水力空化强化Na2S2O8的船舶尾气脱硝性能与机理研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:michaelbing
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航运对于世界经济而言起着举足轻重的作用,但船舶尾气对人与环境所造成的危害愈发严重。国内外有关部门出台并完善了相关政策和法规,不断强化船舶尾气污染的控制。尾气中氮氧化物(NOx)总量多、危害大、处理困难,使其成为当前船舶尾气处理研究的热点之一。湿法氧化技术脱硝效率高,设备结构简单,倍受学者关注,但其NOx去除率以及药品利用率仍有较大提升空间。水力空化能产生极端的反应条件,有利于强化化学反应。空化过程伴随大量微小气泡的产生,增大了气液接触面积;空化泡坍塌时产生的微射流可促进化学反应传质;空化热点效应可产生高温高压的极端反应条件。过硫酸钠(Na2S2O8)具有氧化能力强,价格低廉,常温下化学性质稳定等优点。本文利用水力空化产生的特殊反应条件来提高Na2S2O8湿法脱硝效果。具体内容为:首先,搭建了水力空化强化Na2S2O8脱硝实验台,开展了水力空化方式与鼓泡方式脱硝的对比实验,从气泡形态、脱硝效果、化学反应机理等方面进行了对比分析。结果显示,在管路流量等相同的情况下,使用浓度为0.10 mol/L的Na2S2O8溶液进行脱硝,水力空化方式产生的气泡尺寸小,数量多,极大地增加了气液接触面积。在相同实验条件下,采用水力空化方式脱硝的NO去除率达到62.5%,远高于鼓泡方式脱硝时40%的NO去除率。水力空化实验中,pH下降的更快充分证明了水力空化脱硝的可行性与高效性。其次,研究了Na2S2O8溶液温度、Na2S2O8浓度、水力空化反应器入口压力、出口压力等条件对水力空化强化Na2S2O8脱硝效果的影响及相关机理。实验结果表明,NO去除率随溶液温度增加而增加,当溶液温度超过70℃时,继续提升溶液温度,NO去除率上升幅度变缓。另外,本方法表现出很好的NO2吸收效果,温度为80℃时NO2出口浓度仅11 ppm。随Na2S2O8溶液浓度增加NO去除率有所增加,但当Na2S2O8溶液浓度超过0.10 mol/L时,NO去除率提升缓慢;随入口压力上升,反应器吸气效果得到改善,NO去除率呈现先上升后下降的趋势。入口压力为350 kPa时,气泡数量最多,且NO去除效果最佳。NO去除率随出口压力增加呈现先上升后下降的趋势,当出口压力为40 kPa时,NO去除率最高。最后,开展了氯离子(Cl- )存在时水力空化强化Na2S2O8脱硝的实验研究,探究不同Cl- 浓度、溶液pH、溶液温度等参数对NO去除效果的影响,并分析讨论了相关机理。结果表明,Cl- 与Na2S2O8反应生成HOCl、·Cl等氧化物,增强了溶液的氧化能力。提高Cl- 浓度可以明显提高NO去除效果,当氯化钠(NaCl)浓度达到海水盐度(435 g)所对应浓度时,反应器入口压力为300 kPa,出口压力为30 kPa,溶液温度为60℃,Na2S2O8浓度为0.10 mol/L时,NO去除效果达到最佳,NO去除率为94%。在本实验条件下,较低pH有利于提高NO去除效果。随着温度的提高,NO去除率呈现上升趋势。
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