超重力旋转床rpb的应用

超重力旋转床rpb的应用

1超重力技术脱硫中国的煤炭消费约占能源消费的70%。由于煤中含有硫,燃烧后生成SO2,若不经处理排入到大气中,很容易形成酸雨,严重破坏环境并造成巨大的经济损失。据统计,2005年我国由酸雨造成的损失超过1100亿元,因此必须对燃煤烟气进行脱硫处理[1~3]。目前常用的烟气脱硫技术有湿法石灰石/石灰烟气脱硫技术、喷雾干燥法烟气脱硫技术、炉内喷吸收剂/增湿活化烟气脱硫工艺、海水脱硫技术、电子束烟气脱硫技术等,其中湿法脱硫技术应用约占整个工业化脱硫装置的85%左右,而湿式石灰石/石灰法又占湿法的近80%,该方法是利用成本低廉的石灰和石灰石作为吸收剂吸收烟气中的SO2,生成半水亚硫酸钙或石膏。该法主要优点是脱硫效率高,吸收剂利用率高,缺点是投资大、运行费用高并存在设备腐蚀、结垢、堵塞等问题。与钙法相比,采用钠碱双碱法脱硫具有以下优点:生成的钠盐溶解度很大,可避免结垢和设备的堵塞;钠盐吸收能力强,在较高的气液比下仍有较高的脱硫效率;吸收SO2后得到的产物体系适合再生和循环操作,有利于处理烟气。超重力技术是一种能够极大强化相间传质过程的新型过程强化技术,它通过旋转产生超重力环境,突破了传统传质设备重力场限制的局限性。研究结果表明,在超重力环境下,不同相间的传质过程比常规重力场下的要快得多,气液、液液、液固两相在比地球重力场大上百倍至千倍的超重力环境下的多孔介质或孔道中产生流动接触,巨大的剪切力和快速更新的相界面,使相间传质速率比传统的塔器中的提高1~3个数量级,传质过程得到极大强化。本研究以超重力旋转床为吸收设备,以亚硫酸钠溶液为吸收剂,采用并联操作方式,进行了超重力法脱除烟气中SO2的试验研究,考察了吸收液中钠离子浓度、旋转床转速、气液比(l=G/L)等操作条件对脱除率的影响,为超重力技术在烟气脱硫中的应用奠定基础。2实验原理和过程2.1钠脱硅法Na2SO3与SO2的反应过程如下:2.2主要实验原材料SO2气体(≥99.9%),北京华元气体化工有限公司;无水Na2SO3(AR),北京化工厂。2.3仪器和仪器(1)自制超重力旋转填充床,其填料为RS钢丝网填料,轴向厚度100mm。转子内径130mm,外径355mm;(2)离心通风机(9-19NO4A);(3)离心泵;(4)LZB型玻璃转子流量计,常州流量计厂生产;(5)烟气分析仪(SGA94型),英国KANE公司;(6)手持式酸度计(F-20ApH/mV/℃计),北京屹源电子仪器科技公司生产。2.4超重力旋转床内腔实验用超重力旋转床如图1所示。图2为实验流程示意图。来自钢瓶的SO2经减压阀减压后经由转子流量计后与由离心通风机输送的空气混合,从气体进口管进入超重力旋转床内腔。在吸收液储罐内配好的吸收液由离心泵输送,调节流量后由旋转填充床上部的液体分布器喷洒在填料表面。气体和液体在腔体及填料表面并流接触并发生反应,液体由转子内缘沿填料向外缘流动,并被抛到外壳汇集后经旋转填充床下部的液体出口管排入废液储罐,气体经过填料后由气体出口管排出,完成SO2的吸收过程。3分析与讨论的结果3.1钠离子浓度对二氧化硫脱除率的影响钠离子浓度为0.15~0.35mol⋅L-1,模拟烟气中SO2浓度为3480~3640mg⋅m-3,转子转速为900r⋅min-1,烟气流量G为410m3⋅h-1,吸收液流量L为450L⋅h-1,图3给出了钠离子浓度对二氧化硫脱除率的影响。可以看出:二氧化硫脱除率随着钠离子浓度增大而上升。当钠离子浓度小于0.20mol⋅L-1时,SO2的脱除率随钠离子浓度的升高迅速上升,而在钠离子浓度大于0.20mol⋅L-1后,脱除率的升高速率变缓。这是因为钠离子浓度越高,单位体积吸收液的脱硫容量就越大,同时,在其它条件不变的条件下,吸收液与SO2的反应速度也随钠离子浓度的增加而加快,所以,二氧化硫的脱除率随钠离子浓度的升高而上升。然而,当吸收液中钠离子浓度达到一定程度后,超重力设备出口气体中的SO2浓度已非常低,与吸收液反应掉的SO2的量随钠离子浓度的升高增加得很少,所以脱除率的上升速率变缓。3.2转速对二氧化碳脱除率的影响吸收液中钠离子浓度为0.25mol⋅L-1,模拟烟气中SO2浓度为3450~3540mg⋅m-3,转子的转速为400~1200r⋅min-1,模拟烟气流量G为400m3⋅h-1,吸收液流量L为550L⋅h-1,图4给出了转子转速对二氧化硫脱除率的影响。从图4可以看出,二氧化硫的脱除率随着转速升高而升高。RPB通过转子旋转产生的巨大的离心力使液体在填料层中被剪切成滴状、丝状和膜状,从而极大增大气液接触面积和表面更新速率来实现对传质的强化。转速越大离心力越强,越有利于强化气液间的传质过程,但是转速越大能耗越高,因此需要根据具体的需要来确定适合的转速。3.3气液比对二氧化碳脱除率的影响吸收液中钠离子的浓度为0.25mol⋅L-1,原料气中SO2浓度为3420~3580mg⋅m-3,RPB转速为900r⋅min-1,模拟烟气流量G为400m3⋅h-1,吸收液流量L为350~600L⋅h-1,图5给出了气液比对二氧化硫脱除率的影响。可以看出,当气液比小于850时,二氧化硫脱除率随l增大而缓慢降低,之后随着气液比的增大,二氧化硫脱除率下降的速率明显加快。气液比l越小,则单位体积待处理烟气分配到的吸收液就越多,这有利于提高脱除率。但是随着l的减小,所需的吸收液增多,加大了泵的负荷。气液比l越大,单位体积吸收液分配到的待处理烟气就越多,二氧化硫的脱除率随之下降,但脱硫过程的操作成本有所降低。因此,在满足二氧化硫排放要求的情况下,应尽可能提高吸收过程的气液比,以降低操作成本。从图5中可以看出,在气液比l为1140时,脱除率仍达到91.5%(超重力设备出口气体中SO2浓度约为300mg⋅m-3),能够满足烟气排放要求。4rpb/钠离子浓度对二氧化硫脱除率的影响在超重力旋转床中进行了用Na2SO3吸收模拟烟气中二氧化硫的实验,考察了各种操作条件对二氧化硫脱除率的影响,在实验研究范围内得出以下结论:(1)二氧化硫脱除率随RPB的转速增加、吸收液中钠离子浓度的升高而升高,随气液比增大而降低。(2)在吸收液钠离子浓度为0.25