專利名稱：一種膜吸收法海水脫除煙氣中二氧化硫的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大氣污染控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用海水作二氧化硫吸收液的疏水性中空纖維膜吸收器分離煙氣中二氧化硫的工藝方法。
背景技術(shù)：
SO2是大氣污染物中傳播距離較遠(yuǎn)、危害較大的一種酸性氣器，主要來(lái)自化工尾氣及煤、石油等化石燃料的燃燒。濕法脫硫工藝是一種脫硫效率較高的煙氣脫硫方法，傳統(tǒng)的SO2濕法脫除工藝需通過(guò)塔或柱來(lái)實(shí)現(xiàn)氣液接觸，設(shè)施占地面積大、投資高、運(yùn)行費(fèi)用高、安裝不靈活。另外由于吸收過(guò)程氣液兩相直接接觸，該工藝易受液泛、漏液和霧沫夾帶等流體力學(xué)條件的限制，吸收液徑向分布不均勻，海水是地球最豐富的水資源，占地球總水量的97.2％，占地球表面積的3/4；海水呈堿性，pH值在7.8～8.5，是一種天然的脫硫吸收劑。目前，利用填料塔的海水脫硫技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到工業(yè)化應(yīng)用，但由于填料塔占地廣、投資高、運(yùn)行費(fèi)用高、安裝不靈活，不可避免的帶來(lái)一些塔式吸收器固有的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有填料塔式海水脫硫技術(shù)的不足，提供一種膜吸收法海水脫除煙氣中二氧化硫的工藝方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下本發(fā)明的裝置包括1除塵器，2煙氣冷卻系統(tǒng)，3氣體壓縮機(jī)，4氣體流量控制元件，5、6氣體壓力閥， 7海水過(guò)濾器，8耐腐蝕泵，9海水流量控制元件，10、11液體壓力閥，12疏水性中空纖維膜組件。
本發(fā)明工藝方法如下(一)待處理煙氣依次經(jīng)過(guò)1除塵器除塵、2煙氣冷卻系統(tǒng)的海水循環(huán)冷卻、3氣體壓縮機(jī)和4氣體流量控制元件，最后經(jīng)5、6氣體壓力閥的調(diào)控后達(dá)到泡點(diǎn)壓力范圍要求后進(jìn)入12疏水性中空纖維膜組件的管(殼)程；(二)海水經(jīng)過(guò)7海水過(guò)濾器的粗濾，去除雜質(zhì)后經(jīng)過(guò)8耐腐蝕泵、9海水流量控制元件、10液體壓力閥和11液體壓力閥的調(diào)控后達(dá)到泡點(diǎn)壓力范圍要求后進(jìn)入12疏水性中空纖維膜組件的殼(管)程作為二氧化硫的吸收液；(三)煙氣中的二氧化硫通過(guò)膜絲表面的微孔與海水發(fā)生反應(yīng)，膜組件的運(yùn)行模式為不潤(rùn)濕模式；通過(guò)調(diào)整4氣體流量控制元件和5、6氣體壓力閥以及9海水流量控制元件和10、11液體壓力閥使氣液兩相壓力差維持在12疏水性中空纖維膜組件的泡點(diǎn)壓力范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)膜組件的不潤(rùn)濕模式；氣液兩相分別穩(wěn)定在中空纖維膜的內(nèi)外兩側(cè)，不發(fā)生直接接觸，達(dá)到脫除煙氣中二氧化硫的目的。
整個(gè)處理系統(tǒng)可設(shè)計(jì)為一體式處理裝置，也可設(shè)計(jì)為分體式處理裝置，根據(jù)煙氣濃度和流量的變化要求，可通過(guò)8耐腐蝕泵、9海水流量控制元件、10液體壓力閥和11液體壓力閥來(lái)調(diào)整海水流量，運(yùn)行參數(shù)靈活可變。
本發(fā)明的效果和益處是(1)膜吸收法海水脫除SO2工藝可有效地避免傳統(tǒng)海水填料吸收塔的缺點(diǎn)，氣液兩相的流動(dòng)互不干擾，流量可以各自在很寬的范圍內(nèi)變動(dòng)，膜組件可以提供很高的傳質(zhì)比表面積，獲得較高的總傳質(zhì)系數(shù)。對(duì)煙氣中二氧化硫的脫除效率較高，達(dá)到高效分離的目的；(2)用海水作二氧化硫的吸收液，與以往方法采用NaOH、檸檬酸鈉、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉等溶液為吸收液相比，可大大降低吸收液成本；(3)整個(gè)處理系統(tǒng)可設(shè)計(jì)為一體式處理裝置，也可設(shè)計(jì)為分體式處理裝置。根據(jù)煙氣濃度和流量可隨意調(diào)整海水流量，運(yùn)行參數(shù)靈活可變。
安裝靈活、運(yùn)行方便、所占空間較??；(4)海水作煙氣進(jìn)入中空纖維膜吸收器前的冷卻水，降低了冷卻水成本；(5)通過(guò)控制氣液兩相的壓力差，將氣液兩相分別穩(wěn)定在疏水性中空纖維膜的內(nèi)外兩側(cè)，中空纖維膜處于不潤(rùn)濕模式；(6)吸收完二氧化硫的海水需經(jīng)過(guò)空氣曝氣后，海水中的亞硫酸根離子(SO32-)氧化為穩(wěn)定的硫酸根離子(SO42-)，吸收完二氧化硫的海水要被天然海水中和到pH值7以上后，才排放，對(duì)環(huán)境友好。
膜吸收法海水脫除煙氣中二氧化硫的工藝方法由于其高效脫硫效果和明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，加上近些年來(lái)隨著膜技術(shù)的發(fā)展，膜材料質(zhì)量和性能的提高以及膜材料價(jià)格的降低，膜吸收法海水脫除SO2具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是膜吸收法海水脫除煙氣中二氧化硫的工藝方法流程圖。
圖中1除塵器；2煙氣冷卻系統(tǒng)；3氣體壓縮機(jī)；4氣體流量控制元件；5、6氣體壓力閥；7海水過(guò)濾器；8耐腐蝕泵；9海水流量控制元件；10、11液體壓力閥；12疏水性中空纖維膜組件。
圖2是膜吸收法海水脫除煙氣中二氧化硫的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和裝置示意圖。
圖中13二氧化硫鋼瓶；14空氣泵；15氣體壓力表；16氣體流量計(jì)；17海水壓力表；18海水流量計(jì)；19、20和21是氣體二氧化硫濃度檢測(cè)裝置；22水泵；23氣體干燥設(shè)備；24四通閥。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明工藝方法的實(shí)施例。
如圖2所示，疏水性中空纖維膜吸收器由直徑10mm，有效長(zhǎng)度220mm的玻璃管內(nèi)裝填64根外徑600μm、內(nèi)徑500μm左右的疏水性聚丙烯中空纖維超濾膜組成，膜絲為拉伸法制得。膜絲表面微孔大小為0.07～0.1μm，膜絲壁厚為50μm。
實(shí)驗(yàn)氣體由空氣和SO2混合來(lái)模擬煙氣，其中空氣經(jīng)過(guò)氣泵壓縮和干燥管干燥，SO2由鋼瓶釋放，二者通過(guò)混合器混合均勻后，進(jìn)入膜吸收器的中空纖維絲內(nèi)管程；吸收液經(jīng)由防腐蝕泵進(jìn)入膜吸收器的殼程。通過(guò)調(diào)節(jié)流量計(jì)和微調(diào)閥門(mén)來(lái)分別調(diào)節(jié)氣體和吸收液的流量、壓力及濃度，使氣液兩相穩(wěn)定在疏水性中空纖維膜的內(nèi)外兩側(cè)。吸收前和吸收后的氣體濃度通過(guò)四通閥的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)。吸收過(guò)SO2的海水經(jīng)過(guò)空氣曝氣氧化后，pH值增大，再用天然海水中和至中性，從而達(dá)標(biāo)排放。
將SO2濃度為1500ppm的煙氣以0.2m3/h的流量通入中空纖維膜吸收器的管程內(nèi)，海水以30L/h的流量進(jìn)入中空纖維膜吸收器的殼程內(nèi)，氣相壓力為11kPa，液相壓力為9kPa，開(kāi)機(jī)50分鐘后，二氧化硫脫除率一直保持在95％以上。吸收完SO2的海水開(kāi)始時(shí)pH值為6.9，經(jīng)過(guò)空氣曝氣后，pH值為7.3。
權(quán)利要求
1.一種膜吸收法海水脫除煙氣中二氧化硫的工藝方法，其特征如下(一)膜吸收法海水脫除煙氣中二氧化硫的裝置包括除塵器(1)、煙氣冷卻系統(tǒng)(2)、氣體壓縮機(jī)(3)、氣體流量控制元件(4)、氣體壓力閥(5)(6)、海水過(guò)濾器(7)、耐腐蝕泵(8)、海水流量控制元件(9)、液體壓力閥(10)(11)和疏水性中空纖維膜組件(12)；(二)待處理煙氣依次經(jīng)過(guò)除塵器(1)除塵、煙氣冷卻系統(tǒng)(2)的海水循環(huán)冷卻、氣體壓縮機(jī)(3)和氣體流量控制元件(4)，最后經(jīng)氣體壓力閥(5)和(6)的調(diào)控后達(dá)到泡點(diǎn)壓力范圍要求后進(jìn)入疏水性中空纖維膜組件(12)的管(殼)程；(三)海水經(jīng)過(guò)海水過(guò)濾器(7)的粗濾，去除雜質(zhì)后經(jīng)過(guò)耐腐蝕泵(8)、海水流量控制元件(9)、液體壓力閥(10)和(11)的調(diào)控后達(dá)到泡點(diǎn)壓力范圍要求后進(jìn)入疏水性中空纖維膜組件(12)的殼(管)程作為二氧化硫的吸收液；(四)煙氣中的二氧化硫通過(guò)膜絲表面的微孔與海水發(fā)生反應(yīng)，膜組件的運(yùn)行模式為不潤(rùn)濕模式；通過(guò)調(diào)整氣體流量控制元件(4)、氣體壓力閥(5)(6)和海水流量控制元件(9)、液體壓力閥(10)(11)使氣液兩相壓力差維持在疏水性中空纖維膜組件(12)的泡點(diǎn)壓力范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)膜組件的不潤(rùn)濕模式；氣液兩相分別穩(wěn)定在中空纖維膜的內(nèi)外兩側(cè)，不發(fā)生直接接觸，達(dá)到脫除煙氣中二氧化硫的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膜吸收法海水脫除煙氣中二氧化硫的工藝方法，其特征在于疏水性中空纖維膜組件(12)中二氧化硫的吸收液為海水，煙氣冷卻系統(tǒng)(2)中的冷卻水也為海水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膜吸收法海水脫除煙氣中二氧化硫的工藝方法，其特征在于膜組件的運(yùn)行模式為不潤(rùn)濕模式，通過(guò)調(diào)整氣體流量控制元件(4)、氣體壓力閥(5)(6)和海水流量控制元件(9)、液體壓力閥(10)(11)使氣液兩相壓力差維持在疏水性中空纖維膜組件(12)的泡點(diǎn)壓力范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)膜組件的不潤(rùn)濕模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膜吸收法海水脫除煙氣中二氧化硫的工藝方法，其特征在于根據(jù)煙氣濃度和流量的變化要求，可通過(guò)耐腐蝕泵(8)、海水流量控制元件(9)、液體壓力閥(10)和(11)調(diào)整海水流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膜吸收法海水脫除煙氣中二氧化硫的工藝方法，其特征在于所用膜吸收器為中空纖維膜組件，所用中空纖維膜材料為疏水性膜材料。
全文摘要
一種膜吸收法海水脫除煙氣中二氧化硫的工藝方法，屬于大氣污染控制技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于煙氣經(jīng)除塵、海水循環(huán)冷卻系統(tǒng)降溫后，由氣體壓縮機(jī)和流量、壓力控制元件調(diào)節(jié)到一定的壓力后進(jìn)入疏水性中空纖維膜吸收器的腔(殼)體。海水粗濾后，由流量控制元件進(jìn)入膜吸收器殼(腔)體作為脫硫吸收液。本方法通過(guò)控制氣、液兩相壓力差，利用疏水膜上的微孔使氣液兩相分別在膜內(nèi)外流動(dòng)，不發(fā)生相間混合，兩相流動(dòng)互不干擾，避免了傳統(tǒng)濕法脫硫的缺點(diǎn)。本發(fā)明的效果和益處是具有脫硫效率高、安裝靈活、占地面積小、尺寸易于調(diào)整、流量可變等優(yōu)勢(shì)，對(duì)于沿海、島嶼、船舶等海水資源豐富的場(chǎng)合，膜吸收法海水脫除煙氣中二氧化硫的方法具有很好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B01D53/18GK101091873SQ20071001107
公開(kāi)日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2007年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月21日
發(fā)明者楊鳳林, 孫雪雁 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)