基本信息
- 项目名称：
- 钠法脱硫副产物氧化的新型抑制剂开发及调控机理研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 钠碱法脱硫工艺中，脱硫副产物亚硫酸钠回收是其中重要的过程。本文中，在一个气液反应装置中对几种抑制剂对亚硫酸钠氧化的抑制作用进行了比较，结果表明，邻苯二酚作为一种新型抑制剂，抑制效果显著。通过实验研究了在邻苯二酚抑制条件下亚硫酸钠的氧化反应动力学，获得了反应物的反应级数和表观活化能，揭示了亚硫酸钠氧化反应的调控机理，从而为钠碱法脱硫工艺中副产物的回收利用提供了理论依据和参考。
- 详细介绍：
- 小型工业锅炉排放的SO2已造成严重的环境问题。钠碱法是一种高效的烟气脱硫方法，脱硫副产物亚硫酸钠氧化是其中重要的过程，同时亚硫酸钠可用于造纸等多个行业，将其回收利用符合循环经济思想。然而，由于在亚硫酸钠抑制氧化技术上存在技术壁垒，至今未实现副产物的资源化利用。 本课题运用动力学方法，利用自行设计的鼓泡式反应器，比较了几种抑制剂对亚硫酸钠氧化反应的抑制效果，开发钠法脱硫副产物氧化的新型抑制剂。通过实验研究了抑制条件下亚硫酸钠氧化的反应动力学特性，探索pH、亚硫酸钠浓度、氧分压、空气流量、抑制剂浓度和温度等因素的影响，得到反应物的反应级数和表观活化能，分析多相反应过程的速率控制步骤和抑制机理。 通过上述研究，揭示了亚硫酸钠氧化反应的抑制调控机理，形成亚硫酸钠氧化的工艺条件，结果可为克服亚硫酸钠回收存在的技术障碍，从而实现脱硫副产物的资源化利用提供了理论依据和现实参考。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本项目针对解决钠法脱硫工艺体系中脱硫副产物亚硫酸钠的回收利用问题，运用动力学方法，筛选得到钠法脱硫副产物氧化的新型抑制剂，模拟实际工况研究了该抑制剂作用下亚硫酸钠氧化反应动力学特征，并分析多相反应过程中速率的控制步骤和调控机理，为实现钠法脱硫副产物回收利用提供参考和依据。
科学性、先进性及独特之处
- （1）本项目结合钠法脱硫实际工况，开发新型高效、经济、低毒的亚硫酸钠氧化抑制剂，并针对其作用条件下亚硫酸钠氧化的反应动力学机理进行深入探讨，揭示其反应调控机理； （2）研究的反应动力学参数及作用机理具有较强的科学理论意义和创新价值，具有较强的实际指导意义； （3）开发的亚硫酸钠氧化的新型抑制剂适用于钠法脱硫工艺，能有效解决副产物回收的问题。
应用价值和现实意义
- （1）揭示了亚硫酸钠氧化反应的抑制调控机理，形成了抑制亚硫酸钠氧化的工艺条件，对实际工业操作具有重要指导意义； （2）开发的钠法脱硫副产物亚硫酸钠氧化的新型抑制剂适用于钠法脱硫工艺，为克服亚硫酸钠回收存在的技术壁垒、实现脱硫副产物的资源化利用提供了理论依据和现实参考，具有很好的推广意义。
学术论文摘要
- 小型工业燃煤锅炉排放的SO2已造成严重的环境问题。钠碱法是一种具有良好应用前景的脱硫工艺，脱硫副产物亚硫酸钠氧化是其中重要的过程。本文中，在一个气液反应装置中对几种抑制剂对亚硫酸钠氧化的抑制作用进行了比较，结果表明，邻苯二酚作为一种新型低毒的抑制剂，对亚硫酸钠的氧化是抑制效果显著。通过实验研究了在邻苯二酚抑制条件下亚硫酸钠的氧化反应动力学，获得了反应物的反应级数和表观活化能，揭示了亚硫酸钠氧化反应的调控机理，从而为钠碱法脱硫工艺中副产物的回收利用提供了理论依据和现实参考。
获奖情况
- （1）发表学术论文一篇 “Oxidation Rate of Sodium Sulfite in Presence of Inhibitors” 2011年1月27-28日在深圳举行的国际能源与环境会议（ICEE） 出版书号：ISBN: 978-1-61284-113-7 （2）申请发明专利一项 “用于钠碱法脱硫副产物回收的复合抑制剂及其制备和应用” 申请号：201110086475.3
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] Jiansong M, Zhongbiao W, Changjie C. Oxidation inhibition of sulfite in dual alkali flue gas desulfurization system. Journal of Environmental Sciences, 2007, 19: 226-231. [2] Yuegang Z, Hao C. Simultaneous determination of sulfite, sulfate, and hydroxymethanesulfonate in atmospheric waters by ion-pair HPLC technique. Talanta, 2003, 59: 875-881. [3] Lidong W, Yongliang M, Jiming H. Mechanism and kinetics of sulfite oxidation in the presence of ethanol. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2009, 48(9): 4307-4311. [4] Wilkinson, P. M., B. Doldersum, et al. The Kinetics of Uncatalyzed Sodium Sulfite Oxidation. Chemical Engineering Science 1993, 48(5): 933-941.
同类课题研究水平概述
- 研究表明，亚硫酸盐氧化为链式反应过程，且催化剂和抑制剂可强烈影响该链反应自由基的生成和消亡，因而成为此领域的研究热点。已有文献多以非催化反应作为比较，研究过渡金属离子和有机酸催化剂存在条件下亚硫酸盐氧化的反应动力学特征。而对于可能存在的抑制剂及作用，前人仅进行了简单揭示。 总体来说，现有研究存在以下不足：(1)基础理论尚不成熟，对于亚硫酸盐氧化的链反应过程的调控机制仍未搞清楚。主要表现为对不同种类抑制剂的作用机理等重要科学问题尚不明晰，包括控制链引发、链增长和链终止的关键因素等仍不明确或存在争议；(2)忽视了抑制剂的选择性，导致对反应动力学特征的认识过于单一。我们在前期工作中发现，对于某特定抑制剂而言，其在不同种亚硫酸盐氧化体系中的抑制特性有显著差别。例如乙醇对于亚硫酸钙的氧化具有显著的抑制作用，但其对亚硫酸镁氧化的抑制作用却并不明显。 因此，基于钠法脱硫的燃煤工业锅炉烟气治理技术面临重要理论和技术需求，必须结合钠法脱硫工艺的特点，针对亚硫酸钠氧化的抑制调控机制开展系统研究。
