在活性填料塔內用稀硝酸吸收廢氣中的NOX

在活性填料塔內(nei) 用稀硝酸吸收廢氣中的NOX 

      摘要　本文研究了填料的性能對硝酸吸收硝化廢氣中NO_X時吸收效率的影響，發現有些填料因能夠催化亞(ya) 硝酸根的氧化反應而明顯提高了吸收效率。另外還研究了在活性填料塔內(nei) 用稀硝酸吸收NO_X時，NO_X的進塔濃度和液氣比對吸收效率的影響。結果指出，吸收效率隨操作液氣比和NO_X進塔濃度的增大而升高。
　　關(guan) 鍵詞　氮氧化物；吸收；活性填料

THE ABSORPTION OF NO_X INTO DILUTE NITRIC
ACID WITHIN AN ACTIVE PACKING TOWER

Li Yuping　GuoChunmei　Sang Xiaohong
（School of Chemical Engineering and Materials， BIT， Beijing，100081）

Abstract　　Effects of the properties of packing on the absorption efficiency of NO_X into dilute nitric acid are studied.It is shown that some active packing can obviously enhance the absorption efficiency because they can catalyze the oxidation reaction of NO^-₂. The effects of the inlet concentration of NO_X and liquid-gas ratio on the absorption efficiency of NO_X into dilute nitric acid are also studied. Experimental results show that the absorption efficiency tends to increase with the increase of inlet concentration of NO_X and liquid-gas ratio.
Key words　　NO_X， absorption， activepacking

　　目前，治理NO_X有幹法和濕法^［1］等多種方法。其中濕法主要是利用各種吸收劑吸收廢氣中的NO_X，同時將其以不同形式回收利用。用稀硝酸作吸收劑，在治理NO_X汙染的同時還可以回收硝酸；另外與(yu) 水相比，NO在硝酸中有較大的溶解度^［2］，且溶解度隨硝酸濃度的增大而增大，有利於(yu) 提高NO_X的吸收效率。因此硝酸吸收法是一種有較好應用前景的方法。
　　即使用硝酸作吸收劑，NO的溶解度仍然偏小。因NO₂在溶於(yu) 水形成硝酸的同時還要放出一部分NO。因此在吸收法中，提高吸收效率的關(guan) 鍵是在吸收過程中迅速在氣相將NO氧化為(wei) NO₂或在液相將NO^-₂氧化成NO^-₃。空氣中的氧是*廉價(jia) 的氧化劑，高濃度NO與(yu) 空氣混合後，很快就會(hui) 被氧化為(wei) NO₂。研究表明，NO的氧化速率正比於(yu) NO濃度的二次方。因此，隨著NO濃度的減小，氧化速率會(hui) 迅速降低。當NO的濃度低於(yu) 0.1%時，可以認為(wei) 氧化反應已基本停止了^［3］。因此對低濃度、低氧化度NO_X的治理，除選用氧化性吸收劑外，應采用催化氧化吸收方式。
　　催化氧化主要有氣固相催化氧化、液相均相催化氧化和液固相催化氧化等。本文主要研究活性填料表麵的液固相催化氧化作用對吸收效率的影響。

1　實驗方法及原理
　　本研究的實驗工作是在圖1.1所示的裝置中進行的。裝置的核心是一個(ge) Φ30mm、內(nei) 裝300mm高的固體(ti) 填料層的玻璃填料塔。用酸泵將儲(chu) 酸槽1內(nei) 的吸收酸液送入高位槽3，形成溢流後，再打開進入吸收塔的閥門(在實驗中，要保證始終有溢流，以確保高位槽的恒定液麵)，使吸收酸以恒定流量從(cong) 塔頂進入填料吸收塔5。離開填料塔的吸收酸流入儲(chu) 酸槽2。

在活性填料塔內(nei) 用稀硝酸吸收廢氣中的NO_X

圖1.1　實驗裝置示意圖
Fig. 1.1　The experimental setup

　　固體(ti) 亞(ya) 硝酸鈉與(yu) 稀硫酸在NO_X氣體(ti) 發生器4內(nei) 反應，生成NO氣體(ti) ，通入風機的進風管。與(yu) 空氣混合後部分NO被氧化成NO₂，由NO和少量NO₂形成的低氧化度的NO_X混合氣體(ti) 由風機送入塔頂(采用氣液並流的操作方式，吸收酸和氣體(ti) 都從(cong) 塔頂進入吸收塔)。在填料層內(nei) 與(yu) 酸液充分接觸，其中一部分NO_X被吸收，並發生如下反應：

2NO₂+H₂OHNO₃+HNO₂
2NO+HNO₃+H₂O3HNO₂
2HNO₂+O₂Cat2HNO₃

　　吸收尾氣從(cong) 塔底排出，經進一步堿吸收後放空。
　　氣、液流量分別由氣路和液路上的兩(liang) 個(ge) 閥門調節。氣體(ti) 流量由轉子流量計8直接指示，液體(ti) 流量由秒表、量筒法測量。在入塔前、後的氣路上分別留有氣體(ti) 采樣口6和7。分別采得氣樣後，用鹽酸萘乙二胺比色法^［4］測定氣體(ti) 中NO_X的濃度，並由此計算吸收效率。
　　使用活性填料進行實驗時，要預先通入實驗氣體(ti) 使填料達到吸附飽和，以消除活性填料的表麵吸附對所測吸收效率的影響。

2　結果與(yu) 討論
2.1　活性填料的篩選
　　本研究的核心是通過NO₂^-在活性填料表麵的液固相催化氧化反應，降低液相中的NO₂^-濃度，進而提高NO的吸收傳(chuan) 質推動力、同時防止NO₂溶於(yu) 水時生成的NO進入氣相，*終提高NO_X的吸收效率。因此篩選性能較好的活性填料是本研究的首要任務。本文首先根據其他方麵的研究成果，選中了可能對NO_X的吸收過程中的氧化反應起催化作用的四種填料作為(wei) 研究對象，在液氣比約為(wei) 16L/m³、NO_X進塔濃度約6400mg（NO₂）/m³，溫度約22℃的條件下，用總酸度為(wei) 1.637mol/L、NO₂^-含量為(wei) 63.1mg/L的硝酸溶液，進行了實驗研究，結果見圖2.1。

圖2.1　各種填料的性能比較
Fig.2.1　Comparison of efficiencywith different packings

　　圖中A1～A4為(wei) 四種活性填料，而B為(wei) 惰性填料。可以看出，與(yu) 惰性填料相比，四種活性填料都不同程度地提高了NO_X吸收效率，尤其以A1*為(wei) 明顯。測定吸收液的組成發現，使用活性填料時出塔吸收液中NO₂^-的濃度普遍偏低(例如惰性填料為(wei) 202mg/L，而A1填料盡管吸收的NO_X是惰性填料的兩(liang) 倍，但出塔吸收液中的NO₂^-的濃度隻有149mg/L)，說明它們(men) 對NO₂^-的液相氧化確有催化作用。但催化作用的大小有很大區別。性能*好的A1的吸收效率約為(wei) 惰性填料的2倍。顯然用活性填料代替惰性填料，可以有效地提高NO_X吸收效率。
2.2　氣相濃度對吸收效率的影響
　　研究NO_X的進塔氣相濃度對吸收效率的影響，對於(yu) 吸收塔的設計具有重要意義(yi) 。通過調節NO_X發生裝置4中硫酸溶液的濃度或滴加速度，可以改變生成NO_X的反應速度、改變進塔氣體(ti) 中的NO_X的濃度。在液氣比約為(wei) 16L/m³，溫度約為(wei) 26℃的條件下，用活性填料A1做填料，在NO_X進塔濃度為(wei) 441.5～13　917.7mg（NO₂）/m³之間進行實驗，研究了NO_X的進塔濃度對出塔濃度、進塔濃度與(yu) 出塔濃度差及吸收效率影響，結果見圖2.2中的數據點。同時對實驗結果按函數形式y=a+bx^c進行了擬合，所得三組擬合參數見表2.1。按擬合函數計算出的結果見圖2.2中的三條曲線。

圖2.2　NO_X的進塔濃度對吸收過程的影響
Fig. 2.2　 The influence of NO_X inputconcentration onthe absorption process

表2.1　擬合方程參數表
Tab. 2.1　Parameters obtained by fitting

圖2.3　液氣比對吸收效率的影響
Fig.2.3　The influence of liquid-gasratio on the NO_Xabsorption efficiency

　　首先，液氣比增加，即液體(ti) 流量增大，填料表麵被浸潤的麵積增加，導致吸收傳(chuan) 質麵積增加，傳(chuan) 質速率加快；但液氣比增大到一定程度後，填料表麵已被液體(ti) 充分濕潤，再增大液氣比對吸收麵積的影響就不大了。
　　其次，液氣比增大，液體(ti) 流量增大，液相湍流程度增大，液相傳(chuan) 質分係數K_L增大，導致總傳(chuan) 質係數K_G增大、吸收速率增大。
　　再次，液體(ti) 流量增大，吸收同樣量的吸收質引起的液相濃度升高減少，導致液相主體(ti) 濃度降低，與(yu) 液相主體(ti) 濃度平衡的氣相濃度也降低，*終導致吸收推動力增大，吸收速率增大。

3　結論
　　(1)在吸收過程中使用活性填料，除了起普通填料增大氣液接觸麵積的作用以外，更主要的是可以對液相中NO^-₂與(yu) 溶解氧之間的氧化反應起催化作用，從(cong) 而降低液相中NO^-₂的濃度，提高吸收效率。
　　(2)吸收效率隨進塔氣體(ti) 中NO_X濃度的增大而升高。數據擬合的結果指出，吸收效率正比於(yu) 進塔濃度的0.48次方。
　　(3)吸收效率隨操作液氣比的增大而升高，但影響較小；數據擬合的結果指出，吸收效率正比於(yu) 液氣比的0.27次方。

李玉平（北京理工大學化工與(yu) 材料學院，北京，100081）　
郭春梅（北京理工大學化工與(yu) 材料學院，北京，100081）　
桑小紅（北京理工大學化工與(yu) 材料學院，北京，100081）

參考文獻

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