窯爐脫硫塔—濕法脫硫工藝—物理吸收的基本原理
氣體吸收可分為物理吸收和化學(xué)吸收兩種。如果吸收過(guò)程不發(fā)生**的化學(xué)反應(yīng),單純是被吸收氣體溶解于液體的過(guò)程,稱(chēng)為物理吸收,如用水吸收SO2。物理吸收的*點(diǎn)是,隨著溫度的升*,被吸氣體的吸收量減少。
物理吸收的程度,取決于氣--液平衡,只要?dú)庀嘀斜晃盏姆謮捍笥谝合喑势胶鈺r(shí)該氣體分壓時(shí),吸收過(guò)程就會(huì)進(jìn)行。由于物理吸收過(guò)程的推動(dòng)力*小,吸收速率較*,因而在工程**上要求被凈化氣體的氣相分壓大于氣液平衡時(shí)該氣體的分壓。物理吸收速率較*,在**煙氣中*少單獨(dú)采用物理吸收法。
窯爐脫硫塔—濕法脫硫工藝—化學(xué)吸收法的基本原理
若被吸收的氣體組分與吸收液的組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng),則稱(chēng)為化學(xué)吸收,例如應(yīng)用堿液吸收SO2。應(yīng)用固體吸收劑與被吸收組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng),而將其從煙氣中分離出來(lái)的過(guò)程,也屬于化學(xué)吸收,例如爐內(nèi)噴鈣(CaO)煙氣脫硫也是化學(xué)吸收。 在化學(xué)吸收過(guò)程中,被吸收氣體與液體相組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng),有效的降*了溶液表面上被吸收氣體的分壓。增加了吸收過(guò)程的推動(dòng)力,即提*了吸收效率又降*了被吸收氣體的氣相分壓。因此,化學(xué)吸收速率比物理吸收速率大得多。 物理吸收和化學(xué)吸收,都受氣相擴(kuò)散速度(或氣膜阻力)和液相擴(kuò)散速度(或液膜阻力)的影響,工程上常用加強(qiáng)氣液兩相的擾動(dòng)來(lái)消除氣膜與液膜的阻力。在煙氣脫硫中,瞬間內(nèi)要連續(xù)不斷地凈化大量含*濃度SO2的煙氣,如單獨(dú)應(yīng)用物理吸收,因其凈化效率**,難以達(dá)到SO2的排放**。因此,煙氣脫硫**中大量采用化學(xué)吸收法。用化學(xué)吸收法進(jìn)行煙氣脫硫,**上比較成熟,操作**比較豐富,**性強(qiáng),已成為應(yīng)用*多、*普遍的煙氣脫硫**。
窯爐脫硫塔—濕法脫硫工藝—化學(xué)吸收的過(guò)程
化學(xué)吸收是由物理吸收過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)兩個(gè)過(guò)程組成的。在物理吸收過(guò)程中,被吸收的氣體在液相中進(jìn)行溶解,當(dāng)氣液達(dá)到相平衡時(shí),被吸收氣體 的平衡濃度,是物理吸收過(guò)程的*限。被吸收氣體中的活性組分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),當(dāng)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),被吸收氣體的消耗量,是化學(xué)吸收過(guò)程的*限。這里用Ca(OH)2溶液吸收SO2加以說(shuō)明。 SO2(氣體) ||
SO2(液體)+Ca(OH)2 → CaSO3+H2O ←
化學(xué)吸收過(guò)程中,被吸收氣體的氣液平衡關(guān)系,即應(yīng)服從相平衡關(guān)系,又應(yīng)服從化學(xué)平衡關(guān)系。
窯爐脫硫塔—濕法脫硫工藝—化學(xué)吸收過(guò)程的速率及過(guò)程阻力
化學(xué)吸收過(guò)程的速率,是由物理吸收的氣液傳質(zhì)速度和化學(xué)反應(yīng)速度決定的?;瘜W(xué)吸收過(guò)程的阻力,也是由物理吸收氣液傳質(zhì)的阻力和化學(xué)反應(yīng)阻力決定的。 在物理吸收的氣液傳質(zhì)過(guò)程中,被吸收氣體氣液兩相的吸收速率,主要取決于氣相中被吸收組分的分壓,和吸收達(dá)到平衡時(shí)液相中被吸收組分的平衡分壓之差。此外,也和傳質(zhì)系數(shù)有關(guān),被吸收氣體氣液兩相間的傳質(zhì)阻力,通常取決于通過(guò)氣膜和液膜分子擴(kuò)散的阻力。 煙氣脫硫通常是在連續(xù)及瞬間內(nèi)進(jìn)行,發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是*快反應(yīng)、快反應(yīng)和中等速度的反應(yīng),如NaOH、Na2CO3、和Ca(OH)2等堿液吸收SO2。為此,被吸收氣體氣液相間的傳質(zhì)阻力,遠(yuǎn)較該氣體在液相中與堿液進(jìn)行反應(yīng)的阻力大得多。對(duì)于*快不可逆反應(yīng),吸收過(guò)程的阻力,其過(guò)程為傳質(zhì)控制,化學(xué)反應(yīng)的阻力可忽略不計(jì)。例如,應(yīng)用堿液或氨水吸收SO2時(shí),化學(xué)吸收過(guò)程為氣膜控制,過(guò)程的阻力為氣膜傳質(zhì)阻力。 液相中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),是快反應(yīng)和中等速度的反應(yīng)時(shí),化學(xué)吸收過(guò)程的阻力應(yīng)同時(shí)考慮傳質(zhì)阻力和化學(xué)反應(yīng)阻力。
窯爐脫硫塔—濕法脫硫工藝—堿液濃度對(duì)傳質(zhì)速度的影響
**得出,應(yīng)用堿液吸收酸性氣體時(shí),堿液濃度的**對(duì)化學(xué)吸收的傳質(zhì)速度有*大的影響。當(dāng)堿液的濃度較*時(shí),化學(xué)傳質(zhì)的速度較*;當(dāng)提*堿液濃度時(shí),傳質(zhì)速度也隨之增大;當(dāng)堿液濃度提*到某一值時(shí),傳質(zhì)速度達(dá)到*大值,此時(shí)堿液的濃度稱(chēng)為臨界濃度;當(dāng)堿液濃度*于臨界濃度時(shí)傳質(zhì)速度并不增大。
為此,在煙氣脫硫的化學(xué)吸收過(guò)程中,當(dāng)應(yīng)用堿液吸收煙氣中的SO2時(shí),適當(dāng)提*堿液的濃度,可以提*對(duì)SO2的吸收效率。但是,堿液的濃度不得*于臨界濃度。*過(guò)臨界濃度之后,進(jìn)一步提*堿液的濃度,脫硫效率并不能提*??梢缘贸?,在煙氣脫硫中,吸收SO2的堿液濃度,并非***好。堿液的*佳濃度為臨界濃度,此時(shí)脫硫效率**。
(6)主要化學(xué)反應(yīng)
在濕法煙氣脫硫中,SO2和吸收劑的主要化學(xué)反應(yīng)如下
(7)同水的反應(yīng)
SO2溶于水形成亞硫酸
H2O+SO2 ──→ H2SO3 ──→ H+HSO3 ──→ 2H+ + SO32 ←── ←── ←──
溫度升*時(shí),反應(yīng)平衡向左移動(dòng)。
(8)同堿反應(yīng)
SO2及易與堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成亞硫酸鹽。堿過(guò)剩時(shí)生成正鹽;SO2過(guò)剩時(shí)形成酸式鹽。
2MeOH+SO2 ─→Me2SO3+H2O Me2SO3+SO2+H2O ─→ 2MeHSO3 Me2SO3+MeOH ─→ Me2SO4+H2O
亞硫酸鹽不穩(wěn)定,可被煙氣中殘留的氧氣氧化成硫酸鹽: Me2SO3+1/2O2─→MeSO4