水条件下亚硫酸盐氧化特性实验研究

在“水十条”背景下,脱硫废水零排放已是大势所趋,利用烟气余热浓缩脱硫废水将脱硫废水减量化引起业内关注。在烟气预浓缩过程中有较少的SO₂转移至液相,产生SO₃ ^2-、HSO₃ ^-、SO₄ ^2-。其中亚硫酸盐性质不稳定,会影响后续处理。为探究此过程中高盐水条件下亚硫酸盐的氧化特性,通过氧化还原电位（ORP） 和溶解氧联合监控,对亚硫酸盐的氧化特性进行研究。研究发现：烟气含氧量促进亚硫酸盐氧化;脱硫废水浓缩倍率同ORP值呈正相关,有利于亚硫酸盐的氧化;烟气预浓缩过程中亚硫酸盐氧化情况较好,氧化率可达94.7%,不需要进行强制氧化。此研究对烟气浓缩过程中控制结垢及减少对后续处理的不良影响具有重要的价值。     

水力喷射-空气旋流器用于湿法烟气脱硫及其传质机理

在一种新型高效的气液传质设备--水力喷射-空气旋流器(WSA)中,以Ca(OH)₂料浆为吸收剂进行了模拟烟气湿法脱硫的实验研究。结果表明:脱硫率随进口气速增加而增加;随液体喷射速度增加先增加,增加到一定程度后几乎不变;随烟气中SO₂的进口浓度增加而减小,存在一适宜的Ca(OH)₂浓度和回流比。在气体流量24～72 m³·h^-1、循环液体量0.4～0.8 m³·h^-1、料浆中Ca(OH)₂浓度7500 g·m^-3时,对SO₂浓度为1891～6373 mg·m^-3的烟气进行湿法脱硫,脱硫率达88.9%～97.7%,且WSA的旋流气体和喷射液体在湿法脱硫中具有自清洁能力,未发现内部结垢和喷孔堵塞现象。总体积传质系数K_Ga、有效相界面积a均随进口气速u_G增大而增大,而总传质系数K_G随u_G增加变化较小;当液体喷射速度 u_L≤0.26 m·s^-1时,K_Ga和K_G随u_L增加快速增大,之后增加缓慢,而a随u_L几乎线性增加,K_Ga和K_G随吸收剂中Ca(OH)₂浓度c_L增加有一最大值。结合实验数据拟合得到了相关的经验公式,这些关联式能较好地预测WSA的湿法脱硫传质性能。气体旋流场强度对总体积传质系数K_Ga和有效相界面积a起支配作用,脱硫传质过程同时受气膜和液膜阻力控制,但以液膜控制为主。     

Carbon black oxidation in the presence of Al2O3, CeO2, and Mn oxide catalysts: An EPR study

Carbon black oxidation in the presence of CeO₂, Al₂O₃ and manganese oxide catalysts has been studied in tight contact conditions. In the presence of manganese based catalysts, the temperature gain is about 275 °C compared to the non-catalysed carbon black oxidation. The contribution of the manganese species to enhance the reactivity of carbon black oxidation has been evaluated by EPR technique. For Mn/Ce + CB mixtures the Mn²⁺ content considerably increases consequently to tight milled treatment indicating the reduction of some manganese species with higher oxidation states into Mn²⁺ ions. This phenomenon can be considered as the first step in the carbon black oxidation mechanism in the presence of Mn/Ce catalysts.     

不同气氛对硫铁矿和硫酸亚铁反应的影响研究

研究了硫铁矿分解硫酸亚铁的固-固反应,通过HSC热力学软件模拟和实际实验研究考察了含二氧化硫气氛和含氧气氛对硫铁矿分解硫酸亚铁的影响。热力学研究结果表明,二氧化硫对反应无明显影响,氧会增加硫酸亚铁的完全分解温度。实验研究表明,二氧化硫会降低原料脱硫率,但进一步增大二氧化硫浓度不会进一步影响原料脱硫率,这与热力学研究结果有差异,是因为HSC软件未考虑反应平衡;氧气浓度越高,原料脱硫率越低,主要因为氧气消耗掉部分还原剂硫铁矿。