超重力烟气脱硫的试验研究*

管 浩，张长森

(盐城工学院材料工程学院，江苏盐城 224051)

研究开发

超重力烟气脱硫的试验研究*

管 浩，张长森

(盐城工学院材料工程学院，江苏盐城 224051)

该试验在超重力条件下以乙二胺为吸收剂进行SO2吸收的研究。试验研究了转速、气液比、吸收液温度对SO2吸收效率的影响。研究结果表明：旋转填充床合适的操作条件为转速1 000 r/min、吸收液温度45 ℃，随着气液比的减小，SO2吸收效率增加，脱硫率可达到95%以上。

超重力技术 烟气脱硫 试验 影响因素

随着我国经济高速发展，能源消耗量不断增加，SO2排放量也在日趋增多，特别是工业窑炉排放的烟气中含有的SO2污染对生态环境和人体健康带来严重的影响。因此，加快烟气脱硫技术和设备的研发以及推广应用就越来越成为人们关注的焦点。目前烟气脱硫技术大致分为3类：干法、半干法和湿法[1-2]，其中湿法脱硫具有反应速度和反应过程较快、吸收效果较好的优点而具有越来越广泛的应用。湿法脱硫一般是指吸收剂在浆状或者液态条件下进行脱硫，主要包括石灰石-石膏法、海水脱硫法、双碱法、氨法等众多的脱硫技术[3-7]。

超重力技术是指在比地球重力加速度9.8 m/s2大得多的条件下强化多相流传递及反应过程的技术，获取超重力条件的简便方式主要是通过旋转设备整体或部件形成离心力场而实现。这样的旋转设备被称为超重力机或旋转填充床，其具有体积小、质量小、能耗低、易运转、易维修、运行安全可靠、更能适应环境等优点,使得超重力技术在环保和材料生物化工等工业领域中有广阔的应用前景[8-9]。

该试验是在超重力环境下进行烟气湿法脱硫，以乙二胺为吸收液，研究转速、液体流量、气体流量、吸收液温度等因素对SO2吸收效率的影响。

1 试验流程

超重力烟气脱硫以旋转填充床作为反应装置，吸收液和混合气体以逆流方式流经反应器，SO2气体由流量计控制，N2做为惰性气体稀释混合气体。气体经混合室混合后，经进气管由切向引入超重力机外腔，在气体压力的作用下由转子外缘处进入填料；乙二胺吸收液经泵由液体进口管引入转子内腔，经喷头淋洒在转子内缘上。进入转子的乙二胺吸收液受到转子所产生的离心力作用将液体由内向外喷向填料，与含硫气体在旋转填料中混合吸收，直至甩到外壳汇集后经液体出口管流出超重力机。气体净化后自转子中心离开转子，由气体出口管引出，完成整个传质或反应过程。在气体的进口和出口分别设置采气口以便测量混合气体中SO2含量。气体中的SO2含量用二氧化硫分析仪POT400-SO2测定，液体流量用转子流量计测定。

试验流程如图1所示。

图1 超重力烟气脱硫试验流程

SO2吸收效率采用如下公式计算：

式中：η——SO2吸收效率，%； Cin——进口气体SO2体积分数，%； Cout——出口气体SO2体积分数，%。

2 结果与讨论

2.1 试验原理

在水溶液中，溶解的SO2会发生如下的可逆水合和电离过程[10]。

在水中加入乙二胺作为吸收剂，通过和水中的氢离子发生反应，形成胺盐，使上式反应向右移动，可以增加SO2的溶解量。

2.2 转速对SO2吸收效率的影响

当乙二胺质量浓度为0.2 mol/L、φ(SO2)为1.5%、液体流量为2 L/h、气体流量为0.2 m3/h、温度为25 ℃时，转速对SO2吸收效率的影响见图2。

从图2可见：随着转速的增加，SO2的吸收效率先增大后减小，当转速为1 000 r/min 时，

SO2

图2 转速对SO2吸收效率的影响

的吸收效率最大。其原因是在转速较小时，随着转速的增加，高速旋转的填料产生强大的离心力场，物料被撕裂成滴状、丝状和膜状的极小单元，增加了气液接触面积和更新速率，使气液传质得到极大的强化，SO2的吸收效率迅速提高。当转速超过1 000 r/min 以后，由于转速增加，液体在填料中停留的时间变短，使得表面更新速率对传质的强化作用减弱，SO2吸收效率反而会下降。同时，转速越大能耗也越高。

2.3 液体流量对SO2吸收效率的影响

当乙二胺质量浓度为0.2 mol/L、φ(SO2)为1.5%、气体流量为0.2 m3/h、温度为25 ℃时，液体流量对SO2吸收效率的影响见图3。

图3 液体流量对SO2吸收效率的影响

从图3可见：气体流量保持不变的情况下，随着液体流量的增加，SO2吸收效率也有所提高，其原因是增大液体流量，填料中的持液量也有所增加，致使传质阻力降低及有效传质比表面积增大，强化传质过程；同时液量的增加也增大了乙二胺体积含量，使得SO2吸收过程的推动力增大，强化气液间传质速率，因此SO2吸收效率也有所增大。

2.4 气体流量对SO2吸收效率的影响

当乙二胺质量浓度为0.2 mol/L、φ(SO2)为1.5%、液体流量为2 L/h、温度为25 ℃时，气体流量对SO2吸收效率的影响见图4。

图4 气体流量对SO2吸收效率的影响

从图4可见：保持液体流量不变的情况下，随着气体流量的增加，SO2吸收效率有所下降，其原因可能是随着气体流量的增加，气体通过填料的速率加快，使得气液之间的接触时间大大缩短，SO2来不及与吸收液反应就排出了填料层；气量越大，单位体积吸收液需要反应的SO2量越多，可能会导致烟气脱硫不充分，达不到气体排放需求。

2.5 吸收液温度对SO2吸收效率的影响

当乙二胺质量浓度为0.2 mol/L、φ(SO2)为1.5%、液体流量为2 L/h、气体流量为0.2 m3/h时，吸收液温度对SO2吸收效率的影响见图5。

图5 吸收液温度对SO2吸收效率的影响

从图5可见：当转速为800 r/min 和1 000 r/min 时，随着温度的升高，对SO2的吸收效率有所增大，其原因是温度升高提高了气液传质系数，加快了气液化学反应速率，使得对SO2吸收效率有所提高；当转速为1 200 r/min 时，随着温度的升高，

对

SO2的吸收效率先增大后减小，其原因可能是温度升高虽然强化了传质过程，但是也降低SO2在液相中的溶解度，较高的转速加剧了液相分子的运动，反而降低了SO2吸收效率。

3 结论

该试验研究了在超重力条件下，以乙二胺作为吸收剂进行烟气湿法脱硫，获得良好效果。旋转填充床合适的操作条件为：转速1 000 r/min ，吸收液温度45 ℃，随着液体流量的增加和气体流量的减小，SO2吸收效率增加，脱硫率达到95%以上。超重力技术因其设备高效、投资省、性价比高，在烟气脱硫方面具有良好的应用前景。

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Experimental study of flue gas desulphurization by high-gravity technology

GUANHao,ZHANGChangsen

(School of Materials Engineering, Yancheng Institute of Technology, Yancheng,Jiangsu, 224051，China)

The experiment studied the absorption of SO2by using the ethylenediamine as an absorbent under high-gravity. The effects of the rotating speeds, the gas to liquid ratios, and the temperatures of the absorbent liquid on the SO2absorption efficiency were analyzed. The results show that the rotating speed at 1 000 r/min and the temperature of the absorbent liquid at 45 °C are proper operational conditions for the rotating packed bed. The SO2absorption efficiency increases with the decrease of the gas to liquid ratios. The desulphurization efficiency of 95% and higher can be achieved.

high-gravity technology;flue gas desulphurization； experiment； impact factors

2017-03-28。

管浩，男，盐城工学院材料工程学院副教授，主要从事环境功能材料的研究 。电话:13851062870; E-mail:guanhao@ycit.cn。 *基金项目： 江苏省产学研合作项目(BY2015057-19)。

TQ111.16

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1002-1507(2017)06-0001-03