摘要：由于化工产业的烟气会影响大气污染，为了实现烟气高效处理，研究设计了一种基于旋转喷雾法的脱硫装置，并制备了一种新型钠基脱硫剂。实验设定气液比1 500:1，雾化盘转速22 000 r/min，液体流量3.0 L/min，NaOH质量分数1.6%。在这种条件下，使用制备的钠基脱硫剂，脱硫效率达到88.9%。同时，该方法可以有效减少碳损失，当钠基脱硫剂质量分数达到0.08，碳损失降至最低，为2.92%。这在保证较高脱硫效率的同时，能够减少环境中的碳排放，具有更好的环保效果。这为化工催化裂化烟气脱硫提供了新的技术路径，促进了化工产业的绿色低碳发展。

　　关键词：烟气；旋转喷雾法；NaOH；脱硫剂；碳损失

　　0引言

　　当前，化工行业中二氧化硫（SO2）的排放对环境产生了不好的影响。为此，烟气脱硫成为了最重要的处理技术之一[1]。传统的脱硫方法利用碳酸钙（CaCO3）浆液作为吸收剂，在反应塔内喷淋吸收烟气中的SO2，生成亚硫酸钙（CaSO3）后通过强制氧化生成含两个结晶水的硫酸钙。但这些做法工艺复杂、成本较高、效率低下[2]。对比之下，旋转喷雾法和钠基脱硫剂更具有高效性、低成本和环境友好的优势。旋转喷雾法原理是通过高速旋转的雾化器，将吸收浆液雾化成细小雾滴，与烟气中的SO2进行传质传热反应[3]。而钠基脱硫剂工艺相对简单，设备可靠稳定，使用寿命长，从而降低了维护和检修费用[4]。然而，目前对于旋转喷雾法与钠基脱硫剂协同作用的研究较少，旋转喷雾法的工艺参数尚未确定，钠基脱硫剂的制备工艺也不明确。为此，研究创新性地将旋转喷雾法与钠基脱硫剂结合，应用于化工催化裂化烟气处理，并通过实验优化工艺参数和制备方法。研究旨在提高化学工业脱硫效率，为烟气处理提供一种有效的解决方法。

　　1旋转喷雾脱硫装置设计和钠基脱硫剂制备

　　1.1旋转喷雾脱硫实验装置设计

　　研究选择引风机和多种气瓶模拟进行烟气实验，设置引风机最大流量为360 m3/h，保证有足够的烟气量用于试验。烟气中的SO2质量浓度为100 mg/m3，二氧化碳（CO2）体积分数为8%~10%，烟气温度在60~70℃。根据《大气污染防治法》要求SO2质量浓度不超过35 mg/m3[5]。为此，研究对其进行脱硫。研究采用的旋转喷雾脱硫塔，其流程工艺示意图见图1。

　　图1中，喷雾干燥塔塔顶装有旋转喷雾雾化器，喷雾系统设置雾化盘的转速为22 000 r/min，使得脱硫剂能够被充分雾化成微小液滴，以提高与烟气的接触面积。气液比设置为1 500∶1，确保烟气和脱硫剂的比例合理，使脱硫反应充分进行。同时雾化器内有多个喷口，雾化更均匀。在旋转喷雾塔内，烟气与喷雾的脱硫剂发生接触，氢氧化钠（NaOH）与SO2反应，生成可溶性盐类，完成脱硫过程。塔上部的烟气分布器控制烟气进入塔内的分布和速度，使烟气与液滴充分接触。该分布器连接到预热器、引风机和气瓶系统。烟气由SO2和CO2气瓶通过，减压阀控制压力，转子流量计控制气体流量。烟气与引风机的空气流合并后进入塔顶，经过预热器加热至模拟温度，再由引风机驱动进入干燥塔。使用钠基脱硫剂，雾化后与SO2气体快速反应，生成可溶性盐类等。由于钠基脱硫剂碱性强、产物溶解度大，不易结垢堵塞，适合连续运行。

　　1.2钠基脱硫剂的制备与使用

　　常用的钠基脱硫剂有碳酸氢钠（NaHCO3）、碳酸钠（Na2CO3）和NaOH。NaHCO3在高温下能够分解生成活性钠化合物，与SO2发生多级反应。Na2CO3用于湿法脱硫，吸收SO2生成亚硫酸钠（Na2SO3）。NaOH用于湿法脱硫，吸收效率高。因此，研究制备钠基脱硫剂采用NaOH为主，NaHCO3/Na2CO3辅助。使用质量分数1.6%的NaOH溶液作为基础脱硫剂，根据需要的体积，计算NaOH的质量，然后将其溶解在适量的去离子水中，确保NaOH完全溶解并保持溶液的均匀性。在基础NaOH溶液的基础上，加入0.05%的NaHCO3和0.05%的Na2CO3。计算所需的NaHCO3和Na2CO3的质量，将NaHCO3和Na2CO3分别溶解在适量的去离子水中，确保其充分溶解。将这两种溶液与基础NaOH溶液混合，形成复配脱硫剂。复配的NaHCO3和Na2CO3可进一步增强脱硫效果，通过提供额外的反应通道，增加SO2的吸收能力。为了保证足够的脱硫剂液体与烟气充分接触，从而提高脱硫效果，实验中液体流量设置为3.0 L/min[6]。利用气体分析仪检测烟气中的SO2质量浓度，烟气中脱硫效率E，见式（1）。

　　2结果分析

　　为了验证不同操作参数对旋转喷雾脱硫塔脱硫效率的影响，研究设计了4组对比实验，通过控制和调整不同参数，观察其对脱硫效率的影响。4组对比实验固定其他参数，仅改变其中一个变量，分别进行测试。脱硫效率的影响因素效果对比，见图2。

　　图2-1中，转速超过22 000 r/min，随着转速逐渐增加，脱硫效率开始逐渐下降。这是因为高转速下液滴过于细小，虽然均匀分布，但这种极小的液滴与SO2的反应效率反而降低，导致相界面浓度的失衡或气液接触时间不足。因此，转速的优化值大约在22 000 r/min。气液比1 500∶1的脱硫效率最大，达到88.9%，之后进一步增加气液比，脱硫效率开始下降。图2-2中，随着NaOH质量分数的增加，脱硫效率逐渐提升，NaOH质量分数达到1.6%，脱硫效率最高，为88.9%。这是因为SO2和NaOH的反应速度更快，反应产物浓度达到饱和。同时，浓度过高会导致溶液的浪费和成本增加。液体流量从0.5 L/min开始逐渐增加，脱硫效率逐渐增大，在3.0 L/min液体流量的脱硫效率达到88.9%。随后，液体流量增加到4.5 L/min时，脱硫效率开始下降。液滴与烟气中的SO2接触的时间减少，导致脱硫反应不充分，从而降低了脱硫效率。

　　为了评估钠基脱硫剂在烟气脱硫过程中的实用性，实验在相同条件下，采用了不同质量分数的钠基脱硫剂，并对SO2质量浓度为100 mg/m3，CO2体积分数为10%的烟气进行处理。得到的脱硫效率和碳损失对比，见图3。

　　图3-1中，纯水的脱硫效率始终保持在57.5%。当仅加入NaOH时，无论其质量分数如何，脱硫效率始终维持在88.1%。随着钠基脱硫剂质量分数的逐渐增加，脱硫效率逐步提高，最终可达到88.9%以上。这表明，钠基脱硫剂具有比NaOH更高的脱硫效率，是由于其配方中NaHCO3和Na2CO3的协同作用，增强了SO2的吸收和转化效率。图3-2中，在纯水情况下，碳损失较高，达到6.32%。在仅加入NaOH的情况下，碳损失增加至9.78%。随着钠基脱硫剂质量分数的增加，碳损失显著下降。在钠基脱硫剂质量分数为0.08时，碳损失降至2.92%，接近于最低水平。制备钠基脱硫剂在提高SO2去除效率的同时，能够有效减少碳损失。

　　3结论

　　为了提高化工催化裂化烟气脱硫效率，研究设计了一种旋转喷雾脱硫装置，并制备了钠基脱硫剂。结果表明，转速22 000 r/min的脱硫效率最大，既能保证雾化效果，又能避免过度细化液滴带来的负面影响。同时，最佳气液比应控制在1 500∶1左右，保证气液混合充分且脱硫反应时间适中。随着钠基脱硫剂质量分数的增加，脱硫效率逐步提高，最终达到88.9%以上，而NaOH的SO2去除效率仅为88.1%。对比之下，制备钠基脱硫剂具有较强的SO2吸附能力。综上，该方法在合适的工艺参数下，能够保证高脱硫效率。但研究没有考虑制备过程中消耗的水、电等能源，未来可以引入节能降耗技术，优化资源使用效率。

参考文献

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