石灰石石膏湿法烟气脱硫毕业设计论文加图纸

太原科技大学毕业设计太原科技大学

毕业设计（论文）设计(论文)题目：某电厂MW机组烟气脱硫系统设计姓名__________学院（系环境与安全专业环境工程班级122301指导教师2016年6月01日太原科技大学毕业设计（论文）任务书（由指导教师填写发给学生）学院（直属系）：环境与安全学院时间：2016年1月23日学生姓名指导教师设计（论文）题目某电厂1*200MW机组烟气脱硫系统设计主要研究内容1.熟悉锅炉脱硫工艺的类型及其特点；2.掌握锅炉脱硫工艺的流程；3.掌握锅炉脱硫的初步设计计算。研究方法（1）根据燃煤的原始数据计算锅炉燃烧产生的烟气量，二氧化硫浓度。 （2）净化系统设计方案的分析，包括净化设备的工作原理及特点；运行参数的选择与设计；净化效率的影响因素等。 （3）脱硫设备设计计算（含脱硫塔、反应池、循环池和沉淀池）（4）烟囱设计计算（5）根据计算结果绘制设计图，系统图要标出设备、管件编号、并附明细表；脱离系统剖面、布置图若干张，以解释清楚为宜，最少2.5张A0图。主要技术指标(或研究目标)除尘器出口温度：135℃空气过剩系数：α=1.3排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比列为：16%烟气出口前阻力：800pa除尘系统阻力：800pa.室外温度：-1℃当地大气压：97.86kpa烟气密度（标准状态下）：1.34Kg/m3空气中含水（标准状态）按：0.01293kg/m3烟气其它性质按空气计算煤的工业分子成分：CY=64%HY=5%Sy=1.2%OY=6.6%NY=1%WY=8%AY=16%VY=15%排放标准：GB13271-2001二类地区标准执行烟尘浓度排放标准（标准状态）：200mg/m3SO2浓度排放标准（标准状态）：400mg/m3教研室意见同意教研室主任（专业负责人）签字：2016年1月23日说明：一式两份，一份装订入学生毕业设计（论文）内，一份交学院（直属系）。I致谢大学生涯接近尾声，我的论文也在某老师的指导和支持下完成，在做毕业设计之前的课程设计，某老师就是我的指导老师，随着对某老师的渐渐了解，我已经被某老师的渊博的学识和严谨的工作态度所折服，为了让我能够更好的将设计完成，在百忙之中抽出时间联系了某市的一家大型电厂，带领我参观，了解熟悉相关设备的模样，作用，性能以及后期维护等方面的知识，还找来该电厂的设计资料让我学习研究，为此再次向田老师表达我衷心的谢意。此外，还要感谢某某学长的帮助，为我们查找相关资料，每当遇到问题的时候学长总会耐心的给我们解决，毕业设计的这段时间督促我们的进度，反复的检查论文，以便及时解决出现的问题，或者改进不完善的地方，以便帮助我们顺利毕业。感谢给我学习机会的学校，感谢授我以业的老师，感谢朝夕相伴的同学，感谢我身边的每一位关心我的人。谨以此致谢最后，我向百忙之中抽时间对我的论文进行审阅的各位老师表示衷心的感谢。附录附录1外语论文附录2外文翻译湿法烟气脱硫三元体系铁基离子液体、乙醇和水解美莹李沛沛郭惠锋高丽霞余江环境催化与分离过程研究组，北京化工大学化工学院100029中国摘要本文中铁基离子液体（FeIL）是由混合FeCl36H2O和1-丁基-3-甲基氯代咪唑合成。通过研究三元铁、乙醇、水体系的相图，构建了一个用于湿法烟气脱硫的三元脱硫溶液。考察了流速和浓度、反应温度、酸碱度、铁离子浓度对脱硫效率的影响，结果表明，三元脱硫液的最佳组成为FeIL，乙醇和水体积比为1︰1.5︰3，pH值应控制在2。在这样的条件下，可以得到大于90%的脱硫率。产物硫酸对湿法脱硫工艺有一定的抑制作用，采用这种新的三元脱硫溶液，不仅可以回收和重复使用催化剂中的Fe-IL离子液体，而且还可以直接从三元脱硫系统中分离出产物硫酸。关键词铁基离子液体，三元相图，二氧化硫，湿法烟气脱硫1引言化石燃料的大量使用，例如燃烧石油和煤炭，导致大量包括二氧化硫在内的酸性气体排放，对人类的生活和生产活动造成严重危害[1-3]。其中一个最重要的途径就是通过液体使烟气中的SO2被强化吸附[4]。金属离子催化的湿法烟气脱硫已被广泛应用，铁离子或锰离子使其具有较强的氧化能力将S（Ⅳ）转换至S(VI)[5]。Fe3+离子催化液氧化脱除SO2的化学反应如下[6-8]：整体的反应是相当简单的该脱硫工艺具有脱硫效率高、反应速度快等优点,但SO2的去除只能是以和离子的为存在形式的水相中进行,因此很难将脱硫产物和催化剂回收。催化剂必须不断添加[6-10],因此，探索一种新的湿法烟气脱硫技术具有重要的意义。离子液体（ILS）作为有前途的功能材料具有比传统材料的许多优点，包括蒸汽压极低，具有优异的溶解性、热稳定性和化学稳定性高。他们具有很高的潜力成为针对含有甜味性气体流的优秀吸附剂[11-13]。疏水性铁基离子液体（FeIL）可以通过在室温下暴露的空气中混合三氯化铁液体而直接制备，据报道，石油中的有机硫可以被Fe-IL和H2O2催化氧化而去除[14]。我们的工作还表明，H2S可以被Fe-IL氧化并转化为硫铁素，它可以被氧气氧化再生回用[15]。在这项工作中，Fe-IL作为高效催化剂在水中氧化成为.我们注意到，疏水性的Fe-IL可以溶解在含有乙醇的水溶液中，并且可以通过加热从水溶液中提取乙醇后进行回收。也就是说，由Fe-IL，乙醇和水就可以组成一个将氧化成为的三元体系，并且催化剂Fe-IL可以从产物硫酸水溶液中分离，通过加热将乙醇从三元体系中去除。因此，它是一种绿色的湿法烟气脱硫技术，无催化剂和产品的损失。回收再利用图1湿法脱硫相分离原理概念图图1所示的脱硫过程的原理图。在该脱硫过程中，铁基离子液体、乙醇、水混合制备脱硫系统，乙醇增强了疏水性铁基离子在水中的溶解度，形成一个均匀的溶液。在脱硫反应，乙醇可以通过简单的蒸馏脱硫液回收，与FeIL和水分离和回收利用，产品硫酸溶解脱硫液中回收。通过研究脱硫工艺的影响因素，优化并提高了脱硫性能。2试验性的东西2.1材料甲基咪唑（MIM，纯度＞99.5%）是由常州中凯化工有限公司提供氯丁烷（BuCl，AR）是由北京伊犁精细化工有限公司提供

乙酸乙酯（AR）是由北京华精细化工有限公司提供

六水合三氯化铁（FeCl3·6H2O·，AR）是由天津市福晨化学试剂厂购买。

乙醇，盐酸和氨水（17%，质量）都是来自市场的。

卡尔菲舍尔试剂是由国药集团化学试剂有限公司提供

高纯氮气和氧气，二氧化硫0.25%和0.47%（采用N2）是由北京zhongkehuijie分析技术有限公司提供

硫酸（H2SO4）是由北京化工厂提供

所有化学试剂直接使用，没有任何预处理。2.2铁基离子液体的制备铁基离子液体（FeIL，[BMIM]FeCl4）是以铁为基础的离子液体的合成，如先前报道的[15，16].第一步是准备1-丁基-3-甲基咪唑氯化物（BMIMCl），将氯代正丁烷和2-甲基咪唑在70°C进行混合和搅拌72小时。然后用3-5倍等容的乙酸乙酯，在70°C真空中蒸馏，便得到了光产品的[Bmim]Cl黄色液体。第二步是准备摩尔比为1︰2的铁基离子液体[Bmim]Cl和FeCl3·6H2O·液体在两相系统空气中混合12h，离心后，深绿色的上层是所谓的铁基离子液体。2.3铁基离子液体-乙醇-水体系相图的构建以不同质量分数的铁基离子液体、乙醇和水三元体系充分混合，将其置于恒温振荡培养箱中，由40°C达到12℃。温度的准确度为0.5度，然后，平衡混合物仍保持约12小时，以液-液液两相分离清楚为止。通过确定在每个阶段中的三个化合物的浓度，得到三元混合物的液-液平衡数据。用菲舍尔-卡尔水分仪测定水组分，用紫外/可见分光光度计测定192纳米铁离子液体含量，并根据质量平衡计算乙醇的含量。基于这些测量值的三元体系的三角相图绘制，确定合适的脱硫介质的组成。2.4脱硫工艺(b)图2脱硫试验（a）的设置和反应器的尺寸（b）1反应器；2—加热水套；3—玻璃砂漏斗；4—水槽；5—脱硫溶液；6二氧化硫气体钢瓶；7,9减压阀；8氧气气瓶；10，11流量表；12缓冲瓶；13尾气净化器；14冷凝器。脱硫实验装置如图2所示（a）。以不同体积比的铁离子液体、水和乙醇为原料，制备了三元脱硫溶液。三元脱硫溶液的pH值是由一个hcl-nh4cl缓冲溶液控制，将50毫升的脱硫溶液置于反应器。反应器的结构和大小分别显示于图2（b）。反应温度保持在40°C，与一个水浴的水外套连接。初始SO2浓度为32.5g·M−3，O2含量为10%，气体流量为150毫升·−1min，在温度和气体流量稳定时，气体流被切换到反应器启动脱硫工艺，性能的评价是通过碘量法测定尾气断层中SO2的浓度来确定。通过SO2初始浓度、C0计算脱硫效率η，参考CT，如下面的方程：=3结果与讨论3.140°C时铁基离子液体，乙醇和水的三元相图图340°C时铁基离子液体，乙醇和水的三元相图图3为40°C时铁基离子-水-乙醇-水的三元相图，很明显，FeIL是疏水性的，不溶于水，所以在相图中存在两相界。随着乙醇在铁基离子和水双相混合物中的增加，可以得到一个均匀的铁基离子-水-乙醇-水溶液，反之，将乙醇从三元系统中去除，两相组成的铁离子和水便可以恢复，所有这些为实现图1这一概念提供了基础.根据SO2在水溶液中的湿法脱硫机理[9，10]，认为在铁基离子液体中的Fe（III）和脱硫溶液中的氧和水同时存在时能够将SO2氧化为H2SO4。完全混溶的FeIL水与乙醇溶剂按图3配比不仅可以确保湿法脱硫在水溶液中有效地进行，并且可以在作为催化剂的离子液体和产品脱硫溶液中回收和重复使用乙醇，它完全符合图1新概念中对二氧化硫脱硫的需求。3.2铁基离子液体、乙醇和水三元系统湿法脱硫湿法烟气脱硫是一个复杂的过程，包括从气相到液相，液相传质，催化氧化反应，催化剂再生，甚至产品分离，涉及多个因素，包括初始二氧化硫浓度，气体流量，反应温度，反应温度，PH值和组成的脱硫液等。3.2.1SO2浓度的影响图4不同浓度的二氧化硫时脱硫效率与时间的函数(VFe-IL︰Vwater︰Vethanol=1︰1.5︰3,SO2:32.5g·m−3,O2:10%,pH=2.0,T=40°C)□32.5g·m−3;●60.5g·m−3SO2浓度对脱硫效率的影响如图4所示。随着反应时间的增加，脱硫效率下降。事实上，二氧化硫的吸收和再生率与铁（Ⅱ），铁（Ⅲ）的二氧化硫脱硫效率是相互影响的。如果二氧化硫吸收率很慢，催化剂则可以快速再生，整个脱硫过程是由吸收控制。如果吸收迅速，催化剂再生率缓慢，整个脱硫过程是由催化剂再生控制。无论发生什么情况，二氧化硫初始浓度的增加，便可导致脱硫效率的显着下降。

在图3中，在第一个小时脱硫效率为90%以上，甚至SO2初始浓度从32.5g·M−3升至60.5克·M−3。它是由于在初始脱硫阶段有高浓度的催化剂铁（Ⅲ），这意味着，催化剂铁（Ⅲ）起着积极的作用，在控制整个脱硫过程。一个小时后的脱硫效率迅速下降，这是因为脱硫时SO2的浓度为60.5g·M−3后催化剂Fe（III）被迅速消耗，其再生速度相对SO2氧化的需求而言太慢。3.2.2反应温度的影响分析图5不同反应温度下脱硫效率随时间的函数(VFe-IL︰Vwater︰Vethanol=1︰1.5︰3,SO2:32.5g·m−3,pH=2.0,O2:10%)■30°C;○40°C;×50°C;▼60°C二氧化硫和氧气从气相到液相的溶出过程以及湿式催化脱硫都与反应温度密切相关，温度升高对脱硫溶液中氧和二氧化硫的溶解度不好，但能促进催化化学反应速率。图30表明脱硫性能在5°C、40°C和50°C下均相似，脱硫效率在60°C下快速下降。3.2.3流量的影响图6不同气体流速下脱硫效率随时间的函数变化(VFe-IL︰Vwater︰Vethanol=1︰1.5︰3,SO2:32.5g·m−3,O2:10%,pH=2.0,T=40°C)○150ml·min−1;△200ml·min−1;▼300ml·min−1图6所示的是脱硫效率和时间在不同的气体流速之间的关系。显然，较低的气体流量意味着较长的停留时间，因此它对二氧化硫完全吸收到液相起到很好的作用，而且脱硫效率在较长的时间内的可以保持较高的水平。在这项工作中，最佳的气体流量为150毫升·−1分钟。3.2.4载氧的影响图7在有无氧气载荷的条件下脱硫效率随时间的函数(VFe-IL︰Vwater︰Vethanol=1︰1.5︰3,SO2:32.5g·m−3,O2:10%and0,pH=2.0,T=40°C)□withoutO2;●withO2图7显示了氧分压对脱硫效率的影响。在进料流中有没有加入O2对脱硫性能有着一个显著的差异，在有O2加载时，脱硫性能在250分钟可以保持100%，当没有O2加载时，120分钟后脱硫性能会迅速下降（低于90%），因此，O2在湿法脱硫过程中起到积极作用。这是由于氧气可以诱导铁基离子的再生，并且在高浓度的铁（Ⅲ）离子的作用下，二氧化硫脱硫可以连续运行。没有氧气负载，铁（Ⅲ）逐渐耗尽，导致脱硫效率下降。3.2.5PH的影响图8不同的PH时脱硫效率与时间的函数(VFe-IL︰Vwater︰Vethanol=1︰1.5︰3,SO2:32.5g·m−3,O2:10%;T=40°C)■pH2.0;●pH1.5;●pH1.0PH值也是影响脱硫过程的一个重要因素，因为它直接影响到脱硫溶液中二氧化硫的溶解度【4】，当PH值大于2.5，铁（Ⅲ）将水解产生沉淀，从而降低了活性铁（Ⅲ）的脱硫率。在pH为1，1.5和2。的脱硫性能进行了评价，如图8所示，在pH值为1和1.5脱硫效率下降很快，因为在强酸性溶液中SO2溶解度低。在这个实验中初始pH值为2。3.2.6脱硫液中水的影响图9不同脱硫液含水量下脱硫效率与时间的函数(SO2:32.5g·m−3,O2:10%,pH=2,T=40°C)VFe-IL︰VHO︰Vethanol:■1︰0︰3;○1︰0.5︰3;▲1︰1︰3;▽1︰1.5︰3SO2必须溶于水形成2SO3−和HSO3−，然后O2才可以催化氧化Fe（III）催化剂。因此，当Fe（III）作为催化剂进行脱硫时，水是必要的。根据图9，如果没有水或脱硫液中少量的水，脱硫效率大幅下降，例如Fe-IL︰水︰乙醇体积比在1︰0︰3或1︰0.5︰3。当含水率增加到27.2%，即Fe-IL离子液体、水和乙醇为1︰1.5︰3体积比，可以得到脱硫效率大于90%，并且保持360分钟。3.2.7产品硫酸的影响图10产品硫酸对脱硫效率的影响(VFe-IL︰Vwater︰Vethanol=1︰1.5︰3,SO2:32.5g·m−3,O2:10%,T=40°C)硫酸是该脱硫过程中唯一的产品。从脱硫溶液三元体系中除去乙醇后，Fe-IL离子液体可以自动地和水分离。当脱硫反应运行时，脱硫液的PH值从2下降到1.2【图10（a）】，这意味着二氧化硫已被氧化为硫酸[图10（b）]。240分钟后，硫酸的浓度逐渐上升到约4.2%，而脱硫效率从98.8%下降到到约95.8%。因此，产物硫酸对脱硫性能有明显的抑制作用。

4结论在本文中，1-丁基-3-甲基咪唑氯化Fe-IL离子液体与乙醇和水混合制备成的三元体系脱硫溶液作为湿法烟气脱硫的催化剂：通过研究三元相图中Fe-IL离子液体，乙醇和水的影响，提出了最为合适的三元湿法脱硫溶液组成体积比为1︰1.5︰3的FeIL，水和乙醇。考察了流速、浓度、反应温度、PH值、含水量对脱硫效率的影响。在40°C，初始pH值2在体积比位1︰1.5︰3的三元脱硫溶液（水体积分数27.2%）的条件下得到大于90%的脱硫率，硫酸的产物对湿法脱硫性能有一定的抑制作用。随着这种新的三元脱硫溶液的应用，不只是作为催化剂的铁基离子液体可以回收再利用，而且还可以通过除去乙醇使产物硫酸直接从三元脱硫溶液中分离。命名尾气中的SO2浓度SO2初始浓度T反应温度T反应时间V脱硫溶液体积脱硫效率参考文献1.江晓川，聂毅，李春喜，王子浩,“咪唑基烷基磷酸酯离子液体一种潜在的燃料脱硫提取溶剂”Fuel,87,79-84(2008).2.江巨辉，李亚红，蔡伟民“铸铁屑在磁固定床脱硫实验和机理研究”J.Hazard.Mater.,153,508-513(2008).3.Slimane,R.B.,Abbasian,J.,“高温下铜基类对焦烟气脱硫的吸附”，Ind.Eng.Chem.Res.,39,1338-1344(1997).4.范貌宏，庄亚辉“FeSO_4水溶液吸收脱硫及其影响因素的研究”Environ.Sci.,19(1),5-8(1995).（中文）5.Kraft,J.,vanEldikR.,“水溶液中氧化铁（Ⅲ）催化硫（Ⅳ）氧化物的动力学及机理”Inorg.Chem.,28,2297-2305(1989).6.Conklin,M.H.,Hoffmann,M.R.,“金属离子的硫（IV）的化学式.3.瞬态铁(HI)硫(IV)复合物热力学和动力学”,Environ.Sci.Technol.,22(8),899-907(1988).7.Olywen,G.H.,Olywen,S.，“协调和催化”化学出版社，Weinheim-NewYork,88-95(