CN101091873B - 一种膜吸收法海水脱除烟气中二氧化硫的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种膜吸收法海水脱除烟气中二氧化硫的工艺方法，属于大气污染控制技术领域。其特征在于烟气经除尘、海水循环冷却系统降温后，由气体压缩机和流量、压力控制元件调节到一定的压力后进入疏水性中空纤维膜吸收器的腔(壳)体。海水粗滤后，由流量控制元件进入膜吸收器壳(腔)体作为脱硫吸收液。本方法通过控制气、液两相压力差，利用疏水膜上的微孔使气液两相分别在膜内外流动，不发生相间混合，两相流动互不干扰，避免了传统湿法脱硫的缺点。本发明的效果和益处是具有脱硫效率高、安装灵活、占地面积小、尺寸易于调整、流量可变等优势，对于沿海、岛屿、船舶等海水资源丰富的场合，膜吸收法海水脱除烟气中二氧化硫的方法具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于大气污染控制技术领域，涉及一种用海水作二氧化硫吸收液的疏水性中空纤维膜吸收器分离烟气中二氧化硫的工艺方法。
背景技术
SO2是大气污染物中传播距离较远、危害较大的一种酸性气器，主要来自化工尾气及煤、石油等化石燃料的燃烧。湿法脱硫工艺是一种脱硫效率较高的烟气脱硫方法，传统的SO2湿法脱除工艺需通过塔或柱来实现气液接触，设施占地面积大、投资高、运行费用高、安装不灵活。另外由于吸收过程气液两相直接接触，该工艺易受液泛、漏液和雾沫夹带等流体力学条件的限制，吸收液径向分布不均匀，
海水是地球最丰富的水资源，占地球总水量的97.2％，占地球表面积的3/4；海水呈碱性，pH值在7.8～8.5，是一种天然的脱硫吸收剂。目前，利用填料塔的海水脱硫技术在国内外已经得到工业化应用，但由于填料塔占地广、投资高、运行费用高、安装不灵活，不可避免的带来一些塔式吸收器固有的缺点。
发明内容
本发明的目的就是克服现有填料塔式海水脱硫技术的不足，提供一种膜吸收法海水脱除烟气中二氧化硫的工艺方法。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
本发明的装置包括：1除尘器，2烟气冷却系统，3气体压缩机，4气体流量控制元件，5、6气体压力阀，7海水过滤器，8耐腐蚀泵，9海水流量控制元件，10、11液体压力阀，12疏水性中空纤维膜组件。
本发明工艺方法如下：
(一)待处理烟气依次经过1除尘器除尘、2烟气冷却系统的海水循环冷却、3气体压缩机和4气体流量控制元件，最后经5、6气体压力阀的调控后达到泡点压力范围要求后进入12疏水性中空纤维膜组件的管(壳)程；
(二)海水经过7海水过滤器的粗滤，去除杂质后经过8耐腐蚀泵、9海水流量控制元件、10液体压力阀和11液体压力阀的调控后达到泡点压力范围要求后进入12疏水性中空纤维膜组件的壳(管)程作为二氧化硫的吸收液；
(三)烟气中的二氧化硫通过膜丝表面的微孔与海水发生反应，膜组件的运行模式为不润湿模式；通过调整4气体流量控制元件和5、6气体压力阀以及9海水流量控制元件和10、11液体压力阀使气液两相压力差维持在12疏水性中空纤维膜组件的泡点压力范围内，实现膜组件的不润湿模式；气液两相分别稳定在中空纤维膜的内外两侧，不发生直接接触，达到脱除烟气中二氧化硫的目的。
整个处理系统可设计为一体式处理装置，也可设计为分体式处理装置，根据烟气浓度和流量的变化要求，可通过8耐腐蚀泵、9海水流量控制元件、10液体压力阀和11液体压力阀来调整海水流量，运行参数灵活可变。
本发明的效果和益处是：
(1)膜吸收法海水脱除SO2工艺可有效地避免传统海水填料吸收塔的缺点，气液两相的流动互不干扰，流量可以各自在很宽的范围内变动，膜组件可以提供很高的传质比表面积，获得较高的总传质系数。对烟气中二氧化硫的脱除效率较高，达到高效分离的目的；
(2)用海水作二氧化硫的吸收液，与以往方法采用NaOH、柠檬酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠等溶液为吸收液相比，可大大降低吸收液成本；
(3)整个处理系统可设计为一体式处理装置，也可设计为分体式处理装置。根据烟气浓度和流量可随意调整海水流量，运行参数灵活可变。安装灵活、运行方便、所占空间较小；
(4)海水作烟气进入中空纤维膜吸收器前的冷却水，降低了冷却水成本；
(5)通过控制气液两相的压力差，将气液两相分别稳定在疏水性中空纤维膜的内外两侧，中空纤维膜处于不润湿模式；
(6)吸收完二氧化硫的海水需经过空气曝气后，海水中的亚硫酸根离子(SO3 2-)氧化为稳定的硫酸根离子(SO4 2-)，吸收完二氧化硫的海水要被天然海水中和到pH值7以上后，才排放，对环境友好。
膜吸收法海水脱除烟气中二氧化硫的工艺方法由于其高效脱硫效果和明显的技术优势，加上近些年来随着膜技术的发展，膜材料质量和性能的提高以及膜材料价格的降低，膜吸收法海水脱除SO2具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是膜吸收法海水脱除烟气中二氧化硫的工艺方法流程图。
图中：1除尘器；2烟气冷却系统；3气体压缩机；4气体流量控制元件；5、6气体压力阀；7海水过滤器；8耐腐蚀泵；9海水流量控制元件；10、11液体压力阀；12疏水性中空纤维膜组件。
图2是膜吸收法海水脱除烟气中二氧化硫的实验系统和装置示意图。
图中：13二氧化硫钢瓶；14空气泵；15气体压力表；16气体流量计；17海水压力表；18海水流量计；19、20和21是气体二氧化硫浓度检测装置；22水泵；23气体干燥设备；24四通阀。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本发明工艺方法的实施例。
如图2所示，疏水性中空纤维膜吸收器由直径10mm，有效长度220mm的玻璃管内装填64根外径600μm、内径500μm左右的疏水性聚丙烯中空纤维超滤膜组成，膜丝为拉伸法制得。膜丝表面微孔大小为0.07～0.1μm，膜丝壁厚为50μm。
实验气体由空气和SO2混合来模拟烟气，其中空气经过气泵压缩和干燥管干燥，SO2由钢瓶释放，二者通过混合器混合均匀后，进入膜吸收器的中空纤维丝内管程；吸收液经由防腐蚀泵进入膜吸收器的壳程。通过调节流量计和微调阀门来分别调节气体和吸收液的流量、压力及浓度，使气液两相稳定在疏水性中空纤维膜的内外两侧。吸收前和吸收后的气体浓度通过四通阀的转换开关进入检测系统检测。吸收过SO2的海水经过空气曝气氧化后，pH值增大，再用天然海水中和至中性，从而达标排放。
将SO2浓度为1500ppm的烟气以0.2m3/h的流量通入中空纤维膜吸收器的管程内，海水以30L/h的流量进入中空纤维膜吸收器的壳程内，气相压力为11kPa，液相压力为9kPa，开机50分钟后，二氧化硫脱除率一直保持在95％以上。吸收完SO2的海水开始时pH值为6.9，经过空气曝气后，pH值为7.3。
Claims (3)
1.一种膜吸收法海水脱除烟气中二氧化硫的工艺方法，其特征如下：
(一)膜吸收法海水脱除烟气中二氧化硫的装置包括除尘器(1)、烟气冷却系统(2)、气体压缩机(3)、气体流量控制元件(4)、气体压力阀A(5)，气体压力阀B(6)、海水过滤器(7)、耐腐蚀泵(8)、海水流量控制元件(9)、液体压力阀A(10)、液体压力阀B(11)和疏水性中空纤维膜组件(12)；
(二)待处理烟气依次经过除尘器(1)除尘、烟气冷却系统(2)的海水循环冷却、气体压缩机(3)和气体流量控制元件(4)，最后经气体压力阀A(5)和气体压力阀B(6)的调控后达到泡点压力范围要求后进入疏水性中空纤维膜组件(12)的管程；
(三)海水经过海水过滤器(7)的粗滤，去除杂质后经过耐腐蚀泵(8)、海水流量控制元件(9)、液体压力阀A(10)和液体压力阀B(11)的调控后达到泡点压力范围要求后进入疏水性中空纤维膜组件(12)的壳程作为二氧化硫的吸收液；
(四)烟气中的二氧化硫通过膜丝表面的微孔与海水发生反应，疏水性中空纤维膜组件的运行模式为不润湿模式；通过调整气体流量控制元件(4)、气体压力阀A(5)、气体压力阀B(6)、海水流量控制元件(9)、液体压力阀A(10)和液体压力阀B(11)使气液两相压力差维持在疏水性中空纤维膜组件(12)的泡点压力范围内，实现疏水性中空纤维膜组件的不润湿模式；气液两相分别稳定在中空纤维膜的内外两侧，不发生直接接触，达到脱除烟气中二氧化硫的目的。
2.根据权利要求1所述的一种膜吸收法海水脱除烟气中二氧化硫的工艺方法，其特征在于：疏水性中空纤维膜组件(12)中二氧化硫的吸收液为海水，烟气冷却系统(2)中的冷却水也为海水。
3.根据权利要求1所述的一种膜吸收法海水脱除烟气中二氧化硫的工艺方法，其特征在于：根据烟气浓度和流量的变化要求，通过耐腐蚀泵(8)、海水流量控制元件(9)、液体压力阀A(10)和液体压力阀B(11)调整海水流量。
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