超重力旋轉(zhuǎn)床rpb的應(yīng)用

1超重力技術(shù)脫硫中國(guó)的煤炭消費(fèi)約占能源消費(fèi)的70%。由于煤中含有硫,燃燒后生成SO2,若不經(jīng)處理排入到大氣中,很容易形成酸雨,嚴(yán)重破壞環(huán)境并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì),2005年我國(guó)由酸雨造成的損失超過(guò)1100億元,因此必須對(duì)燃煤煙氣進(jìn)行脫硫處理[1~3]。目前常用的煙氣脫硫技術(shù)有濕法石灰石/石灰煙氣脫硫技術(shù)、噴霧干燥法煙氣脫硫技術(shù)、爐內(nèi)噴吸收劑/增濕活化煙氣脫硫工藝、海水脫硫技術(shù)、電子束煙氣脫硫技術(shù)等,其中濕法脫硫技術(shù)應(yīng)用約占整個(gè)工業(yè)化脫硫裝置的85%左右,而濕式石灰石/石灰法又占濕法的近80%,該方法是利用成本低廉的石灰和石灰石作為吸收劑吸收煙氣中的SO2,生成半水亞硫酸鈣或石膏。該法主要優(yōu)點(diǎn)是脫硫效率高,吸收劑利用率高,缺點(diǎn)是投資大、運(yùn)行費(fèi)用高并存在設(shè)備腐蝕、結(jié)垢、堵塞等問(wèn)題。與鈣法相比,采用鈉堿雙堿法脫硫具有以下優(yōu)點(diǎn):生成的鈉鹽溶解度很大,可避免結(jié)垢和設(shè)備的堵塞;鈉鹽吸收能力強(qiáng),在較高的氣液比下仍有較高的脫硫效率;吸收SO2后得到的產(chǎn)物體系適合再生和循環(huán)操作,有利于處理煙氣。超重力技術(shù)是一種能夠極大強(qiáng)化相間傳質(zhì)過(guò)程的新型過(guò)程強(qiáng)化技術(shù),它通過(guò)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生超重力環(huán)境,突破了傳統(tǒng)傳質(zhì)設(shè)備重力場(chǎng)限制的局限性。研究結(jié)果表明,在超重力環(huán)境下,不同相間的傳質(zhì)過(guò)程比常規(guī)重力場(chǎng)下的要快得多,氣液、液液、液固兩相在比地球重力場(chǎng)大上百倍至千倍的超重力環(huán)境下的多孔介質(zhì)或孔道中產(chǎn)生流動(dòng)接觸,巨大的剪切力和快速更新的相界面,使相間傳質(zhì)速率比傳統(tǒng)的塔器中的提高1~3個(gè)數(shù)量級(jí),傳質(zhì)過(guò)程得到極大強(qiáng)化。本研究以超重力旋轉(zhuǎn)床為吸收設(shè)備,以亞硫酸鈉溶液為吸收劑,采用并聯(lián)操作方式,進(jìn)行了超重力法脫除煙氣中SO2的試驗(yàn)研究,考察了吸收液中鈉離子濃度、旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)速、氣液比(l=G/L)等操作條件對(duì)脫除率的影響,為超重力技術(shù)在煙氣脫硫中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。2實(shí)驗(yàn)原理和過(guò)程2.1鈉脫硅法Na2SO3與SO2的反應(yīng)過(guò)程如下:2.2主要實(shí)驗(yàn)原材料SO2氣體(≥99.9%),北京華元?dú)怏w化工有限公司;無(wú)水Na2SO3(AR),北京化工廠。2.3儀器和儀器(1)自制超重力旋轉(zhuǎn)填充床,其填料為RS鋼絲網(wǎng)填料,軸向厚度100mm。轉(zhuǎn)子內(nèi)徑130mm,外徑355mm;(2)離心通風(fēng)機(jī)(9-19NO4A);(3)離心泵;(4)LZB型玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì),常州流量計(jì)廠生產(chǎn);(5)煙氣分析儀(SGA94型),英國(guó)KANE公司;(6)手持式酸度計(jì)(F-20ApH/mV/℃計(jì)),北京屹源電子儀器科技公司生產(chǎn)。2.4超重力旋轉(zhuǎn)床內(nèi)腔實(shí)驗(yàn)用超重力旋轉(zhuǎn)床如圖1所示。圖2為實(shí)驗(yàn)流程示意圖。來(lái)自鋼瓶的SO2經(jīng)減壓閥減壓后經(jīng)由轉(zhuǎn)子流量計(jì)后與由離心通風(fēng)機(jī)輸送的空氣混合,從氣體進(jìn)口管進(jìn)入超重力旋轉(zhuǎn)床內(nèi)腔。在吸收液儲(chǔ)罐內(nèi)配好的吸收液由離心泵輸送,調(diào)節(jié)流量后由旋轉(zhuǎn)填充床上部的液體分布器噴灑在填料表面。氣體和液體在腔體及填料表面并流接觸并發(fā)生反應(yīng),液體由轉(zhuǎn)子內(nèi)緣沿填料向外緣流動(dòng),并被拋到外殼匯集后經(jīng)旋轉(zhuǎn)填充床下部的液體出口管排入廢液儲(chǔ)罐,氣體經(jīng)過(guò)填料后由氣體出口管排出,完成SO2的吸收過(guò)程。3分析與討論的結(jié)果3.1鈉離子濃度對(duì)二氧化硫脫除率的影響鈉離子濃度為0.15~0.35mol?L-1,模擬煙氣中SO2濃度為3480~3640mg?m-3,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為900r?min-1,煙氣流量G為410m3?h-1,吸收液流量L為450L?h-1,圖3給出了鈉離子濃度對(duì)二氧化硫脫除率的影響?？梢钥闯?二氧化硫脫除率隨著鈉離子濃度增大而上升。當(dāng)鈉離子濃度小于0.20mol?L-1時(shí),SO2的脫除率隨鈉離子濃度的升高迅速上升,而在鈉離子濃度大于0.20mol?L-1后,脫除率的升高速率變緩。這是因?yàn)殁c離子濃度越高,單位體積吸收液的脫硫容量就越大,同時(shí),在其它條件不變的條件下,吸收液與SO2的反應(yīng)速度也隨鈉離子濃度的增加而加快,所以,二氧化硫的脫除率隨鈉離子濃度的升高而上升。然而,當(dāng)吸收液中鈉離子濃度達(dá)到一定程度后,超重力設(shè)備出口氣體中的SO2濃度已非常低,與吸收液反應(yīng)掉的SO2的量隨鈉離子濃度的升高增加得很少,所以脫除率的上升速率變緩。3.2轉(zhuǎn)速對(duì)二氧化碳脫除率的影響吸收液中鈉離子濃度為0.25mol?L-1,模擬煙氣中SO2濃度為3450~3540mg?m-3,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為400~1200r?min-1,模擬煙氣流量G為400m3?h-1,吸收液流量L為550L?h-1,圖4給出了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速對(duì)二氧化硫脫除率的影響。從圖4可以看出,二氧化硫的脫除率隨著轉(zhuǎn)速升高而升高。RPB通過(guò)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的巨大的離心力使液體在填料層中被剪切成滴狀、絲狀和膜狀,從而極大增大氣液接觸面積和表面更新速率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳質(zhì)的強(qiáng)化。轉(zhuǎn)速越大離心力越強(qiáng),越有利于強(qiáng)化氣液間的傳質(zhì)過(guò)程,但是轉(zhuǎn)速越大能耗越高,因此需要根據(jù)具體的需要來(lái)確定適合的轉(zhuǎn)速。3.3氣液比對(duì)二氧化碳脫除率的影響吸收液中鈉離子的濃度為0.25mol?L-1,原料氣中SO2濃度為3420~3580mg?m-3,RPB轉(zhuǎn)速為900r?min-1,模擬煙氣流量G為400m3?h-1,吸收液流量L為350~600L?h-1,圖5給出了氣液比對(duì)二氧化硫脫除率的影響?？梢钥闯?當(dāng)氣液比小于850時(shí),二氧化硫脫除率隨l增大而緩慢降低,之后隨著氣液比的增大,二氧化硫脫除率下降的速率明顯加快。氣液比l越小,則單位體積待處理煙氣分配到的吸收液就越多,這有利于提高脫除率。但是隨著l的減小,所需的吸收液增多,加大了泵的負(fù)荷。氣液比l越大,單位體積吸收液分配到的待處理煙氣就越多,二氧化硫的脫除率隨之下降,但脫硫過(guò)程的操作成本有所降低。因此,在滿足二氧化硫排放要求的情況下,應(yīng)盡可能提高吸收過(guò)程的氣液比,以降低操作成本。從圖5中可以看出,在氣液比l為1140時(shí),脫除率仍達(dá)到91.5%(超重力設(shè)備出口氣體中SO2濃度約為300mg?m-3),能夠滿足煙氣排放要求。4rpb/鈉離子濃度對(duì)二氧化硫脫除率的影響在超重力旋轉(zhuǎn)床中進(jìn)行了用Na2SO3吸收模擬煙氣中二氧化硫的實(shí)驗(yàn),考察了各種操作條件對(duì)二氧化硫脫除率的影響,在實(shí)驗(yàn)研究范圍內(nèi)得出以下結(jié)論:(1)二氧化硫脫除率隨RPB的轉(zhuǎn)速增加、吸收液中鈉離子濃度的升高而升高,隨氣液比增大而降低。(2)在吸收液鈉離子濃度為0.25