中空纤维膜接触器烟气脱硫壳层传质的研究

采用自制聚丙烯中空纤维膜接触器对模拟烟气进行脱硫,主要研究脱硫过程中膜接触器壳层传质情况。用SO2和N2配制模拟烟气,以NaOH溶液为吸收液,气体走管程,液体走壳层,考察了壳层空隙率、吸收液流量和摩尔浓度、气体流量等操作条件对脱硫过程中壳层传质的影响。研究发现,在空隙率较大的情况下,壳层传质系数随吸收液的浓度或吸收液流量的增大而增大;而在空隙率较小的情况下,随着膜丝分布不均的出现会导致死区和沟流的存在,对壳层传质有一定阻碍作用。气体流量的改变对壳层传质几乎没有影响。     

填充密度对新型中空纤维膜接触器分离性能和传质的影响

采用聚丙烯中空纤维膜接触器作为新型精馏结构填料对甲醇水溶液体系进行了精馏分离过程的实验研究,探讨了填充密度对中空纤维膜接触器分离性能和过程传质的影响.结果表明,填充密度为4.7%时,接触器塔顶甲醇浓度比填充密度为9.5%时的高,且两种填充密度的膜接触器组件均可在远离常规填料液泛线以上的气速范围操作.随着气速逐步增大,传质单元高度变大,壳程气相传质系数随之变大,填充密度高的组件的气相传质系数较小.     

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。     

中空纤维致密膜基吸收法在CO2脱除中的应用

以商业φ200聚酰亚胺中空纤维致密膜大组件为接触器,淡水和海水为吸收剂,进行了CO2/N2混合气中CO2的脱除实验。考察了气液相压力和流量对CO2脱除率和过程总传质系数的影响。结果显示,液相压力对膜接触器的影响不大,而加大液/气相流量比可以提高CO2的脱除效率,通过控制操作条件可使膜接触器的CO2脱除率在70%以上。实验过程中,气液两相压力可在较宽范围内独立操作,且无鼓泡和漏液现象发生。研究表明中空纤维致密膜基接触器在CO2气体分离领域具有很好的应用潜力和前景。     

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。     

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。     

中空纤维PVA/PAN复合膜填料的乙醇水溶液精馏性能

以乙醇/水溶液为分离对象,中空纤维PVA/PAN复合膜作为精馏填料,考察了不同膜组件的传质分离效率。实验结果表明:各种组件的分离效率均随塔釜加热功率的增加而减小;和大多数中空纤维膜接触器一样,其总传质系数Ky随中空纤维膜组件填充密度φ的增加而减少;相比于传统精馏填料而言,用中空纤维膜做精馏填料分离乙醇水溶液的分离效果更好,可以在常规填料不能操作的液泛线以上进行操作。当塔釜加热功率为120 W,45根中空纤维膜封装在内径为1.6 cm玻璃管中的传质单元高度(HTU)为5.64 cm。     

疏水性聚丙烯中空纤维膜中n-甲酰吗啉膜吸收含苯废气过程模拟

以疏水性聚丙烯中空纤维膜为气液膜接触器,n-甲酰吗啉水溶液为吸收剂,研究了膜气体吸收工艺分离C6H6/N2的传质过程. 在非润湿条件下,建立了膜气体吸收C6H6传质微分模型,模拟了C6H6在疏水性聚丙烯中空纤维膜管程及膜孔内的传质过程,并对C6H6的吸收速率进行预测. 结果表明,在实验条件下,膜气体吸收C6H6的速率为(0.89~6.13)′10-2 mg/(m2×s),微分模型对吸收速率预测的平均误差为1.9%,能准确描述中空纤维膜吸收C6H6的过程.     

多级膜吸收天然气脱硫的实验研究

利用聚丙烯中空纤维膜组件为吸收器,甲基二乙醇胺作为液态吸收剂,采用多级级联的工艺,以含硫天然气为研究体系,研究了吸收液流量和压力与原料气的流量和压力对传质系数和H2S脱除率的影响。与传统的脱硫方法相比,投资费用减少40%,运行费用减少30%。研究结果表明:多级膜吸收技术脱硫效率可以达到95%以上,且随着吸收液流量的增大而增大;可将硫含量控制在2.5 mg/m3以下,达到输送或使用标准。     

聚丙烯中空纤维膜组件分离烟气中的CO2

膜吸收法在大型工业燃煤电厂二氧化碳（CO2）捕集方面具有很好的应用前景,但烟气组分对该技术效果影响还有待进一步研究。本文以单乙醇胺（MEA）为吸收剂,开展了疏水性聚丙烯（PP）中空纤维膜组件分离模拟烟气中的CO2的实验研究,考察了吸收操作条件以及燃煤烟气中水汽和SO2对膜组件吸收效率的影响。结果表明,试验的最佳液气比为24 L/m3;MEA的浓度为0.6 mol/L;膜组件进口的温度变化对吸收效率基本没有影响;CO2的浓度在10%～20%内变动对吸收效率影响不大。与CO2相比,SO2会优先发生吸收作用,而水汽则会吸附在聚丙烯中空纤维膜组件的孔壁上,产生毛细管凝聚现象,阻塞CO2的渗透吸收。     

CO2 removal by single and mixed amines in a hollow‐fiber membrane module—investigation of contactor performance

This work investigates CO₂ removal by single and blended amines in a hollow‐fiber membrane contactor (HFMC) under gas‐filled and partially liquid‐filled membrane pores conditions via a two‐scale, nonisothermal, steady‐state model accounting for CO₂ diffusion in gas‐filled pores, CO₂ and amines diffusion/reaction within liquid‐filled pores and CO₂ and amines diffusion/reaction in liquid boundary layer. Model predictions were compared with CO₂ absorption data under various experimental conditions. The model was used to analyze the effects of liquid and gas velocity, CO₂ partial pressure, single (primary, secondary, tertiary, and sterically hindered alkanolamines) and mixed amines solution type, membrane wetting, and cocurrent/countercurrent flow orientation on the HFMC performance. An insignificant difference between the absorption in cocurrent and countercurrent flow was observed in this study. The membrane wetting decreases significantly the performance of hollow‐fiber membrane module. The nonisothermal simulations reveal that the hollow‐fiber membrane module operation can be considered as nearly isothermal. © 2014 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 61: 955–971, 2015     

Absorption of Low Concentration Sulfur Dioxide Using Liquid-containing Microporous Membrane

The absorption of low concentration SO2 in flue gas by using the module of liquid-containing microporous membrane which is made up of hollow fiber and citric acid-sodium citrate buffer solution was investigated. The absorption efficiency of hydrophilic and hydrophobic membranes by using the concept of dynamic contact angle was mainly studied. The influences on absorption efficiency from absorption time, flowrate of gas phase, SO2 concentration of gas phase, air pressure, citrate concentration, pH value of solution as well as the generation of sulfate radical in absorption solution were examined. The results indicate that the hydrophobic hollow fiber membrane is better than hydrophilic membrane, the absorption efficiency decreases with increasing absorption time, gas phase flowrate, gas phase SO2 concentration and air pressure, the absorption rate and capacity of SO2 can be improved by increasing the citrate concentration, the absorption efficiency can be improved by increasing the pH value of citrate solution, the concentration of SO42- in absorption solution increases linearly with the absorption time at a rate around 0.192 g/(L×h).     

湿法脱硫净烟气中的细颗粒物对膜吸收CO2的影响

在使用膜吸收装置脱除燃煤电厂尾气中二氧化碳的实际应用中,膜吸收二氧化碳系统装配于湿法烟气脱硫系统(WFGD)出口是最适宜的选择。经过湿法脱硫的烟气中含有一定量的细颗粒物,这些颗粒物可能会影响膜的性能,因此有必要揭示细颗粒物对膜吸收二氧化碳的影响。本文采用模拟实验装置,选取飞灰、硫酸钙、硫酸铵3种颗粒物,考察了它们对聚丙烯(PP)中空纤维膜吸收二氧化碳的影响。结果表明:3种颗粒物通过膜组件时,均会在膜表面沉积,导致二氧化碳脱除效率下降;膜吸收二氧化碳的性能与颗粒物沉积程度呈负相关;3种颗粒物对膜吸收二氧化碳的影响程度从大到小依次为硫酸钙、硫酸铵、飞灰;颗粒物在膜表面沉积后很难被气体反吹,这会使膜基本失效。     

石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统的数值模拟

石灰石-石膏湿法脱硫工艺是目前应用最广泛的脱硫工艺。为了对脱硫工艺进行优化,本文基于双膜理论,以某电厂2×135MW机组燃煤锅炉的脱硫系统为研究对象,建立了石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统的数学模型,详细描述了脱硫工艺中的气液传质、化学反应的过程和机理。通过将模型求解结果与工业运行数据进行比较,发现计算结果与工业数据的吻合程度较高,并考察了几个关键工艺参数对脱硫效率的影响。计算结果显示,提高液气比或浆液pH值,脱硫率随之提高;增大入口SO_2分压或烟气流量,会导致脱硫率下降;循环浆液中的Cl-离子浓度不宜超过21 300 mg/L。本研究所建立的模型及研究结果,可以为石灰石-石膏法脱硫系统的设计和优化提供参考。     

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。     

中空纤维膜组件分离酸性气体

研究了气体膜分离与溶剂吸收相结合的分离技术.以NaOH水溶液为吸收剂,在中空纤维膜组件中实现二氧化硫气体的选择性吸收.研究了在三种不同结构的疏水性聚丙烯中空纤维膜组件中,吸收剂浓度、液速、气速、气液两相在膜组件内的流程、膜结构等对分离过程的影响;根据膜结构的实际参数确定了多孔膜的曲率因子,总传质系数的计算值与实验值相符.     

烟气膜吸收法脱除SO2的超声波强化处理

本文提出了以柠檬酸盐溶液为吸收剂、中空纤维膜组件为脱除SO₂的基本设备,并配有超声波强化吸收的技术模式,首次将超声波和膜技术应用于烟气脱硫过程。重点探讨了超声空化作用及其促进传质过程的机理,利用自主设计的超声膜吸收器进行了烟气脱硫研究,同时分析了超声对吸收液和中空纤维稳定性的影响。研究结果表明：在超声频率为20kHz,柠檬酸盐溶液浓度为0.5mol•L^-1, pH值为4.5的条件下,超声波对膜吸收SO₂有明显的促进作用,对吸收液温度有加热的副作用,同时超声波的加入对吸收液和膜材料的稳定性没有影响。     

CO2对石灰石脱硫剂的活化作用

在间歇式鼓泡反应器的烟气脱硫实验装置中,研究了CO2气体活化处理对石灰石脱硫剂浆液烟气脱硫效率的影响. 依据脱硫过程中石灰石脱硫剂浆液pH值随脱硫反应时间的变化规律,初步分析了CO2对石灰石脱硫剂的活化作用及活化后石灰石脱硫剂的烟气脱硫过程机理. 结果表明,CO2气体的活化处理促进了石灰石在水溶液中的溶解,进而改善了石灰石脱硫剂浆液的烟气脱硫反应活性,使处理后的石灰石脱硫剂浆液的烟气脱硫效率和脱硫剂的利用率提高. 基于流化床反应器连续过程的实验结果,证实了CO2对石灰石脱硫剂的活化作用. 为提高石灰石在烟气脱硫中的反应活性提供了一种新的工艺,可用于烟气脱硫中对石灰石脱硫剂浆液的活化.