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原文传递基于Na2S2O8/尿素复合溶液船舶柴油机SO2和NO一体化同步吸收研究

论文题名：	基于Na2S2O8/尿素复合溶液船舶柴油机SO2和NO一体化同步吸收研究
关键词：	船舶柴油机;二氧化硫;一氧化氮;过硫酸钠;尿素;一体化同步吸收
摘要：	以重质燃油作为主要燃料的船舶动力装置污染日趋严重，对人类健康和生态环境造成了极大的危害。在严格的SO2和NO减排要求下，船舶柴油机SO2和NO排放新型一体化处理技术的需求日益强烈。为实现SO2和NO的同步高效吸收，同时限制洗涤废液中的硝酸盐残留量，本文首次构建过硫酸钠/尿素氧化还原复合吸收体系，并对过硫酸钠单一氧化体系以及过硫酸钠/尿素氧化还原复合体系一体化同步吸收SO2和NO过程的反应路径、反应机制、主要影响因素以及传质-反应特性进行了研究，主要研究内容如下: 　　为了实现SO2和NO的同步高效吸收，利用温度激活下的过硫酸钠单一氧化体系对二者进行同步吸收处理。通过气液反应产物表征，研究了过硫酸钠溶液同步吸收过程反应机理及主要影响因素，结果表明:当反应温度高于60℃，过硫酸钠浓度高于0.05mol/L时，随着过硫酸钠浓度和反应温度的升高，SO2去除效率始终恒定在100％，NO去除效率则随之升高。当反应温度低于60℃时，SO2的引入有利于促进NO的吸收;反之，SO2的存在对于NO的吸收起到抑制作用。随着NO和SO2入口浓度的增加，SO2去除效率始终保持恒定，NO去除效率则逐渐降低。溶液初始pH值变化对于SO2去除效率没有影响，但是当溶液pH值在4.5-9时，NO去除效率随着溶液pH值的增大而升高，当溶液pH值继续升高到12时，NO去除效率又开始降低。SO2和NO的同步吸收过程主要依靠氧化反应，氧化产物分别为SO42-和NO3-。　　为了进一步明确单一氧化体系同步吸收SO2和NO过程的反应机制和主控因素，基于热力学理论，从热力学角度研究了过硫酸钠溶液同步吸收过程的反应机理，明确主控反应步骤，根据宏观反应动力学理论，研究了NO吸收过程的传质-反应特性及主要影响因素，并构建了同步吸收过程NO吸收速率模型。结果表明:过硫酸钠溶液同步吸收过程中，随着反应温度的升高，SO2溶解过程从自发正向可逆反应逐步转变为自发逆向反应，SO2的吸收过程主要通过氧化反应进行。NO吸收趋势为难溶于水的NO气体首先被氧化成溶解度相对较高的NO2气体，进入液相之后被进一步氧化成相对稳定的硝酸盐存在。过硫酸钠溶液吸收NO的过程属于拟一级快速反应过程。NO吸收速率随着反应温度、过硫酸钠浓度以及NO浓度的升高而增大，随着SO2浓度的升高而降低，溶液初始pH值为9时，NO吸收速率最高。NO吸收速率模型计算值与实验值的最大误差为4.59％，最小误差为0.022％。　　针对湿法一体化同步吸收过程硝酸盐的残留问题，本文首次构建过硫酸钠/尿素氧化还原复合体系，通过气液反应产物表征，研究了复合溶液同步吸收过程气体吸收机理、硝酸盐抑制机理以及主要影响因素，研究结果表明:当反应温度不低于60℃，过硫酸钠浓度高于0.05mol/L时，SO2实现完全吸收，并且能够有效去除NO。尿素的添加能够减少溶液中硝酸盐的残留量，并且当复合溶液中过硫酸钠浓度低于0.2mol/L时，尿素的加入更有利于NO的吸收，随着尿素浓度的增加，NO去除效率逐渐升高。SO2和NO浓度的增加对于SO2的吸收没有影响，但是却降低了NO去除效率。当反应温度为80℃，过硫酸钠浓度为0.1mol/L，尿素浓度为2mol/L时，1000ppmSO2和1000ppmNO的去除效率分别为100％和99.1％，硝酸盐的残留浓度为7.54mg/L，远低于法规要求限值。酸性环境(pH≤5.5)不但有利于NO的吸收，还有利于抑制硝酸盐的生成。复合溶液同步吸收SO2和NO过程要优于过硫酸钠单一氧化体系吸收过程，尿素的添加可以同时强化SO2和NO的吸收，且吸收过程产物分别为SO42-和N2，有效地抑制了硝酸盐生成。　　为进一步明确复合溶液同步吸收过程的气体吸收机制、硝酸盐抑制机制及主控因素，基于热力学理论，对过硫酸钠/尿素复合溶液同步吸收SO2和NO过程反应机理开展进一步研究，根据本征反应动力学及宏观反应动力学理论，建立复合溶液NO吸收速率方程，研究和测定了关键动力学参数，分析了复合溶液NO吸收过程的传质-反应特性，构建了复合溶液NO吸收速率模型，结果表明:尿素的添加不但强化了SO2吸收过程，还能够通过间接或者直接的反应路径强化NO吸收，并抑制溶液中硝酸盐的生成。复合溶液吸收NO的过程属于拟一级快速反应。当过硫酸钠浓度高于0.1mol/L，尿素浓度高于2mol/L时，过硫酸钠和尿素浓度的增加对于NO吸收速率的促进作用逐渐减小。过硫酸钠/尿素复合溶液同步吸收SO2和NO过程NO吸收速率模型对应计算值与实验值的最大误差为8.66％，最小误差为0.00017％。
作者：	席鸿远
专业：	动力工程及工程热物理
导师：	周松
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2021