富氧燃烧烟气冷凝塔钠碱法脱硫过程SO_2和CO_2共吸收建模与实验研究

建立SO_2与CO_2共吸收到钠基溶液中的吸收速率模型,假设该模型中SO_2的水解反应为瞬间反应;关于CO_2水解反应存在两种假设:有限动力学假设和瞬间反应假设。由这两种方法计算分别获得SO_2的吸收速率并与完全预混气液反应器中的的动态实验进行对比。采用瞬间反应假设可以预测反应速率的趋势,绝对反应速率误差仍然较大。而采用有限动力学假设的模拟值与实验值在pH3吻合良好。CO_2对SO_2吸收速率的影响主要通过影响气相传质系数和相同pH下溶液总硫浓度产生。根据CO_2存在与否对SO_2吸收速率的影响,获得五个不同的相互作用pH的区间。pH11.42时,SO_2/N_2吸收速率大于SO_2/CO_2,主要由于气相传质系数影响;7.8pH11.42时,SO_2/N_2的吸收速率和SO_2/CO_2吸收速率相似,主要由于气相传质系数和溶液总硫影响抵消;5.41pH7.8时,SO_2/CO_2的吸收速率相对较高,主要由于溶液总硫影响更大;2.8pH5.41时,SO_2/CO_2的吸收速率相对较低,主要由于气相传质系数影响;pH2.8时,SO_2/N_2和SO_2/CO_2吸收速率相似,主要受液相传质的控制。模拟同时获得不同pH下溶液中碳和硫相关离子的转化规律和SO_2吸收速率的控制步骤,为富氧燃烧冷却塔同时脱硫设备的设计和运行提供参考。     

燃煤烟气中SO2对氨法脱碳的影响

利用湿壁塔实验台对燃煤烟气中SO₂对氨水溶液［1%～7%(质量）］吸收CO₂的影响进行了实验研究,具体分析了不同反应温度（20～80℃）和CO₂体积分数（5%～20%）条件下,CO₂传质通量及传质系数随SO₂浓度和SO₂负载量的变化规律。结果表明, SO₂浓度由0增至11428 mg·m^-3,CO₂传质通量及传质系数均有一半左右降幅,而SO₂负载量［0.1～0.4 mol SO₂·（mol NH₃）^-1］的增加,同样导致CO₂传质通量及传质系数明显减小。氨水浓度及反应温度增加可有效提高CO₂传质通量和传质系数,相对降低SO₂对CO₂传质的影响。CO₂浓度的增加可明显提高其传质通量,但是CO₂的传质系数有所降低。     

氨法烟气脱硫SO2吸收传质系数研究

喷淋塔氨法脱硫技术被广泛应用于净化烟气的SO₂,传质系数是喷淋吸收塔重要的设计和运行参数,但目前文献中有关氨法脱硫传质系数的报道很少,还有待进一步研究。在喷淋塔中对氨法脱硫SO₂吸收传质过程进行了实验研究,结合对液滴和塔壁液膜运动的计算,得到不同实验条件下SO₂的吸收传质速率,并建立了氨法脱硫SO₂吸收传质系数表达式。该传质系数包含浆液pH、烟气流速u_g和液气比L/G等主要参数,能够反映不同pH、u_g和L/G条件下SO₂在单位气液接触面积上的传质速率。对比验证结果表明,该传质系数计算得到的SO₂吸收传质速率与实验值之间的相对误差小于±12%,二者能够较好地吻合。建立的传质系数表达式能够为喷淋塔氨法脱硫的优化设计和运行提供理论参考。     

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。     

基于pH测量的CO2吸收到钠基溶液动态实验及模型

采用基于pH测量的CO₂吸收速率研究方法。将pH与溶液中的成分相关联,采用分段拟合获得CO₂吸收速率,获得溶液成分对吸收速率的影响规律。对于低浓度的NaOH来说,吸收速率一直保持不变直到CO₂物理吸收到NaHCO₃溶液中。对于高浓度的NaOH,NaOH完全转化成Na₂CO₃时,吸收速率降低。但在两个吸收阶段中,吸收速率不变,CO₂物理吸收到NaHCO₃中时,吸收速率随CO₂饱和度的增加而降低。对CO₂吸收到NaOH中,CO₂和钠离子浓度都促进吸收,钠离子浓度影响更大;对于CO₂吸收到Na₂CO₃中,当Na₂CO₃浓度大于0.05mol/L,吸收速率不随浓度增加;对于CO₂吸收到NaHCO₃中,低浓度的钠可以促进CO₂吸收,而高浓度的钠抑制CO₂吸收,这主要由于析盐的作用。为避免CO₂大量吸收,优先选择0.5mol/L以上浓度的NaHCO₃。     

乙醇胺对介质阻挡耦合电晕放电同时脱除NO、SO2的影响

采用自行设计的介质阻挡耦合电晕放电等离子体反应装置进行了模拟烟气同时脱硫脱硝的研究,分别考察乙醇胺（HOCH₂CH₂NH₂,MEA）在不同模拟烟气体系中对NO、SO₂脱除的影响,深入探讨了MEA在放电过程中与NO的作用机理。结果表明：在N₂/O₂/SO₂/NO体系中,0.56% MEA的加入可以显著消除O₂对NO脱除的抑制作用;在N₂/CO₂/SO₂/NO体系中,MEA会吸收进入体系中的部分CO₂,以减弱CO₂对NO脱除的抑制;在N₂/O₂/CO₂/H₂O/NO/SO₂体系中,0.56% MEA的加入既可以有效减弱H₂O的影响,也可以使NO的脱除率达到71.28%,继续将MEA的体积分数增大至1.20%时,可将该体系下NO脱除率提高到81.25%;同时,MEA可以在短时间内高效吸收体系内的SO₂,且几乎不受其他气体成分的影响,SO₂脱除率保持在95%左右。     

N,N-二乙基乙醇胺(DEEA)溶液CO2吸收解吸性能的实验研究

胺法捕集回收二氧化碳工艺存在的最大缺陷是高吸收速率与低再生能耗不能共存,高效溶剂的开发是解决这一问题的有效途径之一。为筛选出吸收解吸综合性能良好的吸收剂,本文利用溶剂快速筛选实验装置对几种不同醇胺吸收剂进行了实验研究,主要从溶液吸收负载、吸收速率、解吸负载、解吸速率、循环容量及相对再生能耗等方面进行了分析比较,实验结果显示N,N-二乙基乙醇胺(DEEA)溶液表现出较好的CO₂捕获性能。此外,通过溶解度装置、填料吸收塔及再生塔分别对DEEA溶液的平衡溶解度、传质系数及再生能耗进行了实验研究与验证。实验结果表明:增加溶液浓度会降低其CO₂平衡溶解度;增加CO₂分压能增加其CO₂平衡溶解度;增大进料温度能增加溶液在填料塔中的传质系数;提高富液负载及贫液负载会降低溶液的再生能耗。因此,基于其较好的吸收解吸性能,DEEA是一种可以工业化应用的潜在吸收剂。     

微通道内醇胺/离子液体复配水溶液吸收CO2的传质特性

研究了微通道内醇胺[单乙醇胺(MEA)和甲基二乙醇胺(MDEA)]与离子液体[1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸([Bmim][BF₄])和1-羟乙基-3-甲基咪唑甘氨酸([C₂OHmim][GLY])]复配水溶液吸收CO₂的传质特性。考察了醇胺/离子液体浓度比(c_AA∶c_IL)对液相体积传质系数(k_La)的影响,发现k_La随反应速率的增大而增大。为进一步阐释复配水溶液吸收CO₂的传质机理,分析了比表面积、扩散速率、增强因子和液弹循环对传质速率的影响。结果表明,四种复配溶液中,反应速率和循环频率(f_cir)分别在低流率和高流率下对传质速率起主导作用。k_La可表示为f_cir的函数,低气相流率下k_La与f_cir呈线性关系,斜率与反应速率成正相关,高气相流率下,液弹循环因膜弹传递困难而对整体传质速率的影响减弱,k_La与f_cir呈指数关系,幂律指数小于1。     

沼气提纯过程中醇胺溶液吸收CO2传质性能

醇胺溶液吸收CO₂是沼气提纯领域重要的研究课题。在实验填料吸收塔中,以乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)为吸收剂,研究了吸收剂浓度、进气流量、CO₂浓度、进液温度对吸收过程转化率η、吸收速率N以及气相总体积传质系数K_Ga_e的影响。结果表明,吸收剂浓度增加可有效提高η、N及K_Ga_e;进气流率增加,η逐渐降低,N先增加后降低,K_Ga_e先增加后降低最终趋于稳定;随着CO₂浓度增加,η和K_Ga_e不断降低,N逐渐增加;随着进液温度升高,η和K_Ga_e均先升高后降低;MEA、DEA的最佳进液温度在40～60℃之间,并随CO₂负载量增大而逐渐降低。研究结果对于醇胺溶液吸收法沼气提纯技术的研究开发和实际应用有参考作用。     

NaOH-CO2体系下并流立体旋流筛板塔传质性能

二氧化碳捕集是应对全球气候变暖问题的重要技术之一。本文使用NaOH溶液和CO₂作为实验体系,在并流塔中对立体旋流筛板（TRST）的传质性能进行实验研究,测定并计算出全塔及塔板段的气相总体积传质系数[K_Ga_e,(K_Ga_e)_t],重点考察塔板安装数量和方式、空塔气相动能因子和喷淋密度、CO₂和NaOH浓度等参数的影响规律。研究结果表明,塔板段是传质过程的主要区间,增加塔板数量以及采用塔板逆向安装方式是提升传质性能的有效技术手段;塔板段的气相总体积传质系数随空塔气相动能因子和NaOH浓度的增加呈先增大后减小的趋势,随喷淋密度和CO₂浓度的增加而减小,最高可达12.18kmol/(m³·h·kPa);建立塔板段的气相总体积传质系数的经验模型,模型计算值与实验数据的吻合性较好,相对误差小于20%。     

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。     

离子液体水溶液吸收模拟烟气中SO2

建立了一套放大脱硫装置, 利用该装置研究了乙醇胺乳酸盐([MEA]L)水溶液在不同条件下吸收SO₂的性能, 确定出了较优的实验条件, 并在该条件下进行吸收-解吸SO₂循环实验。研究结果表明:烟气中SO₂的去除率随[MEA]L中水分的增加而增加;SO₂的去除率随着气液比的减少而增加, 在气液比为420, SO₂浓度为2850～14280 mg·m^-3范围内时, 出口烟气中SO₂浓度均小于285 mg·m^-3, 满足排放标准;烟气中的CO₂对[MEA]L水溶液吸收SO₂没有影响;利用蒸汽对富液进行解吸再生, 解吸后的贫液可以继续使用, 并且仍具有很高的SO₂去除率。     

Simultaneous desulfurization and denitrification of flue gas by pre-ozonation combined with ammonia absorption

A process of simultaneous desulfurization and denitrification of flue gas was conducted in this study. The flue gas containing 200 mg·m^-3 NO, 1000-4000 mg·m^-3 SO₂, 3%-9% O₂, and 10%-20% CO₂ was first oxidized by O₃ and then absorbed by ammonia in a bubbling reactor. Increasing the ammonia concentration or the SO₂ content in flue gas can promote the absorption of NO_X and extend the effective absorption time. On the contrary, both increasing the absorbent temperature or the O₂ content shorten the effective absorption time of NO_X. The change of solution pH had substantial influence on NO_X absorption. In the presence of CO₂, the NO_X removal efficiency reached 89.2% when the absorbent temperature was raised to 60 °C, and the effective absorption time can be maintained for 8 h, which attribute to the buffering effect in the absorbent. Besides, both the addition of Na₂S₂O₃ and urea can promote the NO_X removal efficiency when the absorbent temperature is 25 °C, and the addition of Na₂S₂O₃ had achieved better results. The advantage of adding Na₂S₂O₃ became less evident at higher absorbent temperature and coexistence of CO₂. In all experiments, SO₂ removal efficiency was always above 99%, and it was basically not affected by the above factors.     

富氧燃烧烟气压缩净化及高浓度CO2制备工艺研究

富氧燃烧技术是目前最有可能大规模推广和商业应用的碳捕集与封存技术之一,其中,烟气压缩净化及CO₂提纯对于整个富氧燃烧系统至关重要。然而,目前研究多聚焦于富氧燃烧后烟气压缩净化的工艺验证,而对烟气压缩纯化各单元运行特性的研究仍不深入,特别是烟气压缩净化过程杂质污染组分的迁移转化、系统运行参数与污染物脱除效率的关联仍不明确。且现有研究对净化后烟气的深度提纯及高浓度CO₂制备的关注也相对较少,直接关系到富氧燃烧系统运行经济性。因此,针对富氧燃烧烟气净化及CO₂提纯需求,系统探究了富氧燃烧烟气压缩纯化过程SO₂、NO_x吸收脱除以及CO₂深度提纯等各子系统的运行特性,其中SO₂与NO_x脱除采用压缩-酸液吸收,CO₂深度提纯采用低温精馏。结果表明:通过烟气净化可实现SO₂脱除效率达100%,NO脱除效率达99%,同时实现纯度为99.99%的食品级液态CO₂制备。烟气净化过程中,气相反应占据主导,提高压力可缩短反应时间;当SO₂吸收塔运行压力超过0.8 MPa时,SO₂脱除效率可达100%;当NO吸收塔运行压力超过3.0 MPa时,NO排放浓度可达超低排放标准。CO₂提纯过程中,提高压力会降低液体CO₂纯度。SO₂吸收塔运行压力为1.6 MPa、NO吸收塔运行压力为3.0 MPa、CO₂提纯塔运行压力为3.8 MPa时,系统整体功耗最低,为0.37 MJ/kg。     

A combination process of mineral carbonation with SO2 disposal for simulated flue gas by magnesia-added seawater

The desulfurization by seawater and mineral carbonation have been paid more and more attention. In this study, the feasibility of magnesia and seawater for the integrated disposal of SO₂ and CO₂ in the simulated flue gas was investigated. The process was conducted by adding MgO in seawater to reinforce the absorption of SO₂ and facilitate the mineralization of CO₂ by calcium ions. The influences of various factors, including digestion time of magnesia, reaction temperature, and salinity were also investigated. The results show that the reaction temperature can effectively improve the carbonation reaction. After combing SO₂ removal process with mineral carbonation, Ca²⁺ removal rate has a certain degree of decrease. The best carbonation condition is to use 1.5 times artificial seawater (the concentrations of reagents are 1.5 times of seawater) at 80°C and without digestion of magnesia. The desulfurization rate is close to 100% under any condition investigated, indicating that the seawater has a sufficient desulfurization capacity with adding magnesia. This work has demonstrated that a combination of the absorption of SO₂ with the absorption and mineralization of CO₂ is feasible.     

富氧燃烧烟气净化工艺研究进展

随着工业的快速发展,化石燃料消耗与日俱增,造成了大量温室气体CO₂的排放,全球气候变化形势不容乐观。为了减少CO₂排放,需要对高浓度CO₂进行捕获、利用与封存,而富氧燃烧技术能有效实现碳捕集,是目前最具潜力的碳减排技术之一。富氧燃烧过程中,SO_x、NO_x、Hg等污染物以及惰性气体的存在不利于碳的捕集与封存。烟气中各成分浓度会对管道运输、地质储存和提高采收率(EOR)产生影响,介绍了烟气中CO₂及各种杂质浓度的不同标准,系统综述了国内外脱硫、脱硝、脱汞和惰性气体脱除以及联合脱除技术的研究进展。脱硫部分除介绍传统脱硫技术外,重点描述了富氧燃烧烟气中CO₂气氛对SO_x脱除的影响以及加压条件下SO₂的转化与去除。发现CO₂气氛下SO₂的吸收速率相比N2气氛有所降低,且SO₂吸收过程中临界pH发生变化。脱硝部分重点描述了氧化吸收法脱硝技术以及加压条件下NO的氧化机理,并对高压下NO的氧化动力学进行阐述。随着压力的增加,NO氧化速率常数呈先下降后上升的趋势,且证明了反应器压力对液体夹带率的影响比较显著。总结了Hg脱除技术中不同烟气成分对Hg氧化的影响,HCl与Cl2起到了明显的促进作用。对活性炭进行改性,增加孔结构比表面积以及吸附剂表面的活性位点,提高Hg的脱除效率。介绍了惰性气体的净化技术,主要采用变压吸附方法来吸附和解吸附,降低了CO₂气流中惰性气体去除的成本,实现一部分惰性气体再次循环回到锅炉中,提高CO₂的捕获。重点讨论了在烟气压缩液化系统中的联合脱除技术,有效利用压缩过程条件将SO_x、NO_x、Hg分别以硫酸、硝酸、Hg(NO₃)₂形式协同去除,随着压力的增加,SO_x与NO_x去除效率提高,有利于SO₄^-2、NO₃^-、HADS和HAMS(N-S化合物)的生成,同时也导致了N2O生成量增多。证明了Hg与NO₂是气相反应,提出了高压下NO₂与Hg反应产物的不确定性。简单介绍了低温碳捕集技术,有潜力取代洗涤器和其他烟气处理方法,但目前还缺乏可行性的研究。未来需对不同压力下NO氧化速率常数的变化趋势进行解释,高压下NO_x与SO_x联合脱除的产物以及NO₂与Hg的反应产物进行分析。     

湿法烟气脱硫塔内传递与化学反应过程CFD模拟

以某330 MW燃煤发电机组湿法烟气脱硫塔为研究对象，采用欧拉-拉格朗日方法建立了塔内气-液两相流动、热质交换模型，以溶解平衡、质量守恒及电荷守恒描述浆液内13种溶质组分瞬时化学反应特性，通过用户自定义函数实现流动模型与传质模型、化学反应模型的耦合。基于上述模型预测了脱硫塔内气-液两相流动、液滴蒸发与SO₂化学吸收过程，获得了SO₂浓度与浆液pH的径向分布特性，详细分析了气-液流动对化学吸收特性的影响，结果表明局部液气比分布特性是影响SO₂径向分布的关键因素之一，可通过调控近壁区及主管道区的两相流动状态提高脱硫塔的吸收性能；随着气相侧SO₂浓度提高或液滴粒径减小，浆液pH下降速率增大且各化学组分浓度达到稳定状态用时缩短。     

喷淋鼓泡塔内氨水对烟气中As2O3的吸收特性

喷淋鼓泡塔内的反应是典型的气液两相流,为研究喷淋鼓泡内氨水对烟气中As₂O₃吸收特性,探索新型喷淋鼓泡技术的污染物一体化控制潜力,以空气和SO₂为模拟烟气,利用喷淋鼓泡吸收塔研究了液气比、浸液深度、氨水质量浓度、SO₂质量浓度对氨水吸收气相As₂O₃的影响。研究表明：氨水对As₂O₃的吸收效率随液气比增加先增大后趋于平缓;浸液深度增大,氨水吸收As₂O₃的效率降低;As₂O₃与氨水中OH^-作用生成的AsO₃^3-溶于氨水实现氨水对As₂O₃的吸收,氨水吸收As₂O₃的效率随氨水质量浓度的增大先上升后下降;碱性环境下,SO₂与NH₃作用生成SO₃^2-的水解增加了溶液中OH^-,促进了氨水对As₂O₃的吸收,又因SO₃^2-水解产生HSO₃^-电离出H⁺对部分OH^-中和以及NH₃挥发等因素,促进作用表现为吸收效率随SO₂质量浓度的增加先上升后下降。在氨水质量浓度为0.07%、SO₂质量浓度为525mg/m³、液气比10L/m³、浸液深度5cm时吸收效率达到最大82%。     

相变吸收酸性气体的发展现状

酸性气体,如CO₂、SO₂和H₂S的过量排放已经造成温室效应或酸雨等一系列环境危害。传统的溶剂吸收法由于技术成熟、成本低廉而得到了广泛应用,但它依然存在吸收剂再生能耗高、产物附加值低的缺点。近年来,一种新的吸收方式,相变吸收（即均相体系在吸收酸性气体后分为两相,酸性气体主要富集于其中一相）,引起了人们的广泛关注。该法在吸收剂再生时只需要对其中的富相进行处理,从而减少了处理量,降低了解吸能耗,且富相中的酸性气体作为一种已经被改性的原料可以直接用于合成含硫或含碳化学品,从根本上避免再生过程。本文阐述了相变吸收的研究现状,依次对CO₂、SO₂以及H₂S体系作了详细的介绍。将相变吸收分为液-液相变、液-固相变两类,介绍了两种相变吸收的研究进展,并分析比较了它们优缺点。在实际使用中,不同领域应综合考虑。目前,相变吸收实现了吸收剂对SO₂气体的质量吸收量为1.56g SO₂ /g DMEA,对H₂S的为0.205g H₂S/ g DBN,对CO₂的摩尔吸收量为1.87mol CO₂/mol （TETA/PEG200）,与其他方法相比,相变吸收的吸收量非常高。这些结果表明相变吸收是一种极具潜力的酸性气体捕集方式。