管 浩，張長森

(鹽城工學(xué)院材料工程學(xué)院，江蘇鹽城 224051)

研究開發(fā)

超重力煙氣脫硫的試驗(yàn)研究*

管 浩，張長森

(鹽城工學(xué)院材料工程學(xué)院，江蘇鹽城 224051)

該試驗(yàn)在超重力條件下以乙二胺為吸收劑進(jìn)行SO2吸收的研究。試驗(yàn)研究了轉(zhuǎn)速、氣液比、吸收液溫度對SO2吸收效率的影響。研究結(jié)果表明：旋轉(zhuǎn)填充床合適的操作條件為轉(zhuǎn)速1 000 r/min、吸收液溫度45 ℃，隨著氣液比的減小，SO2吸收效率增加，脫硫率可達(dá)到95%以上。

超重力技術(shù) 煙氣脫硫 試驗(yàn) 影響因素

隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，能源消耗量不斷增加，SO2排放量也在日趨增多，特別是工業(yè)窯爐排放的煙氣中含有的SO2污染對生態(tài)環(huán)境和人體健康帶來嚴(yán)重的影響。因此，加快煙氣脫硫技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)以及推廣應(yīng)用就越來越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。目前煙氣脫硫技術(shù)大致分為3類：干法、半干法和濕法[1-2]，其中濕法脫硫具有反應(yīng)速度和反應(yīng)過程較快、吸收效果較好的優(yōu)點(diǎn)而具有越來越廣泛的應(yīng)用。濕法脫硫一般是指吸收劑在漿狀或者液態(tài)條件下進(jìn)行脫硫，主要包括石灰石-石膏法、海水脫硫法、雙堿法、氨法等眾多的脫硫技術(shù)[3-7]。

超重力技術(shù)是指在比地球重力加速度9.8 m/s2大得多的條件下強(qiáng)化多相流傳遞及反應(yīng)過程的技術(shù)，獲取超重力條件的簡便方式主要是通過旋轉(zhuǎn)設(shè)備整體或部件形成離心力場而實(shí)現(xiàn)。這樣的旋轉(zhuǎn)設(shè)備被稱為超重力機(jī)或旋轉(zhuǎn)填充床，其具有體積小、質(zhì)量小、能耗低、易運(yùn)轉(zhuǎn)、易維修、運(yùn)行安全可靠、更能適應(yīng)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),使得超重力技術(shù)在環(huán)保和材料生物化工等工業(yè)領(lǐng)域中有廣闊的應(yīng)用前景[8-9]。

該試驗(yàn)是在超重力環(huán)境下進(jìn)行煙氣濕法脫硫，以乙二胺為吸收液，研究轉(zhuǎn)速、液體流量、氣體流量、吸收液溫度等因素對SO2吸收效率的影響。

1 試驗(yàn)流程

超重力煙氣脫硫以旋轉(zhuǎn)填充床作為反應(yīng)裝置，吸收液和混合氣體以逆流方式流經(jīng)反應(yīng)器，SO2氣體由流量計(jì)控制，N2做為惰性氣體稀釋混合氣體。氣體經(jīng)混合室混合后，經(jīng)進(jìn)氣管由切向引入超重力機(jī)外腔，在氣體壓力的作用下由轉(zhuǎn)子外緣處進(jìn)入填料；乙二胺吸收液經(jīng)泵由液體進(jìn)口管引入轉(zhuǎn)子內(nèi)腔，經(jīng)噴頭淋灑在轉(zhuǎn)子內(nèi)緣上。進(jìn)入轉(zhuǎn)子的乙二胺吸收液受到轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的離心力作用將液體由內(nèi)向外噴向填料，與含硫氣體在旋轉(zhuǎn)填料中混合吸收，直至甩到外殼匯集后經(jīng)液體出口管流出超重力機(jī)。氣體凈化后自轉(zhuǎn)子中心離開轉(zhuǎn)子，由氣體出口管引出，完成整個(gè)傳質(zhì)或反應(yīng)過程。在氣體的進(jìn)口和出口分別設(shè)置采氣口以便測量混合氣體中SO2含量。氣體中的SO2含量用二氧化硫分析儀POT400-SO2測定，液體流量用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測定。

試驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1 超重力煙氣脫硫試驗(yàn)流程

SO2吸收效率采用如下公式計(jì)算：

式中：η——SO2吸收效率，%； Cin——進(jìn)口氣體SO2體積分?jǐn)?shù)，%； Cout——出口氣體SO2體積分?jǐn)?shù)，%。

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗(yàn)原理

在水溶液中，溶解的SO2會發(fā)生如下的可逆水合和電離過程[10]。

在水中加入乙二胺作為吸收劑，通過和水中的氫離子發(fā)生反應(yīng)，形成胺鹽，使上式反應(yīng)向右移動，可以增加SO2的溶解量。

2.2 轉(zhuǎn)速對SO2吸收效率的影響

當(dāng)乙二胺質(zhì)量濃度為0.2 mol/L、φ(SO2)為1.5%、液體流量為2 L/h、氣體流量為0.2 m3/h、溫度為25 ℃時(shí)，轉(zhuǎn)速對SO2吸收效率的影響見圖2。

從圖2可見：隨著轉(zhuǎn)速的增加，SO2的吸收效率先增大后減小，當(dāng)轉(zhuǎn)速為1 000 r/min 時(shí)，

SO2

圖2 轉(zhuǎn)速對SO2吸收效率的影響

的吸收效率最大。其原因是在轉(zhuǎn)速較小時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的增加，高速旋轉(zhuǎn)的填料產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力場，物料被撕裂成滴狀、絲狀和膜狀的極小單元，增加了氣液接觸面積和更新速率，使氣液傳質(zhì)得到極大的強(qiáng)化，SO2的吸收效率迅速提高。當(dāng)轉(zhuǎn)速超過1 000 r/min 以后，由于轉(zhuǎn)速增加，液體在填料中停留的時(shí)間變短，使得表面更新速率對傳質(zhì)的強(qiáng)化作用減弱，SO2吸收效率反而會下降。同時(shí)，轉(zhuǎn)速越大能耗也越高。

2.3 液體流量對SO2吸收效率的影響

當(dāng)乙二胺質(zhì)量濃度為0.2 mol/L、φ(SO2)為1.5%、氣體流量為0.2 m3/h、溫度為25 ℃時(shí)，液體流量對SO2吸收效率的影響見圖3。

圖3 液體流量對SO2吸收效率的影響

從圖3可見：氣體流量保持不變的情況下，隨著液體流量的增加，SO2吸收效率也有所提高，其原因是增大液體流量，填料中的持液量也有所增加，致使傳質(zhì)阻力降低及有效傳質(zhì)比表面積增大，強(qiáng)化傳質(zhì)過程；同時(shí)液量的增加也增大了乙二胺體積含量，使得SO2吸收過程的推動力增大，強(qiáng)化氣液間傳質(zhì)速率，因此SO2吸收效率也有所增大。

2.4 氣體流量對SO2吸收效率的影響

當(dāng)乙二胺質(zhì)量濃度為0.2 mol/L、φ(SO2)為1.5%、液體流量為2 L/h、溫度為25 ℃時(shí)，氣體流量對SO2吸收效率的影響見圖4。

圖4 氣體流量對SO2吸收效率的影響

從圖4可見：保持液體流量不變的情況下，隨著氣體流量的增加，SO2吸收效率有所下降，其原因可能是隨著氣體流量的增加，氣體通過填料的速率加快，使得氣液之間的接觸時(shí)間大大縮短，SO2來不及與吸收液反應(yīng)就排出了填料層；氣量越大，單位體積吸收液需要反應(yīng)的SO2量越多，可能會導(dǎo)致煙氣脫硫不充分，達(dá)不到氣體排放需求。

2.5 吸收液溫度對SO2吸收效率的影響

當(dāng)乙二胺質(zhì)量濃度為0.2 mol/L、φ(SO2)為1.5%、液體流量為2 L/h、氣體流量為0.2 m3/h時(shí)，吸收液溫度對SO2吸收效率的影響見圖5。

圖5 吸收液溫度對SO2吸收效率的影響

從圖5可見：當(dāng)轉(zhuǎn)速為800 r/min 和1 000 r/min 時(shí)，隨著溫度的升高，對SO2的吸收效率有所增大，其原因是溫度升高提高了氣液傳質(zhì)系數(shù)，加快了氣液化學(xué)反應(yīng)速率，使得對SO2吸收效率有所提高；當(dāng)轉(zhuǎn)速為1 200 r/min 時(shí)，隨著溫度的升高，

對

SO2的吸收效率先增大后減小，其原因可能是溫度升高雖然強(qiáng)化了傳質(zhì)過程，但是也降低SO2在液相中的溶解度，較高的轉(zhuǎn)速加劇了液相分子的運(yùn)動，反而降低了SO2吸收效率。

3 結(jié)論

該試驗(yàn)研究了在超重力條件下，以乙二胺作為吸收劑進(jìn)行煙氣濕法脫硫，獲得良好效果。旋轉(zhuǎn)填充床合適的操作條件為：轉(zhuǎn)速1 000 r/min ，吸收液溫度45 ℃，隨著液體流量的增加和氣體流量的減小，SO2吸收效率增加，脫硫率達(dá)到95%以上。超重力技術(shù)因其設(shè)備高效、投資省、性價(jià)比高，在煙氣脫硫方面具有良好的應(yīng)用前景。

[1] 趙卷,張少峰,張占鋒.半干法煙氣脫硫技術(shù)新進(jìn)展[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2003,32(5):81-86.

[2] M R Stouffer, W A Mcelroy. Advanced coolside desulfurization process[J].Environmental Progress,1993,12(2):133-139.

[3] 徐明.煙氣二氧化硫污染控制技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào),2001,24(2):187-189.

[4] Farber P S. Emission Control Through Dry Serubbing[J].Environmental Proeess,1986, 5(3):178-183.

[5] 曾庭華,廖永進(jìn).石灰石/石膏濕法煙氣脫硫裝置性能試驗(yàn)及問題分析[J].華北電力技術(shù),2002(l):15-19.

[6] 莫?jiǎng)λ?雙堿法煙氣脫硫工藝的可靠性研究及工業(yè)應(yīng)用[D].杭州：浙江大學(xué),2006.

[7] 葛能強(qiáng),邵永春.濕式氨法脫硫工藝及應(yīng)用[J].硫酸工業(yè),2006(6):10-15.

[8] 陳海輝,簡棄非,鄧先和.化學(xué)吸收法測定旋轉(zhuǎn)填料床有效相界面[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào),1999(7):32-38.

[9] 趙曦,鄧先和,潘朝群，等.超重力技術(shù)及其在環(huán)保中的應(yīng)用[J].化工環(huán)保,2002(6):142-145.

[10] 王智友,陳雯,耿家瑞.有機(jī)胺煙氣脫硫現(xiàn)狀[J].云南冶金,2009,38(l):39-41.

Experimental study of flue gas desulphurization by high-gravity technology

GUANHao,ZHANGChangsen

(School of Materials Engineering, Yancheng Institute of Technology, Yancheng,Jiangsu, 224051，China)

The experiment studied the absorption of SO2by using the ethylenediamine as an absorbent under high-gravity. The effects of the rotating speeds, the gas to liquid ratios, and the temperatures of the absorbent liquid on the SO2absorption efficiency were analyzed. The results show that the rotating speed at 1 000 r/min and the temperature of the absorbent liquid at 45 °C are proper operational conditions for the rotating packed bed. The SO2absorption efficiency increases with the decrease of the gas to liquid ratios. The desulphurization efficiency of 95% and higher can be achieved.

high-gravity technology;flue gas desulphurization； experiment； impact factors

2017-03-28。

管浩，男，鹽城工學(xué)院材料工程學(xué)院副教授，主要從事環(huán)境功能材料的研究 。電話:13851062870; E-mail:guanhao@ycit.cn。 *基金項(xiàng)目： 江蘇省產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目(BY2015057-19)。

TQ111.16

B

1002-1507(2017)06-0001-03