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错流膜曝气—膜吸收耦合式海水烟气脱硫过程研究

邓梦轩  
【摘要】:伴随全球工业化进程,化石燃料已成为全球能源结构中最主要的组成部分,其燃烧所产生的二氧化硫气体及伴随产生的酸雨对生态环境和人类健康产生巨大危害,因此对工业烟气进行脱硫处理至关重要。膜吸收法海水烟气脱硫技术集合了海水烟气脱硫与膜吸收技术的诸多特点,与传统塔设备相比具有气液相单独控制、无液泛、雾沫夹带、接触面积大、设备结构紧凑等优势。与其他膜吸收过程类似,过程传质效率和集成化的提升是其研究与应用的重要方向。本文首次提出了一种错流式膜曝气-膜吸收耦合膜吸收过程,以海水为吸收剂,对其在烟气脱硫过程中的应用开展实验研究。详细考察了烟气浓度、气液流量、海水p H、海水浓度以及曝气量等过程因素对烟气脱硫性能的影响及规律,对比研究了膜曝气对SO_2吸收过程的影响,考察了此过程中空纤维膜性能变化。结果表明,由于曝气气泡的引入,耦合式膜吸收过程相较于普通过程具有更高的脱硫效率和传质性能;烟气流量和烟气浓度的增加对SO_2吸收过程有负面影响;曝气量、海水流量、海水p H以及海水浓度的增加对SO_2吸收有促进作用;使用前后膜表面SEM和接触角结果显示,虽然膜表面有杂质附着,膜接触角有少许下降,但聚丙烯中空纤维膜在使用一个月后表面孔结构及形貌无明显变化,疏水性能保持良好。同时,利用海水循环实验过程对海水重复利用以及曝气所形成气泡对SO_2吸收过程的影响机制进行了初步探索,结果表明:在海水循环利用条件下,SO_2吸收率、吸收通量、总传质系数、海水p H以及海水中碳酸盐浓度均随时间的增加而降低;SO_3~(2-)、SO_4~(2-)浓度随时间的加长而增加;海水p H变化与海水中碳酸盐浓度有关,整体分为下降期、缓冲期、骤降期和平稳期四个阶段。对气体为氮气、空气、氧气的曝气过程及无曝气的普通过程因素的研究表明:曝气类型对SO_2吸收率、总传质系数以及海水中的溶解氧含量的影响程度均为:氧气空气氮气不曝气,结果显示曝气除流体湍动作用外,所含氧气的氧化作用也在提高SO_2吸收性能方面起到了明显作用,但物理扰动作用大于化学氧化作用。


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