烟气脱硫离子液体的制备及性能研究

烟气脱硫离子液体的制备及性能研究

李明霞

北京博奇电力科技有限公司 100020

摘要：随着国家对环境保护问题的重视，一些新的脱硫工艺及技术应用而生，本文依托某企业《一种离子液体循环吸收解析烟气脱硫系统》专利为基础，用四甲基胍与乳酸合成离子液体，测定pH 值及脱硫效率等影响因素，并分析了测定结果。

关键词：烟气脱硫；离子液体；性能

电厂烟气中硫的排放量是发电厂环保领域的重点监控指标，烟气脱硫一直是电力环保领域的研究重点，主要分为干法、湿法、半干法等。目前石灰石-石膏湿法脱硫是国内外火力发电厂普遍采用的一种烟气脱硫工艺，在国内占脱硫机组容量的90%以上，但是随着国家对火力发电厂环保要求的日益提高，对脱硫效率日益严格，随之增加的是传统的空塔脱硫通过增加浆液喷淋层数（提高液气比）来提高脱硫效率的空间已经十分有限，且动力成本较高，同时浆液脱硫后生成的硫酸钙固体废弃物较多，经济型较差。另外，此过程中产生的废水含有较高的氯离子，达到废水零排放需要较复杂处理步骤。基于此，亟需要寻找一种能够从脱硫工艺原料出发，探索一种可持续循环利用的脱硫系统，减少废弃物的生成，实现绿色环保。

目前国内外的相关文献中，利用离子液体进行环境治理的研究主要集中在制备不同的功能离子液体进行吸收 CO2，CH4，N2, O2,H2，CO等气体，并研究了相对应离子液体的吸收容量，黏度，密度，熔点及pH值等方面的表征及测定。离子液体在气体吸收方面的研究主要集中在用离子液体吸收SO2及CO2方面，目前，利用离子液体吸收气体的研究主要集中在SO2和 N2的混合气体，SO2和空气的混合气体及 SO2和烟气的混合气体几方面，此外研究的重点是从混合气体中除去一种或2种目标气体SO2或CO2，或者是SO2和CO2，而针对电厂烟气除去目标气体的研究较少，针对这种现状，本文利用离子液体进行气体治理方面研究，研究主要在于设计吸收工艺，进行初步实验条件的摸索。离子液体是由四甲基胍和乳酸合成，合成的离子液体进而吸收二氧化硫的研究。

2 实验内容

2.1 原料与试剂

实验采用国药集团化学试剂有限公司的乳酸（分析纯），四甲基胍（分析纯），乙醇（分析纯），实验用水为蒸馏水。

2.2 实验设备

实验二氧化硫数据采集系统，二氧化硫气体，磁力搅拌装置，水浴加热装置，pH计。

3 实验准备

3.1 脱硫工艺的实验条件

依据脱硫生产工艺及实验室基础，典型模拟烟气为：25℃,99.9% 的二氧化硫气体，空气为混合气体。按照二氧化硫体积分数2%（SO2体积分数），空塔气体流速0.18cm/min混合气体总流量为 50mL/min，采用二氧化硫数据采集系统在线测定脱硫效率。

3.2 脱硫工艺装置

依据《工艺设计手册》及前期计算，二氧化硫气体通过空气风机送入脱硫装置，并通过流量计控制二氧化硫的体积比，通过中间集气装置缓冲调整进气量。二氧化硫气体从底部进入脱硫装置，离子液体通过顶部进入脱硫装置。通过填料提高离子液体与二氧化硫气体的接触面积，提高吸收效率。二氧化硫含量及吸收效率通过数据采集系统测定。

3.3 离子液体的制备

利用酸碱中和原理制备离子液体具体制备工艺为：按摩尔比1:1.1计算出四甲基胍61g，乳酸99g，加入到30ml的乙醇中于室温搅拌24h，反应结束后，蒸馏除乙醇，再用30ml的乙醇分三次对溶液进行洗涤，每次 10ml，洗涤 25min。得到的溶液放入45℃的干燥箱进行 12h 的干燥，最后得到四甲基胍乳酸盐离子液体。

3.4 离子液体脱硫操作

将四甲基胍乳酸盐离子液体溶于蒸馏水即吸收液，放入容器中通过蠕动泵将离子液体打入反应容器中与填料充分结合后打开风机和二氧化硫的开关进行实验，风机风量控制在 4-5L/min、二氧化硫流量控制在1-2mL/min,实验中通过脱硫机器进行数据打印。

4 实验结果

4.1 影响因素测定结果

4.1.1离子液体pH随时间的变化

取一定量离子液体稀释后进行 p H 的测定，结果显示随时间推移，离子液体的酸性逐渐降低。

4.1.2脱硫效率对吸收效率的影响取一定量离子液体按照质量分数比的测定二氧化硫的吸收效率， 结果显示随质量分数增加，离子液体的对二氧化硫的吸收效率有先增大后减小的变化趋势。

4.2 数据分析

（1）通过实验设计及操作，实验结果验证了文献中四甲基胍和乳酸=合成的离子液体对二氧化硫有很好的吸收效率。随着离子液体脱硫过程的进行，离子液体的pH值逐渐降低，说明离子液体在脱硫过程中主要通过化学和物理过程吸收二氧化硫。二氧化硫脱硫效率随离子液体质量分数的增加脱硫效率有先增大后减小的现象。说明随着离子液体质量数的增大，脱硫试剂的粘度增大，离子液体在脱硫过程中传质速度减慢，造成吸收速率及效率下降。

（2）通过实验数据得出，选择合适的工艺条件，离子液体能够吸收较多的二氧化硫，同时离子液体可以循环使用，对火电厂脱硫而言，具有较大的应用前景。5 结论通过实验操作及分析，四甲基胍与乳酸可以合成能吸收二氧化硫的离子液体，而且控制适合的工艺条件可以使脱硫效果达到 98% 以上，而且反应后不会产生酸性液体，同时可以循环使用。此外离子液体是一种功能材料，具有溶解性好、液程宽、化学和热稳定性高、无毒、不挥发等优点，在合成、电化学、化学工程及环境化学领域展现了广阔的应用前景。作为二氧化硫吸收液的脱硫，吸收效率较高，吸收时间短而且在很低的压力下吸收液也具有较高的吸收容量等优点。

5、结束语

利用离子液体的制备效率的提升，能够大幅度降低脱硫系统运行成本，为烟气脱硫系统运行水平提升奠定良好的基础，从而为技术推广奠定良好的基础。

参考文献

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