CN103432866A

CN103432866A - 一种膜吸收二氧化硫复合型捕集剂

Info

Publication number: CN103432866A
Application number: CN2013102846072A
Authority: CN
Inventors: 陆建刚; 潘偲; 陆春婷; 陈悦; 赵云龙; 张慧; 许正文
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2013-12-11

Abstract

本发明涉及液气分离领域，特别是涉及烟气的脱硫领域，更为具体的说是涉及一种膜吸收二氧化硫复合型捕集剂。本发明的目的在于提供一种能用于膜接触器吸收的二氧化硫吸收剂。本发明公开了的有机酸盐水溶液由柠檬酸盐和氨基酸盐的水溶液组成，所述柠檬酸盐与氨基酸盐的混合摩尔比为1：（0.5~3.0）。本发明提出的复合型捕集剂化学稳定性好，发泡性小，粘度小，原料来源丰富，易购买，价格便宜。应用本发明公开的捕集剂的脱硫工艺具有高传质系数，气液流动无扰动，传质阻力小，脱硫率高，操作方便，操作弹性大，不产生二次污染，能在膜接触器中稳定运行。

Description

一种膜吸收二氧化硫复合型捕集剂

技术领域

本发明涉及液气分离领域，特别是涉及烟气的脱硫领域，更为具体的说是涉及一种膜吸收二氧化硫复合型捕集剂。

背景技术

燃煤电厂、冶金行业等烟气中的SO₂是大气主要污染物之一，是酸雨的形成源。随着环境保护对大气污染物排放要求的日益提高,在烟气脱硫净化中,如何合理选用脱硫工艺,以较低投资和运行费用达到烟气脱硫后SO₂排放量符合国家排放标准的规定，是燃煤电厂、冶金行业等烟气脱硫健康发展的关键问题。因此，各种高性能SO₂吸收剂的开发是此领域研究的主题之一，近几年来，复合吸收剂由于其独特的性能已成为酸性气体吸收剂研究与开发的热门课题。

烟气脱硫（Flue gas desulfurization，简称FGD）技术中,按脱硫剂的种类常见的方法有：以CaCO₃（石灰石）为基础的钙法，以MgO为基础的镁法，以Na₂SO₃为基础的钠法，以NH₃为基础的氨法，以有机碱为基础的有机碱法。世界上90%以上的商业化烟气脱硫采用钙法脱硫技术，钙法分为湿法、干法和半干（半湿）法。湿法技术是采用含有吸收剂的溶液或浆液处理含硫烟气，该法具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及造成二次污染等问题。干法技术是吸收过程和产物的处理均在无水状态下进行，该法具有无废酸污水排出、设备腐蚀较轻，烟气温度无明显降低、二次污染少等优点，但存在脱硫效率低，反应速度较慢、设备庞大等问题。半干法技术是指脱硫剂在干燥状态下脱硫、在湿状态下再生（如水洗活性炭再生流程），或者在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物（如喷雾干燥法）的烟气脱硫技术。特别是在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物的半干法，以其既有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点，又有干法无污水废酸排出、脱硫后产物易于处理的优势而受到人们广泛的关注。在化学吸收烟气脱硫中，吸收剂的性能从根本上决定了SO₂吸收操作的效率，因而对吸收剂的性能有很高的要求。对于烟气进行化学吸收SO₂的过程，为了强化传质过程，提高脱硫效率，降低设备的投资和运行费用，对脱硫装置和操作也必须具备一定的要求。

复合吸收剂兼容了单一吸收剂的优良性能，在吸收过程中可提供更高的传质推动力、更高的吸收容量、更高的吸收速率和再生速率。因此复合吸收剂具有更高的优良性能，在烟气脱硫领域已得到了广泛的关注和应用。

膜气体吸收技术（简称膜吸收）作为膜分离与溶剂吸收气体技术相结合的新型气体分离过程，采用膜接触器作为脱硫装置，其具有稳定的传质界面、高比表面积、高传质效率，能耗低，装置体积小，操作稳定和弹性大等优势；膜接触器中的微孔膜仅仅是气液两相之间的屏障，对气体的分离无选择性，吸收剂在分离过程中提供了高选择性和高驱动力。因此开发与膜材质相兼容的高性能吸收剂具有特别重要的意义。目前，用于膜接触器吸收SO₂复合吸收剂较少，吸收性能也需要提高。我们在膜吸收SO₂复合吸收剂方面做了大量实验研究工作，提出了新颖高效的复合吸收剂，目前在烟气净化SO₂领域未见使用和报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能用于膜接触器吸收的二氧化硫吸收剂。

具体的方案如下：

1、一种膜吸收二氧化硫复合型捕集剂，由柠檬酸盐和氨基酸盐的水溶液组成，所述柠檬酸盐与氨基酸盐的混合摩尔比为1：（0.5~2.5）。

2、所述氨基酸盐为β-丙氨酸盐或者甘氨酸盐中的任意一种或者两种的混合物。

3、所述氨基酸盐为钠盐或者是钾盐。

4、所述柠檬酸盐为柠檬酸钠或者柠檬酸钾。

5、所述捕集剂为柠檬酸钠与β-丙氨酸钠的水溶液，或者为柠檬酸钠与β-丙氨酸钾的水溶液，或者为柠檬酸钾与β-丙氨酸钠的水溶液，或者为柠檬酸钾与β-丙氨酸钠的水溶液，或者为柠檬酸钠与甘氨酸钠的水溶液，或者为柠檬酸钠与甘氨酸钾的水溶液，或者为柠檬酸钾与甘氨酸钠的水溶液，或者为柠檬酸钾与甘氨酸钾的水溶液。

6、所述捕集剂中柠檬酸盐和氨基酸盐的总浓度为0.1~3.0mol/L。

7、所述捕集剂中柠檬酸盐与氨基酸盐的总浓度为0.5～2.0mol/L。

8、所述柠檬酸盐和氨基酸盐摩尔比为1：（1～1.5）。

本发明提出的捕集剂化学稳定性好，发泡性小，粘度小，原料来源丰富，易购买，价格便宜。应用本发明公开的捕集剂脱硫工艺具有高传质系数，气液流动无扰动，传质阻力小，脱硫率高，操作方便，操作弹性大，能在膜接触器中稳定运行。同时脱硫溶液不结垢，不堵塞，无腐蚀。本发明提出的复合型脱硫剂可以在膜接触器中使用，当然也可以在塔器类反应器（如鼓泡塔、填料塔、板式塔等）中使用。

附图说明

图1为膜吸收SO₂中捕集剂吸收性能评价装置。

其中：

1-1－N₂气体钢瓶，1-2－SO₂气体钢瓶，2－气体质控仪，3－混合稳流罐，4－膜接触器，5－蠕动计量泵，6－第一溶液储槽， 7－第二溶液储槽，8－红外气体分析仪，P－压力计，A－取样点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细描述。

实施例1

膜吸收二氧化硫复合型捕集剂的捕集吸收性能评价方法。

操作条件：室温（19-22℃），混合气压力0.11MPa，膜传质面积1.5 m²，气体流速0.5-2 L/min，液体流速200-500mL/min。

如图1所示，分别来自N₂气体钢瓶1-1和SO₂气体钢瓶1-2的气体经气体质控仪2计量后，进入混合稳流罐3形成含0.1%-0.6%（体积百分数）的SO₂混合气，经过气流稳流后的混合气进入膜接触器4中，混合气中SO₂通过膜孔扩散至膜另一侧，被复合型捕集剂吸收，进入液相，吸收后的气相从膜接触器另一端气体出口放出，膜接触器中的复合捕集剂来自第一溶液储槽6。复合捕集剂由蠕动计量泵5抽出，并将第一溶液储槽6中的复合捕集剂送入膜接触器4中，从而捕集扩散过来的SO₂。使用后的复合捕集剂被排出膜接触器4，并被第二溶液储槽7储存。

气相进出口组成由红外气体分析仪8测定。溶液组分经过取样后，由液相色谱仪测定，液相SO₂含量采用分光光度法测定。

评价标准：

总体积传质系数K _G a：

Figure 2013102846072100002DEST_PATH_IMAGE001

SO₂脱除率η：

式中G、A和L分别为气相体积流速、膜横截面积和膜长度，C _g,in和C _g,out分别为气相进出口SO₂浓度。

实施例2

在本实施例中膜吸收二氧化硫复合型捕集剂为柠檬酸钾/柠檬酸钠与甘氨酸盐的水溶液，柠檬酸钾/柠檬酸钠与甘氨酸盐在水溶液中的总浓度为0.1~3.0mol/L，柠檬酸钾/柠檬酸钠与甘氨酸盐的摩尔比为1:（0.5~2.5）。

在本实施例中甘氨酸盐可以是甘氨酸钠、甘氨酸钾或者是甘氨酸钠与甘氨酸钾的混合物。

采用实施例1中的性能评价方法进行检测。

工艺操作条件：室温，气相压力0.11MPa，混合气SO₂含量0.1%-0.6%（体积百分数），膜传质面积1.5m²，气速：0.5-2L/min，液速：200-500mL/min。

各种脱硫剂在各种条件下的性能评价结果见表1所示。

表1 复合型脱硫剂性能评价结果

结果表明：本发明公开的复合捕集剂适应性高，不仅适应低浓度烟气，也适应高浓度烟气，使用的吸收剂浓度范围宽，气液速操作弹性大，SO₂脱除率高，大于99%，膜装置传质系数大，在0.26~0.35之间。

实施例3

用于分离混合气中二氧化硫的有机酸盐水溶液为柠檬酸钾/柠檬酸钠与β-丙氨酸盐的水溶液，柠檬酸钾/柠檬酸钠与β-丙氨酸盐在水溶液中的总浓度为0.1~3.0mol/L，柠檬酸钾/柠檬酸钠与β-丙氨酸盐的摩尔比为1:（0.5~2.5）。

在本实施例中β-丙氨酸盐可以是β-丙氨酸钠、β-丙氨酸钾或者是β-丙氨酸钠与β-丙氨酸钾的混合物。

采用实施例1中的性能评价方法进行检测。

各种脱硫剂在各种条件下的性能评价结果见表2所示。

表2复合型脱硫剂性能评价结果

结果表明：复合型捕集剂适应性高，不仅适应低浓度烟气，也适应高浓度烟气，使用的吸收剂浓度范围宽，气液速操作弹性大，SO₂脱除率高，大于99%，膜装置传质系数大，在0.24-0.34。

Claims

1.一种膜吸收二氧化硫复合型捕集剂，其特征是所述溶液由柠檬酸盐和氨基酸盐的水溶液组成，所述柠檬酸盐与氨基酸盐的混合摩尔比为1：（0.5~2.5）。

2.根据权利要求1所述的膜吸收二氧化硫复合型捕集剂，其特征在于：所述氨基酸盐为β-丙氨酸盐或者甘氨酸盐中的任意一种或者两种的混合物。

3.根据权利要求2所述的膜吸收二氧化硫复合型捕集剂，其特征在于：所述氨基酸盐为钠盐或者是钾盐。

4.根据权利要求1所述的膜吸收二氧化硫复合型捕集剂，其特征是：所述柠檬酸盐为柠檬酸钠或者柠檬酸钾。

5.根据权利要求2所述的用于膜吸收二氧化硫复合型捕集剂，其特征是：所述有机酸盐水溶液为柠檬酸钠与β-丙氨酸钠的水溶液，或者为柠檬酸钠与β-丙氨酸钾的水溶液，或者为柠檬酸钾与β-丙氨酸钠的水溶液，或者为柠檬酸钾与β-丙氨酸钠的水溶液，或者为柠檬酸钠与甘氨酸钠的水溶液，或者为柠檬酸钠与甘氨酸钾的水溶液，或者为柠檬酸钾与甘氨酸钠的水溶液，或者为柠檬酸钾与甘氨酸钾的水溶液。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的膜吸收二氧化硫复合型捕集剂，其特征是：所述有机酸盐水溶液中柠檬酸盐和氨基酸盐的总浓度为0.1~3.0mol/L。

7.根据权利要求6所述的用于分离混合其中二氧化硫的有机酸盐水溶液，其特征是：所述有机酸盐水溶液中柠檬酸盐与氨基酸盐的总浓度为0.5～2.0mol/L。

8.根据权利要求1所述的用于分离混合其中二氧化硫的有机酸盐水溶液，其特征是：所述柠檬酸盐和氨基酸盐摩尔比为1：（1～1.5）。