海水烟气脱硫膜吸收单元及工艺研究

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1、第31卷第5期膜科学与技术Vol_31No．52011年1O月MEMBRANESCIENCEANDTECHN0L()GYOct．2011海水烟气脱硫膜吸收单元及工艺研究陈颖，关毅鹏，张召才，郭春刚，刘国昌，李晓明(国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所，天津300192)摘要：以海水作为吸收剂，采用自行研制的中空纤维管式膜接触器作为吸收单元，进行膜吸收法海水烟气脱硫过程模拟试验研究．考察膜接触器结构、膜填充密度、膜吸收单元工艺方式、模拟烟气so2浓度、温度、气液流量等因素对脱硫效率的影响．结果表明，提高烟气

2、温度、海水流量、膜接触器内气液分布均匀程度、气液相有效接触面积、增加膜吸收级数，均有利于提高脱硫率；烟气流量及S(_)2浓度的增大不利于S()2的脱除；烟气流经管程的气液流程方式利于提高脱硫率，但是气阻大，进气压力高，工程化应用难以实现．提高膜材料传质特性和优化设计膜接触器结构是提高膜吸收法烟气脱硫效率的根本途径．关键词：中空纤维膜；膜接触器；海水烟气脱硫；膜吸收中图分类号：TQ028．8；X701．3文献标识码：A文章编号：1007—8924(2011)05—0058—06膜吸收法海水烟气脱硫是将膜吸收与

3、海水烟气本项研究采用自制聚丙烯中空纤维管式膜接触脱硫工艺相结合的新型烟气脱硫技术，即以海水作器，广泛地考察膜接触器结构、膜填充密度、膜吸收为吸收剂，以膜接触器作为操作单元，气液两相可独单元连接方式、气液相工艺流程及流动速率、模拟烟立控制的脱硫过程．其特点是，疏水性膜材料可为气气SO浓度及温度等因素对脱硫效率的影响，为工液两相提供巨大的有效接触界面，易于单元化操作，程化应用试验奠定基础．高效稳定．以海水作吸收液，可省去大量配制吸收液1买验的淡水和药剂，无固态废弃物，节能环保．20世纪8O年代中期，Zhang和

4、Cussler[1将1．1原理聚丙烯中空纤维微孑L膜首先用于酸性气体吸收，研天然海水中含有大量可溶解的重碳酸盐，呈弱究结果发现，膜吸收体系的体积传质速率比传统的碱性(pH为7．5～8．3)，对S有较强的吸收能填充塔高2o倍左右．因此，与传统_=广艺相比，膜吸收力[．烟气通过疏水膜壁上的微孔与海水接触，气相法烟气脱硫在传质速率方面优势明显．中的SO透过膜微孔，与海水反应并被及日槠走，从目前，国内外关于膜吸收法烟气脱硫的研究焦而实现SO的脱除．点主要集中在吸收液的选择[、工艺参数探索l6]1．2实验材料以及膜吸

5、收机理研究l7等方面，相关膜吸收法海水1．2．1膜材料烟气脱硫的研究鲜有报道．孙雪雁l8]等率先以海水自制疏水性聚丙烯(PP)中空纤维膜．外径450作吸收液，将膜吸收法用于烟气脱硫过程，初步考察～55Om；壁厚30~50m；孔隙率52～729／5；气了以清水、海水以及与海水相同pH的NaOH溶液体通量2．4～7．2m。／(m·h)(O．010MPa)．耐酸为吸收液，对SO与空气混合气的脱硫效果，脱硫率碱、耐细菌腐蚀，机械强度高，其表面结构形态如图达到9O；同时考察了气液压差、气液相流速等因1所示．素对脱硫效

6、率的影响．收稿日期：2010—07—31；修改稿收到日期：2010—0929基金项目：2008海洋公益性行业科研专项经费项目(200805033)作者简介：陈颖(1960一)，女，长春市人，学士，教授级高级工程师，从事膜技术研发及应用，Email：chy786@torn．corn第5期陈颖等：海水烟气脱硫膜吸收单元及工艺研究1．3实验流程如图2所示，干燥的压缩空气经过压力缓冲罐3后，混入SO2制成模拟烟气，经流量计5进入膜接触器管程后由12排放；海水经水泵进入壳程．通过阀门分别控制气体和吸收液的流量、压力，

7、使气液两相平衡稳定．烟气管路在膜接触器进口和出口均设有取样口11．吸收烟气后的海水由13排放．图1PP中空纤维膜外表面SEM照片Fig．1TheSEMmicrographofthesurfaceofPPhollowfibermembrane1．2．2膜接触器自制系列聚丙烯中空纤维膜接触器，其编号、规格及结构性能参数见表1．表l试验用膜接触器规格及结构性能参数Table1Indexofexperimentalmembranecontactors’sizeandstructuralperformance1．空气

8、压缩机；2．汽水分离器；3．压力缓冲罐；4．二氧化碳硫钢瓶；5．气体流量计；6．精密压力表；7．膜接触器；8．液体流量计；9．海水泵；10．原海水箱；11．气体浓度检测口；12．气体排放口；13．液体排放口；14．阀门图2膜吸收法海水烟气脱硫模拟试验装置流程图Fig．2Schematicdiagramofexperimentalapparatus2结果与讨论注：密封胶为环氧树脂．1．2．3模拟烟气2．1膜吸收单元