陶瓷膜接触器化学吸收氮氧化物的传质过程与阻力分析
发布时间：2021-07-19 11:44
针对选择性催化还原技术（SCR）存在装置大、运行费用高、催化剂中毒失活等问题,将平均孔径为100 nm的Al2O3陶瓷膜进行疏水改性并组装成膜接触器,以NaClO2水溶液为吸收液,开展陶瓷膜接触器在烟气脱硝领域的应用研究。考察了陶瓷膜接触器在化学吸收脱硝中的稳定性,以及气体流量、吸收液浓度、吸收液流量、吸收液pH等因素对NO脱除率和传质通量的影响,基于阻力串联模型,建立总传质系数方程。研究表明,陶瓷膜接触器在连续600 min运行过程中,NO的脱除效率及传质通量分别稳定在99%和0.038 mol·m-2·h-1左右。进气流量的增加会促进NO的吸收,吸收液pH=3时具有最高的氧化吸收性能,同时提高吸收液的浓度会增强NO的脱除效果。NO的传质过程同时受气、液、膜三相阻力控制,传质阻力分析结果表明,可以通过增加气体流速减小气相阻力,增加吸收液浓度同时降低pH减小液相阻力。本研究在烟气脱硝领域具有良好的应用前景。
【文章来源】：化工学报. 2020,71(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
膜吸收NO传质过程的机理
配制不同浓度的NO/N2来模拟烟气，打开混合气NO/N2阀门，混合后的气体经过质量流量控制器(MFC)调节后直接进入膜接触器壳程。储液槽中的吸收液通过蠕动泵进入陶瓷膜管程，吸收液和气体在管程和壳程内以平行逆流的形式流动，在烟气进出口用烟气分析仪进行浓度测定，可计算出NO的脱除率。实验装置如图1所示。实验中使用疏水性陶瓷膜，蠕动泵安装在膜接触器前端，液体通过蠕动泵提升至膜接触器内，改性后的陶瓷膜具有疏水性，保证膜孔不会被润湿，形成气体充满膜孔的稳定状态。NO由气相主体通过膜管上的孔道扩散到气液接触面与NaClO2进行氧化反应。膜吸收NO传质过程的机理如图2所示。
采用0.01 mol·L-1的NaClO2水溶液为吸收液，控制NO的进气浓度为500 ml·m-3，吸收液流量为30 ml·min-1，吸收液pH为3，进气温度为293 K，考察不同的进气流量对NO脱除率和传质通量的影响，结果如图6所示。图中可看出，进气流量从50 ml·min-1增加到550 ml·min-1,NO的脱除率从100%下降至42.64%，这是由于随着气体流量的增加，需吸收的物质量也同比增加，而气体在膜接触器内停留时间变短，因此脱除率逐渐下降。随着气体流量的增加，NO的传质通量增加，说明增加气体流量使膜层气相边界层逐渐变薄，气相传质阻力逐渐减小，单位时间内透过膜孔被吸收的NO量逐渐增加，从而提高了NO的传质速率；当进气流量达到400 ml·min-1时，气相边界层可忽略，传质通量接近最大值0.029 mol·m-2·h-1。图4 改性前后陶瓷膜水滴动态接触角随时间变化关系
【参考文献】：
期刊论文
[1]快速变压吸附制氧动态传质系数模拟分析[J]. 丁兆阳,韩治洋,石文荣,沈圆辉,田彩霞,韩旸湲,张东辉. 化工学报. 2018(02)
[2]疏水性单管陶瓷膜接触器在SO2吸收中的应用[J]. 韩士贤,高兴银,符开云,邱鸣慧,范益群. 化工学报. 2017(06)
[3]UV辐照强化NaClO2溶液脱硝实验研究[J]. 郑德康,韩志涛,杨少龙,宋永惠,夏鹏飞,于景奇,严志军,潘新祥. 化学工程. 2017(02)
[4]膜吸收法烟气同时脱硫脱硝试验研究[J]. 关毅鹏,陈颖,张召才,刘国昌,郭春刚,李浩,李晓明. 膜科学与技术. 2014(01)
[5]陶瓷膜表面性质研究进展[J]. 范益群,邢卫红. 膜科学与技术. 2013(05)
[6]NaClO2/NaClO复合吸收液同时脱硫脱硝[J]. 赵静,严金英,邱婧伟,于国峰,潘理黎. 环境工程学报. 2012(10)
[7]疏水性Al2O3膜表面的化学稳定性[J]. 柯威,高能文,李梅,范益群. 南京工业大学学报(自然科学版). 2010(06)
[8]亚氯酸钠溶液同时脱硫脱硝的热力学研究[J]. 赵毅,刘凤,赵音,郭天祥. 化学学报. 2008(15)
硕士论文
[1]新型船舶柴油机废气脱硝方法研究[D]. 郑晏光.大连海事大学 2012
本文编号：3290639
【文章来源】：化工学报. 2020,71(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
膜吸收NO传质过程的机理
配制不同浓度的NO/N2来模拟烟气，打开混合气NO/N2阀门，混合后的气体经过质量流量控制器(MFC)调节后直接进入膜接触器壳程。储液槽中的吸收液通过蠕动泵进入陶瓷膜管程，吸收液和气体在管程和壳程内以平行逆流的形式流动，在烟气进出口用烟气分析仪进行浓度测定，可计算出NO的脱除率。实验装置如图1所示。实验中使用疏水性陶瓷膜，蠕动泵安装在膜接触器前端，液体通过蠕动泵提升至膜接触器内，改性后的陶瓷膜具有疏水性，保证膜孔不会被润湿，形成气体充满膜孔的稳定状态。NO由气相主体通过膜管上的孔道扩散到气液接触面与NaClO2进行氧化反应。膜吸收NO传质过程的机理如图2所示。
采用0.01 mol·L-1的NaClO2水溶液为吸收液，控制NO的进气浓度为500 ml·m-3，吸收液流量为30 ml·min-1，吸收液pH为3，进气温度为293 K，考察不同的进气流量对NO脱除率和传质通量的影响，结果如图6所示。图中可看出，进气流量从50 ml·min-1增加到550 ml·min-1,NO的脱除率从100%下降至42.64%，这是由于随着气体流量的增加，需吸收的物质量也同比增加，而气体在膜接触器内停留时间变短，因此脱除率逐渐下降。随着气体流量的增加，NO的传质通量增加，说明增加气体流量使膜层气相边界层逐渐变薄，气相传质阻力逐渐减小，单位时间内透过膜孔被吸收的NO量逐渐增加，从而提高了NO的传质速率；当进气流量达到400 ml·min-1时，气相边界层可忽略，传质通量接近最大值0.029 mol·m-2·h-1。图4 改性前后陶瓷膜水滴动态接触角随时间变化关系
【参考文献】：
期刊论文
[1]快速变压吸附制氧动态传质系数模拟分析[J]. 丁兆阳,韩治洋,石文荣,沈圆辉,田彩霞,韩旸湲,张东辉. 化工学报. 2018(02)
[2]疏水性单管陶瓷膜接触器在SO2吸收中的应用[J]. 韩士贤,高兴银,符开云,邱鸣慧,范益群. 化工学报. 2017(06)
[3]UV辐照强化NaClO2溶液脱硝实验研究[J]. 郑德康,韩志涛,杨少龙,宋永惠,夏鹏飞,于景奇,严志军,潘新祥. 化学工程. 2017(02)
[4]膜吸收法烟气同时脱硫脱硝试验研究[J]. 关毅鹏,陈颖,张召才,刘国昌,郭春刚,李浩,李晓明. 膜科学与技术. 2014(01)
[5]陶瓷膜表面性质研究进展[J]. 范益群,邢卫红. 膜科学与技术. 2013(05)
[6]NaClO2/NaClO复合吸收液同时脱硫脱硝[J]. 赵静,严金英,邱婧伟,于国峰,潘理黎. 环境工程学报. 2012(10)
[7]疏水性Al2O3膜表面的化学稳定性[J]. 柯威,高能文,李梅,范益群. 南京工业大学学报(自然科学版). 2010(06)
[8]亚氯酸钠溶液同时脱硫脱硝的热力学研究[J]. 赵毅,刘凤,赵音,郭天祥. 化学学报. 2008(15)
硕士论文
[1]新型船舶柴油机废气脱硝方法研究[D]. 郑晏光.大连海事大学 2012
本文编号：3290639
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