脱硫废水中弱电解质在MVR真空蒸馏过程中的迁移转化机制研究

Mechanical Vapor recompression (MVR) attracted extensive attention in the field of zero emissions for desulfurization wastewater due to the energy-efficient effect. During the evaporation process, weak electrolyte in desulfurization wastewater, such as H2CO3, H2SO3 and NH3.H2O, could produce CO2, SO2 and NH3, which lead to corrosion in the compression pump. And CO2, SO2 and NH3 would be dissolved in water during the condensation process. Thus, the transformation for weak electrolyte, which has not been studied yet, would directly affect the material selection of compression pump and the utilization ways of condensed water. In the research, the characteristics of desorption and dissolution for CO2, SO2 and NH3 would be studied. The mathematic models for the desorption and dissolution of CO2、SO2、NH3 during vacuum distillation process would built, and the coupling effect among CO2, SO2 and NH3 and the transformation mechanics of weak electrolyte would be illustrated. Simultaneously, vapor-liquid equilibrium for the SO2-CO2-NH3-H2O system would be obtained and it would provide basis for product control and process selection in MVR process for desulfurization waste water.

机械蒸汽压缩（Mechanical Vapor recompression, MVR）以其优异的节能效果，广泛应用于脱硫废水零排放中。脱硫废水中弱电解质H2CO3、H2SO3、NH3.H2O不稳定，MVR蒸发过程中会随蒸汽进入压缩机造成腐蚀，冷凝过程中又会部分迁移到冷凝水中，三者在MVR真空蒸馏过程中的迁移将直接影响到压缩机的材质选择及冷凝水的二次利用途径，目前还未有相关研究。本项目旨在研究MVR蒸发冷凝过程中CO2、SO2及NH3的解吸特性和二次溶解特性，探究三者在解吸及二次溶解过程中的耦合作用机制，建立CO2、SO2、NH3解吸及二次溶解的数学模型，得出其在真空蒸馏过程中的迁移机理，获得反应条件下SO2-CO2-NH3-H2O体系的气液平衡数据，为目标产物控制及工艺路线选择提供依据。

脱硫废水及脱硫浆液中含有一定浓度的弱电解质，如H2CO3、H2SO3及NH3.H2O等，其在水中不能完全电离，存在电离平衡，在通过真空闪蒸实现废水处理及余热利用时，会解吸出CO2、SO2及NH3，进入后续设备，造成传热效率下降及设备腐蚀等问题。. 研究了脱硫废水中弱电解质H2CO3、H2SO3及NH3.H2O在不同真空蒸发条件下解吸产生CO2、SO2及NH3的迁移路径及解吸规律。SO2解吸量很小；CO2解吸后在蒸汽冷凝过程中部分以HCO3-或CO32-形式存在于冷凝水中，部分以CO2气体形式存在于不凝气体中；NH3解吸后全部二次溶解于冷凝水中。其解吸量与相关弱电解质的水解及电离常数密切相关，温度升高、压力降低及时间延长均会导致解吸量增大。. 阐释了真空蒸馏过程中三者的耦合作用机制，并研究了脱硫废水中存在的典型离子对其解吸的影响规律。NH4+和CO32-的同时存在能够促进双水解，显著增加二者的解吸量，SO32-的存在对NH3和CO2解吸影响很小；加入NaCl及Na2SO4对CO2及NH3解吸的影响并不大，总体趋势是略有抑制作用。. 确定了解吸过程受化学反应控制，可用一级反应动力学描述，同时获得了不同蒸发温度下各离子的水解和电解平衡常数，为阐明弱电解质H2CO3、H2SO3及NH3.H2O的解吸机理提供了依据。. 基于上述研究成果，开发了脱硫浆液闪蒸余热利用工艺，通过提取脱硫浆液中的热量来间接获得烟气中余热，节能节水的同时提高脱硫除尘效率，不在原有烟道增加任何装置，对原有系统的运行没有影响。本项目针对脱硫浆液真空蒸馏余热利用过程中的弱电解质H2CO3、H2SO3及NH3.H2O的迁移机制做了研究，获得了不同工况下冷凝水品质及不凝气体成分，为该技术的推广应用提供了基础数据。. 本项目期内共发表SCI论文4篇，申请相关发明专利4项，授权2项，培养硕士研究生3名。