一种气泡强化式膜吸收海水烟气脱硫的方法技术

本发明专利技术为一种气泡强化式膜吸收海水烟气脱硫的方法。该方法包括以下步骤：将待处理的初始烟气除尘，降温进入中空纤维膜吸收装置；扰动气体输入气液混合器与海水混合，得到的气液混合物进入中空纤维膜吸收装置；气液混合物和步骤（1）中的烟气分别进入中空纤维膜两侧，并在中空纤维膜表面发生吸收作用；最后烟气和海水分别排出。本发明专利技术气泡强化式膜吸收海水烟气脱硫方法，利用扰动气体的作用，提升海水对烟气中二氧化硫去除率；在热量利用上分别利用初始烟气、脱硫后烟气、吸收后海水进行换热，充分烟气本身热量，降低热量消耗。

Method for desulfurization of sea water flue gas by bubble enhanced membrane absorption

The invention relates to a method for desulfurization of seawater flue gas by a bubble enhanced membrane. The method comprises the following steps: initial flue gas to be treated, cooling into the hollow fiber membrane gas absorption device; disturbance input gas-liquid mixer mixing with seawater, the gas-liquid mixture into the hollow fiber membrane absorption device; gas-liquid mixture and step (1) in the flue gas are entered on both sides of the hollow fiber membrane, and occurs in hollow fiber membrane absorption; flue gas and water are discharged at last. The invention relates to a bubble enhanced membrane absorption of seawater flue gas desulfurization method, using gas disturbance effect, improve water on the removal rate of sulfur dioxide in flue gas heat utilization; in which use the initial flue gas, flue gas after desulfurization, absorption after seawater heat exchanger, flue gas heat itself fully, reduce the heat consumption.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的技术方案属于大气污染控制及治理
，涉及一种利用气泡强化膜吸收过程从而利用海水脱除烟气中二氧化硫的工艺方法。
技术介绍
伴随全球工业化进程所产生的能源需求使得化石燃料的燃烧也越来越多，而其产生的二氧化硫及随之生成的酸雨对人类生存环境的危害巨大。酸雨不仅能使水体、土壤酸化，直接破坏动植物的生存环境，腐蚀破坏人类的建筑、雕塑等，而且可能对人体产生直接影响，从而引起健康问题。所以，对工业源烟气进行脱硫处理，从源头减少排放，是解决日益严重的二氧化硫污染的重要办法。目前常用的脱硫方法有三种：干法、湿法和半干法。与此同时，海水体量巨大且呈弱碱性，是一种天然的烟气脱硫吸收剂，同时经无害化处理后的吸收后海水排放简单，因此是沿海地区极具推广价值的烟气脱硫方案，且已实现工业化。目前大部分烟气脱硫技术均使用塔设备来进行二氧化硫的吸收，普遍存在着设备庞大，运行灵活性差，易产生雾沫夹带、液泛等问题。为解决塔设备普遍存在的上述问题，结合天然海水的优势，新型脱硫技术——膜吸收烟气脱硫也已被提出并进行研究。专利技术专利CN101091873B《一种膜吸收法海水脱除烟气中二氧化硫的工艺方法》公开了一种膜吸收海水烟气脱硫工艺，其主要流程为烟气经除尘降温后，由气体压缩机调压后进入中空纤维吸收器管程，同时海水及经简单预处理进入壳程，进而两相在膜内外流动，并在膜孔中实现发生烟气吸收过程，所公开实施例中烟气脱硫率约95％。专利技术专利CN102485320B《膜吸收法海水烟气脱硫装置及其工艺》公开了一种海水膜吸收法海水烟气脱硫装置及其工艺，其装置由一级或多级膜吸收器组成，膜吸收器由多组帘式或柱式中空纤维构成，为解决其清洗问题，装置集成有清洗装置实现在线清洗。上述两专利均公开了利用膜吸收技术进行海水烟气脱硫的方法，主要是将膜吸收技术应用于海水脱硫过程，有待进一步提升，同时膜吸收过程可能产生膜表面结垢，清洗过程为被动式的补偿措施，吸收过程与后续曝气过程相互分离，过程集成性较差。目前膜吸收海水烟气脱硫技术并未有工业化应用报道。
技术实现思路
本专利技术的目的为针对当前技术中存在的传统吸收塔设备存在的液泛、漏液、雾沫夹带等现象，提供一种气泡强化式膜吸收海水烟气脱硫方法。该方法在吸收剂的海水中同时鼓入空气，在吸收侧形成气液两相流，增加吸收侧膜表面附近湍流程度，降低二氧化硫由烟气侧向海水侧的传质阻力，提升吸收速率；同时改变膜清洗这一被动式措施，将清洗过程与吸收过程相耦合，形成集成式的新型高效膜吸收海水烟气脱硫方法，可有效提升单位膜面积处理烟气能力，同时降低膜的清洗频率，延长膜使用寿命，并实现过程的热量与流程的集成。本专利技术所采用的技术方案如下：一种气泡强化式膜吸收海水烟气脱硫的方法，包括以下步骤：(1)烟气的预处理待处理的初始烟气依次经过除尘器去除烟尘，经烟气换热器降低烟气温度至40℃-60℃，再经海水换热器二次降温至20℃-40℃后进入中空纤维膜吸收装置；(2)海水的预处理吸收剂海水输送进入精度为0.1～10μm的过滤器，除去悬浮物后进入气液混合器；烟气与海水体积流量比为1-50：1；(3)烟气中二氧化硫的吸收利用气体压缩机将扰动气体输入气液混合器与同时进入的海水混合，得到的气液混合物进入中空纤维膜吸收装置；气液混合物和步骤(1)中的烟气分别进入中空纤维膜两侧，并在中空纤维膜表面发生吸收作用；其中，体积流量比扰动气体：海水＝1：1-100；所述中空纤维膜洗手装置中的膜材料为疏水性材料；(4)烟气及海水的后处理发生吸收作用后的烟气由中空纤维膜吸收装置排出后进入烟气换热器与初始烟气换热，升温至70℃-90℃后进行排放；发生吸收作用后海水由中空纤维膜吸收装置排出，再经曝气氧化后排放。所述扰动气体为空气、氧气和氮气中的一种或多种；所述气液混合器为静态混合器、溶气器和气液两相泵中的一种或多种组合而成。所述的初始烟气中的SO2体积浓度优选为0.2‰-5‰。所述的海水的流量优选为1-500m3/h；所述的中空纤维膜吸收装置由1支或多支中空纤维膜元件串联或并联构成；所述中空纤维膜元件为柱式膜元件或帘式膜元件。所述的疏水性材料具体为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯或聚砜中的一种或几种。所述中空纤维膜元件中膜材料的孔径为0.05-1μm，孔隙率为40-80％。本专利技术的实质性特点为：本专利技术的核心在于在作为吸收剂的海水中同时鼓入扰动气体，形成气-液两相流，这一新型的方法可产生如下作用：1，在吸收侧形成气液两相流，增加吸收侧膜表面附近湍流程度，降低二氧化硫由烟气侧向海水侧的传质阻力，提升吸收速率；2，烟气中的二氧化硫气体溶解于烟气中可形成亚硫酸、亚硫酸氢根、亚硫酸根等离子，而当鼓入气体为空气或氧气时，可以利用含有的氧气可将上述离子氧化为硫酸根，此过程可有效促进二氧化硫的吸收与溶解，进而提升反应。3，鼓入的空气与吸收侧海水形成气液两相流，可对膜表面产生振动冲刷作用，有效的阻碍污染物的沉积，实现吸收过程与清洗作用的集成。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术气泡强化式膜吸收海水烟气脱硫方法，相较于吸收塔设备，由于气液两相仅在微米级的膜孔中接触，单个接触面积小而总接触面积巨大因此可有效避免塔式海水脱硫方法液泛、漏液、雾沫夹带等问题；同时所采用的膜及元件均为高分子材料对海水及酸性气体具有很好的耐腐蚀性能；(2)本专利技术气泡强化式膜吸收海水烟气脱硫方法，相较于现有的膜吸收海水烟气脱硫方法，由于鼓气相的加入，伴随产生物理扰动及化学反应，两方面协同耦合均可对二氧化硫的吸收过程产生促进作用，进而提高海水对烟气中二氧化硫的吸收效率；与此同时鼓入的空气可对膜表面产生擦洗、振动作用，因此可有效提高膜表面的抗污染性能，实现吸收过程与清洗过程的耦合；(3)本专利技术气泡强化式膜吸收海水烟气脱硫方法，在热量利用上分别利用初始烟气、脱硫后烟气、吸收后海水进行换热，充分烟气本身热量，降低热量消耗。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为本专利技术气泡强化式膜吸收海水烟气脱硫方法的工艺流程示意图。图2为采用帘式中空纤维膜元件的中空纤维膜吸收装置的结构示意图；图3为采用柱式中空纤维膜元件的中空纤维膜吸收装置的结构示意图。具体实施方式本专利技术的气泡强化式膜吸收海水烟气脱硫方法的工艺流程是：待处理的烟气依次经过除尘器除尘，烟气换热器降温和海水换热器二次降温后进入中空纤维膜装置的管程(壳程)；一定流量海水经过滤器后进入气液混合器，与同时进入的一定流量的扰动气体混合后形成气液混合流，共同进入中空纤维膜装置的壳程(管程)；在膜吸收装置中进行烟气中二氧化硫气体的去除，排出的烟气在烟气换热器与原始烟气换热升温后进入烟气排放系统；而吸收后海水进入曝气氧化系统进行水质恢复后排放。所述的中空纤维膜吸收装置为公知器件。该装置由1支或多支中空纤维膜元件串联或并联构成；所述为柱式膜元件或帘式膜元件，基本结构如图2，3所示。所述中空纤维膜吸收装置中的膜元件的构成数目：处理烟气中二氧化硫质量流量(g/h)÷单位膜面积二氧化硫吸收量(g/m2·h)÷单支膜元件面积(m2)，其中单位膜面积二氧化硫吸收量为10-60g/m2·h，单支膜元件面积为所选用膜元件的面积。所述中空纤维膜元件中膜材料为疏水性材料。具体为聚偏氟乙烯、聚四氟乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气泡强化式膜吸收海水烟气脱硫的方法，其特征为该包括以下步骤：（1）烟气的预处理待处理的初始烟气依次经过除尘器去除烟尘，经烟气换热器降低烟气温度至40℃‑60℃，再经海水换热器二次降温至20℃‑40℃后进入中空纤维膜吸收装置；（2）海水的预处理吸收剂海水输送进入精度为0.1～10μm的过滤器，除去悬浮物后进入气液混合器；烟气与海水体积流量比为1‑50：1；（3）烟气中二氧化硫的吸收利用气体压缩机将扰动气体输入气液混合器与同时进入的海水混合，得到的气液混合物进入中空纤维膜吸收装置；气液混合物和步骤（1）中的烟气分别进入中空纤维膜两侧，并在中空纤维膜表面发生吸收作用；其中， 体积流量比扰动气体：海水=1：1‑100；所述中空纤维膜洗手装置中的膜材料为疏水性材料；(4) 烟气及海水的后处理发生吸收作用后的烟气由中空纤维膜吸收装置排出后进入烟气换热器与初始烟气换热，升温至70℃‑90℃后进行排放；发生吸收作用后海水由中空纤维膜吸收装置排出，再经曝气氧化后排放；所述扰动气体为空气、氧气和氮气中的一种或多种；所述气液混合器为静态混合器、溶气器和气液两相泵中的一种或多种组合而成。

【技术特征摘要】
1.一种气泡强化式膜吸收海水烟气脱硫的方法，其特征为该包括以下步骤：（1）烟气的预处理待处理的初始烟气依次经过除尘器去除烟尘，经烟气换热器降低烟气温度至40℃-60℃，再经海水换热器二次降温至20℃-40℃后进入中空纤维膜吸收装置；（2）海水的预处理吸收剂海水输送进入精度为0.1～10μm的过滤器，除去悬浮物后进入气液混合器；烟气与海水体积流量比为1-50：1；（3）烟气中二氧化硫的吸收利用气体压缩机将扰动气体输入气液混合器与同时进入的海水混合，得到的气液混合物进入中空纤维膜吸收装置；气液混合物和步骤（1）中的烟气分别进入中空纤维膜两侧，并在中空纤维膜表面发生吸收作用；其中，体积流量比扰动气体：海水=1：1-100；所述中空纤维膜洗手装置中的膜材料为疏水性材料；(4)烟气及海水的后处理发生吸收作用后的烟气由中空纤维膜吸收装置排出后进入烟气换热器与初始烟气换热，升温至70℃-90℃后进行排放；发生吸收作用后海水由中空纤维膜吸收装...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁俊生，刘杰，杨超鹏，纪志永，郭小甫，赵颖颖，邓梦轩，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12