动力波洗涤器脱硫试验研究.pdf

动力波洗涤器脱硫试验研究 ＊ 陈常蕊 孙国刚 谭华平 中国石油大学 北京化学科学与工程学院, 北京 102249 摘要 采用动力波洗涤器冷模试验装置, 在不加脱硫剂的情况下, 考察各操作参数 液气比、pH 值 及液柱喷射方式 逆喷、顺喷 对脱硫效率的影响, 并对不同水质的清水 自来水、去离子水 的脱硫效率进行对比分析。 结果表明 自来 水的脱硫效率随液气比的增加而增大; 逆喷时的脱硫效率明显高于顺喷; 液气比7 时, 逆喷的脱硫效率在 75以上; 自来水的脱硫效率较去离子水要高; 撞击流有强化吸收的特性。 关键词 烟气脱硫 去离子水 传质 ＊国家重点基础研究发展计划项目 2005CB221201 , 中国石化科技 开发研究项目 X505026 。 0 引言 炼油厂排放的 SOX约占其总排放量的 6～ 7,国内外学者研究开发了多种烟气脱硫技术及设 备 [ 1] 。动力波 Dyna Wave 洗涤是工业烟气净化领域 的一项先进技术。它利用气液两相在管道中高速逆 向对撞 ,形成一个高速湍动的泡沫区, 从而充分地利 用了气流及液流两相的能量 , 具有气液分散混合充 分,能同时完成除尘和脱硫两项任务,设备尺寸小 ,阻 力适中,操作弹性宽 ,洗涤排液中 COD 化学需氧量 低等优点 。适用于炼油厂烟气 SO2浓度低的特点。 该技术在国外已应用于许多工业过程, 已建造了约 300 套动力波洗涤装置, 其中用于炼油厂的就有 15 套 [ 2- 3] 。与其他洗涤技术相比, 动力波洗涤具有更高 的净化效率及强化吸收的特性。为了系统的考察动 力波洗涤器的吸收特性, 本项目在不加脱硫剂的情况 下,试验考察了操作参数对动力波洗涤脱硫效果的 影响 。 1 试验 1. 1 装置及流程 中国石油大学 北京 过程装备实验室对动力波 洗涤器进行一系列研究 [ 4] ,从基本流动规律和流型研 究到气液传质和脱硫效果测试等方面获得一些成果。 试验装置及流程如图 1, 由模拟烟气发生系统、 吸收液循环系统 、洗涤器和液沫分离器四部分组成。 洗涤器 由洗涤管 和动力波 喷头构成 , 洗涤 管由 90 mm5 mm聚丙烯有机玻璃制造 ,高1 800 mm; 洗 涤管的中部装有一个洗涤液喷头, 结构如图 2。喷嘴 距洗涤管上方760 mm。模拟烟气用空气与 SO2钢瓶 出来的纯 SO2气体混合而成 ,模拟烟气经计量后由洗 涤器的顶部进入, 与喷头喷出的洗涤液相遇发生碰 撞,洗涤后的气体与洗涤液一同下行, 洗涤液进入回 流槽循环利用, 气体经气液分离器除液后放空 。 1离心风机; 2SO2钢瓶; 3流量计; 4混合器; 5循环泵; 6进口取样口; 7清水池; 8清水泵; 9洗涤器; 10除雾器; 11出口取样口。 图 1 实验装置流程 图 2 动力波喷头示意 1. 2 液柱喷射方式 试验采用两种液柱喷射方式 顺喷和逆喷 。如 图3 所示,逆喷时烟气从洗涤管顶部进入,由上向下流 动,洗涤液由下向上喷射与烟气逆向接触 ,形成一个强 烈湍动的液膜泡沫区。这种喷射方式是动力波洗涤器 最常用的喷射方式。顺喷时,保持喷嘴出口位置与逆 喷时相同,烟气流动方向不变,洗涤液由上向下喷射与 16 环 境 工 程 2008年 10 月第 26卷第 5 期 烟气同向接触,顺喷时不能形成明显的泡沫区。 图 3 洗涤段气液两相流接触方式示意 1. 3 主要试验参数分析方法 试验在常温下进行, 测得试验用清水的水温为 20 ℃。试验中气速用皮托管测量 , 循环洗涤液流量 用转子流量计测量, 洗涤液 pH 值用 F20- A 型便携式 酸度计测定, 精度为 0. 02。模拟烟气进出口浓度采 用英国 Kane 公司生产的 KM900CS 型手持式烟气分 析仪测定 , 测量范围为 0～ 14 300 mg m 3 。根据洗涤 管进出口烟气中的 SO2浓度计算脱硫效率 η 1- Cout Cin 100。试验的洗涤液采用清水 自来 水、 去离子水 , 试验气流量 50 ～ 900 m 3 h。进气的 SO2质量浓度1 200～ 1 310 mg m 3 , pH 为 6 时将洗涤 液排放,改变被洗涤的烟气流量、 循环洗涤液流量 、 喷 射方式 、不同水质清水, 考察各因素对脱硫效率的 影响 。 2 结果分析 2. 1 清水脱硫机理 SO2溶于水是一个可逆过程, 当水进入脱硫装置 时,由于烟气中的 SO2浓度比水中高, 因此 SO2就会 溶解到水里,同时溶解在水中的SO2也会挥发至烟气 中,这一过程为可逆过程 。在初始阶段溶解速度大于 挥发速度, 随着水中 SO2浓度升高 ,这一过程最终将 达到平衡。溶解在水中的 SO2电离出氢离子和亚硫 酸氢根离子,同时氢离子和亚硫酸氢根离子又会合成 亚硫酸,该过程也为可逆过程 。同样, 随着水中氢离 子浓度增加,这一过程也会达到平衡。当水的碱度较 高时, 水中含有的CO - 3和 HCO - 3会消耗氢离子,促使 H2SO3电离, 从而使 SO2进一步溶解, 提高了 SO2溶 解度。当水从脱硫装置中排出时, 溶解在水中的 SO2 也将一起排出 [ 5] 。 2. 2 液气比及喷射方式对脱硫效率的影响 液气比的大小直接影响脱硫装置的投资 如塔、 泵、 管道 和运行费用 如电耗 ,是一个重要的操作参 数。本试验采用自来水, 分别考察了保持气速不变 15. 03 m s 的条件下通过改变液速来改变液气比 L G 和保持液速不变 11. 06 m s 的条件下通过改变气 速来改变液气比 L G 两种情况下液气比 L G 对脱硫 效率的影响 。图 4 是 pH 6 时的结果。 由图4 中可见,两种情况下,脱硫效率均随液气比 L G的增加而增大 ,且两者变化的过程基本相同, 在液 气比较小时 L G 7以后,随着液气比的增加变得较缓慢。 固定气速, 液气比 L G 增加 , 实际上气速不变而 液速增加。液速增加一方面使气液接触表面积增加, 降低了液相阻力 ,有利于增加吸收速率。另一方面因 洗涤液的量一定, 吸收 SO2的能力一定, 随着试验的 进行 ,吸收 SO2的能力减弱 ,脱硫率增加的趋势变缓 。 1逆喷, 脱硫效率; 2顺喷, 脱硫效率; 3逆喷, 压降。 a-表观气速15. 03 m s; b -表观液速 1. 06 m s。 图 4 脱硫效率、压降与液气比的关系 固定液速, 液气比 L G 增加 , 实际上是液速不变 而气速减小 。气速减小, 气液碰撞程度降低 ,气液接 触表面积减小, 因此吸收速率减小, 但是由于气速减 小,洗涤气量减小,洗涤气体中 SO2绝对量就减少 ,尽 管吸收速率降低了, 但一定液量的洗涤液吸收的容量 17 环 境 工 程 2008年 10 月第 26卷第 5 期 不变 ,因此当液气比增加时,也就是处理气量减小时, 脱硫效率将增加 , 这在液气比较小时表现更加明显, 图4b 中的转折点就说明了这个问题 。 同时,从图中可看出, 在相同工况下, 逆喷时的脱 硫效率明显高于顺喷时的脱硫效率。这由于一方面逆 喷时撞击面上滴粒间的碰撞和气流对滴粒的剪切力作 用,原来的滴粒可能再雾化 ,从而增加传质面积并促进 液滴表面更新; 另一方面,因滴粒间碰撞、滴粒变形、 剪 切力和表面张力 Marangoni 效应 [ 6] 引起界面和滴粒内 部环流。这些因素都使得传质过程得到强化 ,因此逆 喷时的脱硫率明显高于顺喷时的脱硫率。 2. 3 脱硫率、 pH 值随时间的变化 图5 是自来水脱硫效率、pH 值随时间的变化曲 线,本试验考察了气速15. 03 m s、液速5. 53 m s和气 速15. 03 m s、液速16. 59 m s两种工况下的脱硫效率 和 pH 值随反应时间的变化情况。从图中可以看出, 脱硫率和 pH 值均随反应时间下降; 这是因为, 在 气-液撞击流体系中 ,相间或滴粒间碰撞产生的剪切 力可导致滴粒破碎 ,增大其表面积并促进表面更新, 从而增大传质速率。这些因素都强化了 SO2的吸收 。 a -气速15. 03 m s; 液速5. 53 m s; b-气速 15. 03 m s; 液速 16. 59 m s。 图5 脱硫率、pH 值随时间的变化 试验结果表明 ,在不加任何脱硫介质的情况下, 撞击流用于自来水脱硫具有较高的脱硫效率。尤其 在新水中刚通入 SO2气体时 ,其脱硫效率最高, 尔后 随着时间的延长 ,脱硫效率逐步下降 。与烟气净化器 纯水水浴脱硫试验 [ 7] 相比较 ,撞击流洗涤器中溶液达 到饱和的时间很短, 说明撞击流确实强化了传质 过程 。 2. 4 不同水质的脱硫性能比较 从上述逆喷洗涤器清水脱硫试验中可以看出清 水具有较高的脱硫效率, 为进一步了解自来水的水质 对洗涤器脱硫性能的影响 ,实验室进行了去离子水脱 硫的冷模试验, 试验采用昌平化庄自来水厂水质分析 见表 1,保持 2. 3 中的试验条件 ,结果见图6、图 7。 从图6 、 图 7 可以看到 ,无论是采用自来水还是 采用去离子水, 相同工况下 , 脱硫效率、pH 值随反应 时间的变化趋势一致, 高液速时, 脱硫效率随反应时 间急剧下降 ,低液速时 , 脱硫效率随反应时间的变化 比较平缓。高 、低液速下 pH 值变化趋势基本一致, 但低液速较高液速时 pH 值随反应时间的变化要快 一些 ,说明泡沫流确实强化了传质。采用去离子水时 洗涤器的脱硫效率较采用自来水时要低, 同时, 反应 时间也明显缩短 。采用去离子水时反应前段时间 pH 值下降速度较采用自来水时明显要快 。以上结果表 明 自来水的碱度 指自来水中含有的碳酸钙 、 碳酸镁 等 对脱硫效率的影响较大。 表 1 自来水厂出厂水化学指标检验结果 mg L 测试指标国家标准测定结果 pH6 . 5～ 8. 57. 6 耗氧量 以氧气计1 . 06 硫酸盐25038. 1 氯化物25035. 4 溶解性总固体1 000430 总硬度 以碳酸钙计450303 总铁0. 30 . 025 锰0. 10 . 05 铜1. 00. 0075 锌1. 00 . 05 铝0. 20 . 008 亚硝酸盐7 时, 逆喷的脱硫率高 于75。 3 在SO2气体冷态纯水试验过程中, 初始脱硫 率较高 在气速15. 03 m s、液速16. 59 m s的情况下, 初始脱硫效率可达到 95以上 , 尔后随着洗涤液吸 收SO2趋于饱和而迅速下降 。 4 自来水的脱硫效率明显高于去离子水 ,说明 碱度对脱硫效率的影响较大。 参考文献 [ 1] 董红伟, 马慧明, 李大江, 等. 动力波喷头和螺旋喷头的洗涤脱 硫性能对比. 炼油技术与工程, 2006, 36 12 31 -35 [ 2] Steven F Meyer, Linda K Wibbenmeyer, Kanson Xue. 炼油厂FCC尾 气的脱硫除尘新技术 动力波逆喷洗涤塔. 炼油技术与工 程,2005, 35 2 25 -29 [ 3] Steven F Meyer, Dynawave Wet Gas Scrubbing A New Alternative for Claus Unit Tail Gas Treating. 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SW 型烟气净化器纯水水浴脱硫实验研究. 西南科技大学 学报,2004, 19 2 76 -79 作者通信处 陈常蕊 102249 中国石油大学 北京 化工学院 122信箱 电话 010 89734820 E -mail chenchangrui99163 . com 2008- 02-28 收稿 上接第 82页 [ 3] 李祚泳.大气环境质量评价的标度指数法. 中国环境科学, 1998, 18 5 433 -436 [ 4] 李祚泳, 汪嘉杨, 赵杰颖, 等. 基于模拟退火算法的空气污染危 害指数及其应用. 系统工程, 2007,25 6 62 -66 [ 5] 李祚泳, 彭荔红. 基于韦伯 -费希纳拓广定律的环境空气质量标 准. 中国环境监测, 2003,19 4 17-19 [ 6] 杨晓华, 杨志峰, 郦建强, 等. 大气环境质量综合评价的物元分 析方法. 环境工程, 2003,21 5 69-70 [ 7] 李祚泳, 丁晶, 彭荔红. 环境质量评价原理与方法. 北京 化学 工业出版社, 2004 [ 8] 李晓磊, 邵之江, 钱积新. 一种基于动物自治体的寻优模式 鱼 群算法. 系统工程理论与实践, 2002, 22 11 32 -38 [ 9] 李晓磊, 薛云灿, 路飞, 等. 基于人工鱼群算法的参数估计方 法. 山东大学学报 工学版 , 2004,34 3 84 -87 [ 10] 丁桑岚. 环境评价概论. 北京 化学工业出版社, 2001 24 -35 [ 11] 罗龙胜, 熊维川, 黎江, 等. 广安市大气环境质量现状评价与优 化布点监测. 四川环境, 2002,21 3 56 -60 [ 12] 张礼兵, 程吉林, 金菊良, 等. 改进属性识别模型及其在城市环 境质量综合评价中的应用. 环境工程, 2006, 24 3 74 -76 [ 13] 李其林, 黄昀, 李传义, 等. 重庆市蔬菜基地大气质量评价及污 染特征. 四川环境, 2004,23 1 75-77 作者通信处 李祚泳 610041 成都市人民南路三段 6号 成都信息 工程学院 电话 028 85533762 E -mail lizuoyong cuit. edu. cn 2008- 04-10 收稿 19 环 境 工 程 2008年 10 月第 26卷第 5 期 THE DESIGN OF NID FLUE GAS DESULFURIZATION REACTOR Hu Yun Zhu Minglun Zhang Zhengjie et al7 Abstract As a new generation of flue gas desulfurization technology in dry desulfurization technology, novel integrated desulfurization NID flue gas desulfurization technology has a high efficiency of desulfurization. The reactor is one of the key equipments in the desulurization system, whose structure has a full impact on desulfurization efficiency . NID flue gas desulfurization process andreactor sstructure and design principle and key parameter were presented in detail in order to supply referrence for designing a desulfurization system. Keywords NID flue gas desulfurization reactor MALODOR GAS CONTROL IN WASTEWATER TREATMENT PLANT BY CRYOGENIC PLASMA Zhu Tao Li Jian Liang Wenjun et al9 Abstract The malodor gas control in a wastewater treament plant using cryogenic plasma is a new technology . It is introducd the machnism of malodor treatment, craft flow chart and purification efficiency.Due to the emission of malodor gas with low concentration and large flux in a plant, the mean purification efficiency of malodor gas is over 95 in a simulation test of lab. The results show that cryogenic plasma technology is effective to control malodor gas. Keywords cryogenic plasma malodor purification efficiency wastewater treatment plant EFFECT OF CuMnOX γ -Al2O3CATALYSTS ON CATALYLIC COMBUSTION OF WASTEGAS CONTAINING TOLUENEZhao Shengwei Huang Xuemin Cao Xiaoqiang et al 13 Abstract CuO γ -Al2O3, MnOx γ -Al2O3and CuMnOx γ -Al2O3supported catalysts were prepared by impregnation. It was indicated by re - search that the T99of CuMnOx γ -Al2O3catalyst was 50 ℃ lower than the other two catalysts. CuMnOx γ -Al2O3catalyst was calcined under differ - ent temperatures of 300, 400, 500, 600℃ and it was found that CuMnOx γ -Al2O3catalyst calcined under 600℃ had higher catalytic activation. Keywords VOCs catalyst combustion CuMnOx γ -Al2O3 spinelle EXPERIMENTAL STUDY ON THE DESULPHURIZATION PERANCE OF THE DYNAWAVE SCRUBBERChen Changrui Sun Guogang Tan Huaping 16 Abstract The desulphurization perance was studiedin a laboratory -scale dyna -wave scrubber without any desulphurizer. Several opera - tion parameters, including liquid -gas ratio L G and pH value; and the patterns of liquid column injection, including downstream spray patternand upstream spray pattern, were investigated. Also the removal efficiency of tap water and de -ionized water was comparatively analyzed. Test results show that the removal efficiency of tap water increases with increasing the L G;the removal efficiency of upstream spray pattern is higher than downstream spray pattern, it can reach 75when L G ismore than 7; the removal efficiency of tapwater is higher than de -ionizedwater; imping - ing streams have the property of enhancing absorption. Keywords flue gas desulphurization de -ionized water mass transfer STANDARDIZING EXHAUST EMISSION IN SULPHURIC ACID PRODUCTION AND RECYCLING MEASURES OF LOW CONCENTRATION SO2IN A CHEMICAL PLANT GongYi Wei Rui Yang Jing 20 Abstract Aimed at the problems of great and frequent fluctuation of SO2concentration due to abnormal acid -producing system because of system break -downs, exhaust emission beyond the standardunder the normal condition of SO2aswell asfailing to utilize low concentrationSO2, it is presented the s to standardize exhaust emission systemwith absorption technology, and the ways to develop and utilize low-concentration SO2to manufacture sodium sulfite. Keywords sodium sulfite absorber absorbing fluid circling comprehensive utilization measure INITIAL STUDY ON EROSION TO FUME PURIFICATION SYSTEM OF VANADIUM EXTRAC - TION CONVERTER UNDER VANADIUM MIXTURE STATEMa Shili 23 Abstract It is exploredthe mechanisms of erosion to pipes and equipmentof the fume purification system of the vanadium extraction conve - rter under the co -effect of such comprehensible factors as vanadium mixture state, it is also analyzed some specific erosive inducements. The mea - sures and suggestions are proposed for the solution of erosion problem. Keywords vanadium extraction converter fume purification vanadium mixture state erosion safeguard RESEARCH AND PRACTICE OF TREATING DUST IN TIPPER ROOM Li Gang Zou Shenghua 25 Abstract It is revealed that the mechanisms of dust production, and analysed the flow pattern and air distribution in dumping system of dump truck based on theoretical and numerical simulations. The new way and for preventionof pollutionin the tipper room are de - tailed. The results show that it sa better scheme for dust controlin tipper room using ventilation spraying dust removal system. It is obtainedideal effect when this dedusting technology is applied to the purification of dust pollution in tipper room of a steel enterprise, which guarantees produc - 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 5,October, 2008