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超重力吸收法脱除CO的基础研究

张祎  
【摘要】:密闭空间与外界隔绝或者没有气体交换,由于工作人员活动以及设备、仪器的运行会在密闭空间内产生大量有毒有害气体,主要包括CO、CO_2、SO_2、H_2S等,这些气体具有浓度低,危害大等特点。其中CO气体,由于化学性质稳定,几乎不溶于所有溶剂,其净化研究一直是行业难题,特别是低浓度CO气体的净化鲜有文献报道。现有的CO净化技术主要包括催化氧化法,吸附法,深冷法等,将这些方法应用于密闭空间内低浓度CO净化时,往往存在占用空间大、净化效果差等问题。基于旋转填料床(RPB)体积小、传质系数高的特点,提出使用RPB作为反应器,与络合吸收法相结合,尝试在常温常压条件下使用液体吸收法净化低浓度CO气体。 本文分析了Cu~+离子与CO的络合反应机理,建立了吸收过程模型,认为该反应是个快速吸收的过程,传质过程对于反应的影响较大,将超重力技术与络合吸收技术结合,可以开发出一种新型的CO净化方法。 实验以CO的饱和吸收容量为指标,进行了CuCl-MgCl_2水溶液溶质配比的筛选,确定了适用的溶剂配比CuCl为2.6mol/L,MgCl_2为4.9mol/L,该吸收剂的密度为1090kg/m~3,粘度为10.2×10~(-3)Pa·s,表面张力为50.94mN/m。常温下1L该吸收液的高纯CO吸收容量为51.9L,且温度对该吸收液吸收容量的影响不明显。结果表明:该溶液适合用作CO净化吸收的吸收剂。 以空气和纯CO配制低浓度(1000ppm以下)的CO气体,在鼓泡吸收装置中考察处理气量、模拟气中初始CO浓度及溶液配制过程的搅拌时间等因素对脱除率的影响,结果表明:CO的脱除率随着入口气量的增大而减小;随着CO初始浓度的升高而升高;随着溶液配制过程搅拌时间增多而增大,且搅拌时间达到3h后CO脱除率基本保持不变。CO初始浓度为860ppm时,在鼓泡设备中CO脱除率可达30%左右,吸收液对低浓度的CO气体具有一定的吸收能力。 为了满足密闭空间对吸收设备体积的要求,在微型超重力内进行了吸收实验,考察了超重力因子、气体流量、液体流量及溶液配制过程搅拌时间对CO脱除率的影响,其气量、液量变化规律与小试实验基本一致。在适宜的操作条件:液量80L/h,超重力因子69.80(约1000rpm),气量2m~3/h下,对1m~3初始浓度为860ppm的低浓度CO气体进行循环吸收实验,经过6次循环出口CO浓度降至342ppm,去除率达到60.23%。 本文将超重力技术与络合吸收技术相结合,实现了对低浓度CO气体的吸收净化。其优点在于处理气体无需预处理,设备体积小,便于安装放置;在净化CO的同时不会对密闭环境造成新的污染,也不会消耗密闭空间内有限的O_2。拓宽了超重力技术的应用领域,开拓低浓度CO气体净化的新思路,为后续的研究工作提供了基础。


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