关键词：NaClO2；脱硫塔；脱硫脱硝
一、反应机理研究
1.1ClO2在NaClO2溶液中的主要化学反应
由于ClO2有强氧化性，所以CIO2的生成对于同时脱硫脱硝反应具有十分重要的促进作用，所以有必要研究ClO2在酸性NaClO2溶液中所发生的反应，分析其对于提高同时脱硫脱硝效率的化学机理。根据溶液中各物质的氧化还原特性及电动势，结合考虑NaClO2的化学性质可以推断出ClO2在NaClO2酸性溶液中可能发生的歧化反应。化学反应式如（1）～（4）所示。
2ClO2+H2O+3NaCIO2→3NaClO3+HClO2+HCl（1）
2ClO2+H2O+5NaCIO2→5NaClO3+2HCl（2）
2ClO2+H2O+4NaClO2→4NaClO3+HClO2+HCl（3）
4ClO2+H2O+9NaClO2→9NaClO3+Cl2+2HCl（4）
1.2NO在NaClO2溶液中的脱除机理分析
NO在NaClO2溶液中涉及许多平行和连续反应。在酸性介质中，NaClO2主要作为一个种介质把NO氧化成NO2。NO2的进一步吸收被认为需要通过水解N2O3或N2O4的水解反应。在不同的pH初始条件下，NO的脱除效率有着非常明显的变化，变化趋势如图1。总体趋势是随着pH值的不断升高，NO的脱除效率迅速下降。在pH≤4.5的时候，NO的脱除效率能够达到60%以上。在前人的研究中，NO2的进一步吸收被认为需要通过水解N2O3或N2O4的水解反应。
因此，溶液初始pH的选择应该要足够低，来确保NaClO2有足够的氧化能力；但又不能过低，因需要确保NO2通过N2O3和N2O4的水解来进行进一步吸收。故吸收液的pH值对于NO2的是一个至关重要的因素。
NaClO2溶液在pH值为4左右时，具有很强的氧化能力。在这个pH值范围内，NO气体被完全氧化成为硝酸。同时，当溶液pH在3～5.2左右的时候，NaClO2会分解产生ClO2气体。由此可见黄绿色的ClO2气体极易在低pH的NaClO2中产生。其产生对于NO的氧化是有显著作用的。ClO2在NaClO2生成反应如下：
5CIO2-+4H+→4CIO2+CI-+2H2O（5）
ClO2这种强氧化剂的形成，能够进一步把NO氧化成NO2，并且能够进一步和NO2反应，其反应如下所示：
5NO+3ClO2+4H2O→5HNO3+3HCl（6）
因此，NO在NaClO2溶液中的反应是一系列复杂的反应，其中不仅有NaClO2参与，也有ClO2的参与。由于在工业应用中，需要处理同时含有NO和SO2的气体，因此必须考虑SO2对于NO脱除效率的影响。不同SO2初始浓度对于NO的脱除效率的影响见图2。由图2可知，SO2初始浓度较高时，影响了脱硝效率。原因是较高初始浓度的SO2使得溶液中pH较低，这个时候混合NO会使得溶液的pH变得更低，pH通常会由5降到4以下，这个时候NaClO2极易释放出有强氧化性的ClO2气体，故当SO2浓度小于3g/m3时，SO2浓度的增大有利于NO的吸收。但当SO2浓度继续升高时，高浓度的SO2会和NO争夺吸收剂中的活性分子，而溶液的pH值降到5以下后，pH值对脱硝效率的影响逐渐减小，SO2对NO的竞争效果大于协同作用，因此当SO2浓度大于3g/m3后，SO2浓度的增大使NO的脱除效率降低。从本实验结果得出，初始SO2浓度为1～2g/m3段，NO脱除效率曲线上升较为缓慢；初始SO2浓度为2～3g/m3段，NO的脱除效率曲线上升较为迅速。这可能是由于当SO2的初始浓度加大，SO2在溶液中所形成的亚硫酸根离子增多，对于NO2形成N2O4的促进能力加强。当SO2的初始浓度超过3g/m3的时候，SO2对于ClO2和NaClO2中的活性分子的竞争作用将大于协同作用，NO脱除效率明显下降。综合考虑以上因素，可见最佳pH应选定在5左右。如果初始pH选择小于4的话，在反应开始阶段，必定会有一定量的ClO2逃出而造成二次污染。
二、实验分析
在自制鼓泡反应器中同时脱硫脱硝的影响情况。本实验模拟烟气流量为395.64m3/h，反应温度为25℃，进气管采样口处测得的NOx质量浓度为516mg/m3，SO2质量浓度为2670mg/m3。不同pH下脱除效率曲线如图3所示。随着pH的不断增高，SO2的脱除效率持续增加，并在pH值从4～5时脱除效率有一个明显的提高。这主要是因为NaClO2在pH值3～4时，会生成大量黄绿色的ClO2气体，该气体具有很强的氧化性，能够迅速把SO2氧化成SO3，SO3在水中的溶解度更高，因而加速了吸收。
同时可以看出，NO的脱除效率随初始pH值的增大而降低，并在pH为3～4时达到最大值。这是因为NO在NaClO2的吸收过程中主要是依靠ClO2的氧化作用。而ClO2主要是当溶液pH值在3～4时产生的。由上分析可知，当模拟烟气成分主要为SO2并对脱硝效率要求不高时，应适当提高溶液的pH值。当pH值为10时，脱硫效率可达到85%以上，脱硝效率在40%以上；若想获得较好的同时脱硫脱硝效果，吸收液的pH值应控制在5左右，此时脱硫效率可达到80.5%，脱硝效率可达到62.3%。
结束语
污染物分级治理方式，存在占地面积大、设备投资和运行费用及能耗高、烟气系统稳定性差等问题，严重影响燃煤污染控制的经济性和适用性。因此本文对烟气多污染物同时脱除进行了研究。湿法烟气同时脱硫脱硝，不仅适用于新建电厂，也可应用于老电厂改造。本文系统地总结了SO2和NOx在NaClO2中的反应机理。发现NaClO2在pH3～4时产生的黄绿色ClO2气体具有很强的氧化能力，并且说明了Na-ClO2溶液脱硝原理主要源于ClO2把NO氧化成NO2，而NO2的进一步吸收是通过N2O3和N2O4的水解完成。而SO2在NaClO2中的吸收过程主要受气膜控制。我国大气污染是煤烟型污染，其主要污染物是燃煤同时产生的二氧化硫和氮氧化物。目前烟气脱硫技术研究比较成熟，而烟气脱硝技术开发较晚，随着“十二五”期间环保要求的不断提高，以及现有的SCR烟气脱氮技术的催化剂昂贵和寿命问题都使原有技术已经不能满足排放要求。对于同时产生的二氧化硫和氮氧化物，同时脱硫脱氮是大气污染治理的必然趋势。
参考文献
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[2]贺启坏，谢惠芳.稳定性ClO2溶液中ClO2存在形态的研究［J］.工业水处理，2001，21（4）：8-10.
论文作者:杜纯龙
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年13期
论文发表时间:2019/11/8
标签：溶液论文; 效率论文; 烟气论文; 浓度论文; 气体论文; 作用论文; 机理论文; 《当代电力文化》2019年13期论文;