膜吸收与膜蒸馏集成烟气脱硫技术研究

论文摘要

保护环境，实施可持续发展战略是我国目前社会发展的基本路线。提升传统产业，改用先进技术，逐步改变以煤炭为主的能源结构亦为主要趋势。积极开发推广清洁生产技术，研究开发既能降低能耗，又对环境不造成影响的新工艺更加符合我国基本国情。燃煤烟气脱硫（FGD）技术是清洁生产的一个重要环节，国内现阶段广泛使用的石灰石石膏法烟气脱硫虽然有较高的烟气脱硫率，但是由于其脱硫副产品利用率低，脱硫剂不可再生，大都被抛弃或对环境产生二次污染等问题，不符合我国国情。因此研究开发一种适应我国国情的，符合我国政策的，节能环保型烟气脱硫技术显得尤为必要。本文分别就膜吸收法烟气脱硫技术与膜蒸馏法再生富液做了实验研究，采用质量分数为30%的甲基二乙醇胺（MDEA）水溶液为烟气SO2吸收液，聚丙烯（PP）中空纤维微孔膜组件为吸收器，研究吸收液温度、流量变化，气体停留时间，以及气液两相流程等参数对聚丙烯（PP）中空纤维膜脱硫率的影响。研究表明30%MDEA水溶液在温度35℃、流量100mlmin的试验条件下，经过一个膜吸收过程后，试验模拟烟气（含2.02%SO2+N2）中SO2含量从57.2g/m3降到8.01g/m3，脱硫率达86%，试验结果表明该技术若放大后应用于工业脱硫必将产生良好的经济效益和环境效益。在膜蒸馏再生烟气脱硫富液的实验中采用中空纤维式陶瓷膜组件为再生器，用真空膜蒸馏法再生吸收了二氧化硫的MDEA富液，着重研究了富液温度变化对其再生率和对蒸馏通量的影响，用气相色谱法测得富液在各实验温度下的再生色谱图。结果表明中空纤维式陶瓷膜组件应用于膜蒸馏再生这一过程效果明显，同时确定了在本实验条件下富液的最佳再生温度为70℃，此时富液再生率达98%。本文又分别利用传质经验式和传质微分方程的推导建立了非润湿性中空纤维膜组件脱硫效率η的数学模型，经验证用此模型得到的模拟结果与实验所得结果吻合较好。同时本文在给定组成、压力、温度的进料条件下，通过计算机模拟，获得管道级烟气操作条件的基本参数，并进行初步的经济分析，以期为进一步开发研究提供参考。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 煤炭在我国的地位及燃煤过程硫氧化物的形成
• 2的危害'>1.1.2 SO₂的危害
• 1.2 燃煤脱硫技术概述
• 1.2.1 燃烧前脱硫
• 1.2.2 燃烧中脱硫
• 1.2.3 燃烧后脱硫
• 1.2.4 燃煤脱硫技术展望
• 1.3 膜法烟气脱硫技术
• 1.3.1 膜吸收技术
• 1.3.2 膜蒸馏技术
• 1.4 本文研究内容
• 2 膜及膜组件筛选研究
• 2.1 膜材料
• 2.2 膜组件
• 2.3 本课题用膜选择
• 2.3.1 膜材料选择
• 2.3.2 膜组件选择
• 3 中空纤维膜吸收法烟气脱硫实验
• 3.1 理论研究
• 3.1.1 膜吸收法烟气脱硫原理
• 3.1.2 膜系数、总传质系数、吸收率及脱硫率
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料及流程
• 2.2.2 分析方法
• 3.2.3 数据记录
• 3.3 结果分析
• 3.3.1 吸收液流量、温度变化对脱硫率的影响
• 3.3.2 气体停留时间对脱硫率的影响
• 3.3.3 模拟烟气流量对脱硫率的影响
• 3.3.4 气液两相不同流程对脱硫率的影响
• 3.4. 小结
• 4 真空膜蒸馏脱硫富液再生实验
• 4.1 理论研究
• 4.1.1 真空膜蒸馏再生 MDEA 特性
• 4.2 实验
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验装置及运行
• 4.2.3 数据测定及处理
• 4.2.4 数据记录
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 富液色谱图
• 4.3.2 温度变化对富液再生率的影响
• 4.3.3 温度对膜蒸馏通量的影响
• 4.4 小结
• 5 中空纤维膜组件烟气脱硫数学模型
• 5.1 传质经验式数学模型
• 5.1.1 模型建立
• 5.1.2 模型分析
• 5.2 传质微分方程建立
• 5.2.1 方程推导
• 5.2.2 数值求解
• 5.2.3 模型模拟分析
• 5.3 小结
• 6 优化设计及经济性初步分析
• 6.1 数学模型
• 6.1.1 膜分离装置的操作模式
• 6.1.2 经济背景
• 6.1.3 经济性评价模型建立
• 6.2 模型优化求解
• 7 二氧化硫回收研究
• 2回收工艺'>7.1 SO₂回收工艺
• 7.1.1 干法工艺
• 7.1.2 湿法工艺
• 7.2 小结
• 8 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间成果
• 致谢