微孔中空纤维膜接触器烟气脱硫性能的研究

对中空纤维膜接触器用于烟气脱硫的工艺进行了实验研究并建立了脱硫率计算模型。采用疏水性聚丙烯中空纤维膜组装膜组件,用SO2钢瓶气与空气配制模拟烟气,气相走中空纤维膜内侧,以Na2SO3溶液为吸收剂进行脱硫实验研究。实验结果表明,该脱硫工艺脱硫率高且稳定。当Na2SO3吸收液浓度大于5%,液相阻力可以忽略;脱硫率随气速的增大而减小,而随膜组件有效长度、膜传质系数的增大而增大。忽略液相传质阻力,用传质速率与物料衡算方法及传质经验关联式,建立微孔中空纤维膜接触器烟气脱硫率计算模型,模型计算值与实验值误差小于9.5%,模型能比较可靠地模拟烟气脱硫过程,通过该模型可以快捷计算脱硫率。     

膜吸收法回收烟气CO_2传质过程研究

在0.1~2 m~3/h模拟烟气膜吸收处理装置上,进行了膜吸收法捕集CO_2传质过程研究。在其他条件不变的情况下,考察了气体流量、吸收液流量和吸收液浓度对传质过程的影响;结合吸收溶剂的化学反应增强因子及中空膜本身的参数,建立了膜吸收过程的传质计算模型。试验结果表明:在有化学吸收推动的膜吸收传质过程中,膜吸收的传质阻力集中在气相和膜的界面,而反应发生在液膜界面,所建立的计算模型也很好地反映了这一现象。通过建立传质模型,可以推算出膜表面吸收传质过程,从而为膜吸收过程的工业放大提供支撑。     

膜曝气-吸收耦合式海水烟气脱硫过程

利用聚丙烯中空纤维双层曝气式膜接触器,对膜曝气-膜吸收耦合式海水烟气脱硫过程开展实验研究,考察了烟气流量、海水流量、海水pH以及曝气量等因素对烟气脱硫参数的影响。结果表明,曝气式膜吸收过程具有更高的脱硫效率和传质性能,相较于非曝气过程,SO₂吸收率可提高12.4%。提高烟气流量,使SO₂吸收率降低,总传质系数先增大再减小;提高吸收剂流量、pH和曝气量,SO₂吸收率和总传质系数均会提高,海水pH较高条件下加入曝气更能有效加强吸收效果;烟气中SO₂的吸收通量均随海水pH和曝气量的增加而增加。扫描电镜及接触角测量显示在使用一个月后的膜丝仍具有较高的疏水性能和使用性能。     

氨法烟气脱硫工艺过程模拟与优化

为了进一步研究氨法烟气脱硫工艺过程,以非平衡级传质理论为依据,利用化工流程模拟软件Aspen Plus建立填料吸收塔脱除SO2过程的数值计算模型,分析和优化操作参数对脱硫效果的影响,模拟结果与文献值吻合较好。模型计算结果表明:脱硫率随着吸收液pH值和液气比的增大而增大;随着进口SO2质量浓度和进口烟气流量的增大而降低,并得出吸收液pH值及液气比在氨法烟气脱硫效率影响因素中占主要位置。所建立的氨法烟气脱硫工艺过程模型准确合理,模拟结果可为脱硫系统实际运行调节各操作参数对脱硫效果的影响提供参考和借鉴。     

陶瓷膜接触器化学吸收氮氧化物的传质过程与阻力分析

针对选择性催化还原技术(SCR)存在装置大、运行费用高、催化剂中毒失活等问题,将平均孔径为100 nm的Al₂O₃陶瓷膜进行疏水改性并组装成膜接触器,以NaClO₂水溶液为吸收液,开展陶瓷膜接触器在烟气脱硝领域的应用研究。考察了陶瓷膜接触器在化学吸收脱硝中的稳定性,以及气体流量、吸收液浓度、吸收液流量、吸收液pH等因素对NO脱除率和传质通量的影响,基于阻力串联模型,建立总传质系数方程。研究表明,陶瓷膜接触器在连续600 min运行过程中,NO的脱除效率及传质通量分别稳定在99%和0.038 mol·m^-2·h^-1左右。进气流量的增加会促进NO的吸收,吸收液pH=3时具有最高的氧化吸收性能,同时提高吸收液的浓度会增强NO的脱除效果。NO的传质过程同时受气、液、膜三相阻力控制,传质阻力分析结果表明,可以通过增加气体流速减小气相阻力,增加吸收液浓度同时降低pH减小液相阻力。本研究在烟气脱硝领域具有良好的应用前景。     

疏水性单管陶瓷膜接触器在SO_2吸收中的应用

对平均孔径200 nm的氧化锆陶瓷膜进行疏水改性与表征,并将其组装制成疏水性单管陶瓷膜接触器,采用清水作为低成本吸收液,开展了陶瓷膜接触器在废气脱硫方面应用的研究。比较了亲、疏水陶瓷膜接触器的传质性能,考察了进气流量、吸收液流量、进气浓度和吸收液温度等因素对SO_2脱除率和传质速率的影响,并对陶瓷膜接触器进行了长期稳定性测试。研究表明,疏水改性只改变陶瓷膜的表面性质(接触角达到132°),对形貌结构影响较小;与未改性的陶瓷膜相比具有更高的脱硫效率和总传质系数。SO_2的脱除率和传质速率随吸收液流量的增加均增加;SO_2的脱除率随进气流量和进气浓度的增加而降低,但传质速率增加;吸收液温度的升高不利于SO_2的吸收;原料气中的CO_2对SO_2的脱除率影响较小。与传统的填料塔相比,陶瓷膜接触器具有更小的传质单元高度(HTU)值。陶瓷膜接触器脱硫效率高,可稳定操作,在废气脱硫方面具有良好的应用前景。     

疏水性单管陶瓷膜接触器在SO2吸收中的应用

对平均孔径200 nm的氧化锆陶瓷膜进行疏水改性与表征,并将其组装制成疏水性单管陶瓷膜接触器,采用清水作为低成本吸收液,开展了陶瓷膜接触器在废气脱硫方面应用的研究。比较了亲、疏水陶瓷膜接触器的传质性能,考察了进气流量、吸收液流量、进气浓度和吸收液温度等因素对SO₂脱除率和传质速率的影响,并对陶瓷膜接触器进行了长期稳定性测试。研究表明,疏水改性只改变陶瓷膜的表面性质（接触角达到132°）,对形貌结构影响较小;与未改性的陶瓷膜相比具有更高的脱硫效率和总传质系数。SO₂的脱除率和传质速率随吸收液流量的增加均增加;SO₂的脱除率随进气流量和进气浓度的增加而降低,但传质速率增加;吸收液温度的升高不利于SO₂的吸收;原料气中的CO₂对SO₂的脱除率影响较小。与传统的填料塔相比,陶瓷膜接触器具有更小的传质单元高度（HTU）值。陶瓷膜接触器脱硫效率高,可稳定操作,在废气脱硫方面具有良好的应用前景。     

PVDF中空纤维膜接触器分离烟气CO2

以水（H2O）、氢氧化钠（NaOH）、氨基乙酸钾（GLY）、氨基乙酸钾-哌嗪（GLY-PZ）水溶液为吸收剂,研究了疏水性聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜接触器分离CO2/N2模拟烟气中CO2的技术,具体考察了流动方式、气液流率、吸收液浓度和温度、原料气CO2浓度、填充密度等对膜接触器吸收效率的影响。结果表明,气液逆流的腔流程模式具有较高的分离效率。不同吸收剂的分离性能为：NaOH > GLY-PZ > GLY > H2O。温度对各种吸收剂的影响随其种类不同而有所差异。膜接触器对烟气CO2的分离效率随填充密度、吸收液浓度和流率的提高而增大,随气体流率及其中CO2浓度的增大而减小。     

填料塔中乙二胺/磷酸溶液吸收SO2的体积总传质系数

SO2减排已经成为国际关注的焦点问题,近年来,湿法烟气脱硫技术以其脱硫效率高、适应范围广、技术成熟等优点,成为当今占主导地位的烟气脱硫方法。可再生胺法脱硫技术作为一种新的脱硫方法得到了普遍关注。为进一步的工业设计提供参考依据,今采用乙二胺/磷酸溶液为吸收剂,测定和计算了在填料塔中乙二胺/磷酸溶液吸收烟气中SO2的体积总传质系数KGa,并研究了液气比、乙二胺浓度、进口气体中初始SO2浓度、吸收液初始pH值及反应温度对KGa的影响。实验结果表明,KGa随液气比的增大、乙二胺浓度的升高、吸收液初始pH值的增大而增大;体积总传质系数随初始SO2浓度的升高、反应温度的升高而降低。     

微通道内MEA/MDEA混合溶液吸收CO2的传质特性

研究了T形微通道内N-甲基二乙醇胺（MDEA）和单乙醇胺（MEA）混合水溶液吸收CO₂的传质过程。考察了弹状流型下气液两相流量、MEA和MDEA浓度对液侧传质系数k_L和体积传质系数k_La的影响。液侧传质系数和体积传质系数均会随着MEA浓度的升高而升高。与MEA相比,MDEA浓度的提高对传质影响较小。传质系数会随着液体流量的增大而增大,但气体流量的变化对其影响较小。体积传质系数随液体流量的增大而增大,但随气体流量的增大先增大,之后趋于稳定。考虑到化学反应对传质的强化作用,引入了Hatta数,提出了一个新的体积传质系数预测式,预测效果良好。     

微通道内MEA/MDEA混合溶液吸收CO_2的传质特性

研究了T形微通道内N-甲基二乙醇胺(MDEA)和单乙醇胺(MEA)混合水溶液吸收CO2的传质过程。考察了弹状流型下气液两相流量、MEA和MDEA浓度对液侧传质系数k L和体积传质系数k La的影响。液侧传质系数和体积传质系数均会随着MEA浓度的升高而升高。与MEA相比,MDEA浓度的提高对传质影响较小。传质系数会随着液体流量的增大而增大,但气体流量的变化对其影响较小。体积传质系数随液体流量的增大而增大,但随气体流量的增大先增大,之后趋于稳定。考虑到化学反应对传质的强化作用,引入了Hatta数,提出了一个新的体积传质系数预测式,预测效果良好。     

中空纤维膜接触器脱碳和传质性能的数值研究

中空纤维膜吸收烟气中CO₂是一种清洁、高效、最具潜力的脱碳技术方法之一。本文建立了一个二维的中空纤维膜接触器平行逆流吸收混合气中CO₂的非润湿模型。考虑轴向和径向扩散,模拟了EEA、EDA和PZ 3种吸收剂在不同操作条件下对CO₂的脱除效果和传质性能。结果表明：脱碳性能从大到小为PZ>EDA>EEA;气相参数对脱碳和传质的影响比液相参数更显著;提高气体流速、CO₂浓度和气温,脱碳率均会下降;提高液速、吸收剂浓度和液温,脱碳率均增大,而传质速率只有在提高气温时会下降,其他参数的升高均会使其增大;应采用适当的液相参数,防止操作参数过高带来的不利影响。     

中空纤维膜接触器脱碳和传质性能的数值研究

中空纤维膜吸收烟气中CO2是一种清洁、高效、最具潜力的脱碳技术方法之一。本文建立了一个二维的中空纤维膜接触器平行逆流吸收混合气中CO2的非润湿模型。考虑轴向和径向扩散,模拟了EEA、EDA和PZ 3种吸收剂在不同操作条件下对CO2的脱除效果和传质性能。结果表明:脱碳性能从大到小为PZEDAEEA;气相参数对脱碳和传质的影响比液相参数更显著;提高气体流速、CO2浓度和气温,脱碳率均会下降;提高液速、吸收剂浓度和液温,脱碳率均增大,而传质速率只有在提高气温时会下降,其他参数的升高均会使其增大;应采用适当的液相参数,防止操作参数过高带来的不利影响。     

水力喷射-空气旋流器用于湿法烟气脱硫及其传质机理

在一种新型高效的气液传质设备--水力喷射-空气旋流器(WSA)中,以Ca(OH)₂料浆为吸收剂进行了模拟烟气湿法脱硫的实验研究。结果表明:脱硫率随进口气速增加而增加;随液体喷射速度增加先增加,增加到一定程度后几乎不变;随烟气中SO₂的进口浓度增加而减小,存在一适宜的Ca(OH)₂浓度和回流比。在气体流量24～72 m³·h^-1、循环液体量0.4～0.8 m³·h^-1、料浆中Ca(OH)₂浓度7500 g·m^-3时,对SO₂浓度为1891～6373 mg·m^-3的烟气进行湿法脱硫,脱硫率达88.9%～97.7%,且WSA的旋流气体和喷射液体在湿法脱硫中具有自清洁能力,未发现内部结垢和喷孔堵塞现象。总体积传质系数K_Ga、有效相界面积a均随进口气速u_G增大而增大,而总传质系数K_G随u_G增加变化较小;当液体喷射速度 u_L≤0.26 m·s^-1时,K_Ga和K_G随u_L增加快速增大,之后增加缓慢,而a随u_L几乎线性增加,K_Ga和K_G随吸收剂中Ca(OH)₂浓度c_L增加有一最大值。结合实验数据拟合得到了相关的经验公式,这些关联式能较好地预测WSA的湿法脱硫传质性能。气体旋流场强度对总体积传质系数K_Ga和有效相界面积a起支配作用,脱硫传质过程同时受气膜和液膜阻力控制,但以液膜控制为主。     

旋转填充床中伴有可逆反应的气液传质

应用CO2-MDEA气液吸收体系,对旋转填充床中伴有可逆反应的气液传质过程进行了定量的模型研究。在所有反应都可逆的情况下,根据Higbie渗透理论建立了旋转床中CO2-MDEA体系的扩散-反应传质模型。通过模型对传质过程的定量描述以及实验结果对模型的验证,超重力旋转床的强化作用可进一步被揭示为:由于不断更新的液膜使得可溶性气体在液膜内形成较大的浓度梯度,从而极大地增大了传质系数,强化了传质;旋转床的强化作用是在动态的传质过程中完成的,液膜的寿命越短则传质系数越大。在不同转速、温度、MDEA浓度和气液流量条件下进行了实验,本文模型的模拟值和实验结果吻合较好。     

湿壁塔氨法烟气脱硫的非平衡模型

针对氨法烟气脱硫体系,基于经典双膜传质理论,建立了湿壁塔氨法烟气脱硫的非平衡模型,包括烟气中SO2在氨水溶液中吸收模型以及反应器模型。该模型考虑了传质和反应之间的相互影响以及液相中电解质存在的影响,用传质速率方程表征二相间的传递过程。对直径为100 mm,列管高度为1 200 mm的吸收塔不同条件下氨水吸收模拟烟气中SO2进行了预测,得到了液膜内各组分的浓度分布曲线,增强因子沿塔高的分布。所得到的实验结果与预测结果基本一致。该模型可以为湿式氨法烟气脱硫的工艺设计及操作提供参考。     

填料塔中磷酸钠缓冲溶液吸收低体积分数SO2的体积传质系数

为满足磷酸一钠和二钠缓冲溶液脱硫设计开发的需要,采用磷酸钠缓冲盐溶液为吸收剂,测定和计算了在鲍尔环填料塔中磷酸钠溶液吸收模拟烟气中SO2的体积总传质系数KYa.在常温常压下,考察了空塔气速、喷淋密度、入口SO2体积分数、吸收液磷酸根浓度和初始pH等工艺参数对KYa的影响.结果表明,KYa随着空塔气速、喷淋密度、初始pH和磷酸根浓度的增加而增大;随着入口SO2体积分数的增加先增加后减小;该体系的传质过程受气膜和液膜共同控制.     

不同中空纤维膜材料对烟气中二氧化硫的吸收性能影响

膜法烟气脱硫能耗低、传质面积大、分离效率高,可以有效地解决传统塔器内的液泛、漏液、夹带等问题。本文采用自制的中空纤维膜接触器,通过改变烟气流量、水流量和水温对比了聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）和聚丙烯（PP）这3种中空纤维膜对烟气中二氧化硫的吸收性能,并通过电镜和接触角仪表征,对比了3种膜的参数和疏水性。结果表明：在不同烟气流量、水量和水温下,3种膜的吸收性能都表现为PTFE＞PP＞PVDF,120min时二氧化硫吸收浓度,PTFE最大,是PP的1.68倍,是PVDF的4.62倍;烟气流量的改变对二氧化硫的吸收浓度有显著影响,当烟气流量由60mL/min提高到140mL/min时,120min时PTFE膜二氧化硫的吸收浓度提高了2.14倍;影响膜性能的主要因素为疏水性,PTFE浸泡前后的表面接触角为105°和97°,疏水性远大于PP和PVDF。PTFE中空纤维膜孔径大、孔隙率高,具有极强的疏水性,在烟气脱硫及相关吸收过程中表现出较好的应用前景。     

氧化镁法处理低浓度SO_2烟气优化试验研究

介绍了氧化镁湿法烟气脱硫工艺。利用小型填料塔对影响氧化镁湿法脱硫效率及工艺关键参数的单因素进行了试验研究(如体系pH值、入口烟气浓度、烟气流量、液气比、温度等)。结果表明:体系pH值、烟气浓度、烟气流量对脱硫效率的影响最为显著;随着体系pH值增大、入口SO_2浓度和烟气流量的增大,出口SO_2浓度显著增大,脱硫效率下降;当吸收液的pH值控制在6.0~6.5、液气比控制在4~5 L/m~3,可以实现90%以上的脱硫效率。     

膜气吸收法分离烟气中CO2的实验

采用聚丙烯中空纤维膜接触器,分别用去离子水、单乙醇胺（MEA）及N-甲基二乙醇胺（MDEA）水溶液作为吸收剂,对模拟烟气中的CO2分离进行了试验研究.考察了气体流速、入口气体中CO2体积分数、吸收剂流速、吸收剂浓度以及吸收剂种类等因素对CO2脱除率和总传质速率的影响.实验结果显示：3种吸收剂分离CO2的效率由大到小依次为MEA、MDEA、去离子水;CO2的脱除率和传质通量随吸收剂浓度、流速的提高均增加;CO2的脱除率随气体流速和CO2在入口气体中体积分数的增大而减小,而传质速率却随之增加.系统长时间运行后发现存在膜孔润湿现象,进而影响膜的传质性能.因此,吸收剂浓度须在传质和长时间运行性能之间进行权衡.