FGD吸收塔浆液中油份的测试方法研究

2023-01-16

1.引言

自国家环保部发布《关于火电企业脱硫设施旁路烟道挡板实施铅封的通知》(环办[2010]91号)以来,火电企业均拆除已建脱硫设施的旁路烟道,对保留旁路烟道的,所有旁路挡板均实行铅封。锅炉投油启动和低负荷投油助燃运行时,进氧量偏小或炉膛区温度低,导致燃油不能完全燃尽,进而导致大量油污进入吸收塔浆液。油污的介入将严重阻碍液相的气液传质。在搅拌、喷淋等操作的相互作用下,油污快速分散在吸收塔浆液中,而吸收塔浆液被油污包裹后形成的液滴将严重影响石灰石的溶解,从而降低了SO2的液相传质速率,导致脱硫效率显著降低。此外,亚硫酸钙表面的油膜也会阻碍亚硫酸盐的氧化,石膏中亚硫酸盐含量逐渐增高,将难以形成大的石膏晶体,产生石膏脱水困难的问题。目前火电厂FGD脱硫系统的化学分析中还没有吸收塔浆液中油份测试方法,鉴于吸收塔浆液含油对FGD脱硫系统的潜在影响,有必要研发一种吸收塔浆液中油份的精确测试方法。吸收塔浆液中含有的油份主要为锅炉中掺烧的柴油的未完全燃烧产物,主成分为有机化合物,而吸收塔浆液成分主要为无机物和水的混合物。因此,根据化学中相似相容原理,可采用有机溶剂将吸收塔浆液中的油份进行萃取,并参照水中油含量的测定方法中的红外分光光度法[1,2]进行测试。由于四氯乙烯对油是一种良性溶剂,且在水中油含量的国家标准测试方法中被采用[3,4,5],故而被用在对吸收塔浆液所含油份的萃取研究中。

2.实验过程与分析

(1)主要仪器和试剂

①仪器

全自动红外测油仪(泰山科瑞);

500ml、250ml、100ml分液漏斗。

②试剂

四氯乙烯:四氯乙烯(环保专用)空白差别大,不仅每批之间,甚至箱与箱之间,瓶与瓶之间也差别很大[6]。用于条件实验时多瓶同批四氯乙烯混合后做空白及测试。

无水硫酸钠:置于马弗炉内550℃下加热4h,稍冷后装入磨口玻璃瓶中,置于干燥器内贮存[1]。

(2)实验方法

将80ml的浆液全部倒入分液漏斗中,用40ml四氯乙烯多次洗涤采样瓶后移入分液漏斗中,充分振荡2分钟,并经常开启活塞排气。静置5至10分钟后出现分层,再将分液漏斗沿同一方向旋转几圈达到完全分层,将萃取液倒入20mm厚度无水硫酸钠的玻璃砂芯漏斗,取适量萃取液测量,用40ml四氯乙烯重复萃取3次并测量。吸收塔浆液中油含量为多次萃取测量值之和与浆液体积和四氯乙烯体积比例的比值。

(3)样品体积与萃取剂用量的研究与分析

①萃取剂体积对测试结果的影响

由于吸收塔浆液的特殊性,在萃取吸收塔浆液中油份时不能加盐酸酸化,否则无法分层,直接用四氯乙烯进行萃取,并需重复萃取。取某电厂吸收塔浆液测试其油份,将同一体积浆液用不同体积萃取剂进行多次萃取测试,本次测试取吸收塔浆液为50ml,萃取剂体积分别用50ml、40ml、30ml、20ml,均重复萃取5次,测试结果如表1。

由表1可知萃取剂用50ml、40ml、30ml萃取50ml吸收塔浆液,所得的结果差别很小,而用20ml萃取剂萃取50ml浆液的结果偏小。同时由表1可看出萃取次数在第五次时测试结果均约为0.3mg/L,经测试此批次无水硫酸钠,其油测试值约为0.3mg/L,考虑到每次洗涤无水硫酸钠要消耗四氯乙烯,为节约经济成本和减少剧毒废液的产生,且无水硫酸钠油含量约为0.3mg/L并不影响测试结果,所以忽略无水硫酸钠中的油含量,即浆液测试值约为0.3mg/L时,浆液中油份已经被完全萃取,萃取实验结束。由此并结合上表结果可知,用50ml萃取剂萃取浆液3次即可,用40ml、30ml、20ml萃取剂萃取则需4次萃取:即50ml萃取剂需重复萃取3次,共用萃取剂150ml;40ml萃取剂需重复萃取4次,共用萃取剂160ml;30ml萃取剂需重复萃取4次,共用萃取剂120ml;20ml萃取剂需重复萃取4次,共用萃取剂80ml。由此可知20ml萃取剂萃取的最后用量最少,但是结果偏小;30ml萃取剂萃取所用萃取剂的量偏少,但需萃取4次,50ml萃取剂萃取,萃取次数少但是所用萃取剂量偏大,因此该实验还不能确定吸收塔浆液和萃取剂的用量,还需从多方面考虑,进一步试验来得到吸收塔浆液和萃取剂的用量,从而准确测试吸收塔浆液中油的含量。

②样品体积与萃取剂体积比例的优化

由于吸收塔浆液主要由石膏(二水硫酸钙、亚硫酸钙、碳酸钙)和含盐水组成,由于石膏成分和水的密度都小于四氯乙烯,用四氯乙烯萃取浆液中油含量时,也会出现四氯乙烯萃取水中油产生的分层现象,但是浆液体积与四氯乙烯体积达到一定的比例,浆液会因固体部分太多导致密度会偏大,导致浆液中的固体会沉入四氯乙烯中不易分层,影响测试结果。为了能更加彻底地萃取出浆液中油份,从浆液体积与萃取剂体积不同比例入手,确定所取浆液的体积是否影响结果,以某电厂吸收塔浆液为例,进行浆液体积与萃取剂体积为不同比例的多次试验,此次测试萃取剂用量为50ml,浆液分别为50ml、100ml、150ml、200ml、250ml和500ml,测试结果(3次测试平均值)如表2,并将其绘制曲线如图1。

实验过程中样品体积与萃取剂体积比为1:1时,分层很明显,随着样品体积与萃取剂体积比例增大,吸收塔浆液与四氯乙烯越难分层。同时从表2、图1可知,比例为1:1、2:1时,所得结果的增加量很小;随着比例的进一步增加,所得结果开始减小,所以样品体积与萃取剂体积比为2:1时,萃取结果最接近吸收塔浆液油份的含量。样品体积与萃取剂体积比为1:1时的结果较为接近吸收塔浆液油份的含量,且分层很明显。

③样品体积与萃取剂体积最佳量的研究

确定样品体积与萃取剂体积比例后,结合表1的结果进一步确定样品体积的取量,进行下一步测试,所得的测试结果如表3。

由表3可知,样品体积与萃取剂体积比为2:1时,萃取次数均为4次。而当萃取剂用30ml,吸收塔浆液取60ml时,结果偏小,这说明浆液取量偏小会影响测试结果,由上表可知,为了保证测试结果的准确性,结合萃取剂用量,本文确定了样品体积与萃取剂体积分别取80ml、40ml的量最佳。

3.准确度和精密度测试

为验证结果的准确性,确定此方法的可行性,取某电厂吸收塔浆液进行精密度测试和加标回收测试,测试结果分别如表4和表5。

由表5可知,加3mg/L油标回收率为89.70%～110.7%,加10mg/L油标回收率为91.06%～104.6%。

4.结论

(1)通过相同样品体积下用不同体积萃取剂萃取、不同样品体积下用同体积萃取剂萃取等多个条件实验,确定了测试吸收塔浆液时的最优浆液样品用量和萃取剂体积。

(2)采用多次萃取方式,用最佳样品用量及萃取剂体积,用红外分光光度法测定吸收塔浆液中油份的含量。

(3)通过此方法对样品精密度测试和加标回收,验证了该方法的可行性和准确性。

摘要：由于燃煤电厂脱硫FGD吸收塔浆液中油份会直接影响系统的整体性能,因此研究精确测试吸收塔浆液中油份的方法具有重要意义。本文通过多因素组合实验,优化了萃取方式、样品体积和萃取剂用量等因素的组合方式,确定了精确测试吸收塔浆液中油份的方法,并对样品进行了精密度和加标回收测试,研究结果表明,该方法具有良好的可行性和准确性。

关键词：脱硫,吸收塔浆液,油份,萃取,四氯乙烯