雙極膜電滲析再生有機(jī)胺脫硫劑.pdf

1、利用有機(jī)胺吸收脫除煙氣或者燃?xì)庵械亩趸蚴钱?dāng)前較為成熟也是應(yīng)用較為廣泛的脫硫技術(shù)之一，該技術(shù)利用有機(jī)胺與二氧化硫形成熱不穩(wěn)定性鹽的特性加熱來再生脫硫劑和回收二氧化硫，但是在硫吸收和有機(jī)胺脫硫劑再生過程中會由于含硫氣體和亞硫酸胺鹽的氧化形成了熱穩(wěn)定性鹽——胺硫酸鹽，影響脫硫效率和熱再生效率。由于這種熱穩(wěn)定鹽在在循環(huán)過程中的不斷積累，一方面，會直接導(dǎo)致有機(jī)胺的損失、降低脫硫效率，增加有機(jī)胺原料成本；如果不能循環(huán)利用而被排放到環(huán)境中去，這些

2、熱穩(wěn)定性鹽不僅會造成二次污染而且還會導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。另一方面，會導(dǎo)致流體粘度增加，進(jìn)而造成鼓泡、液泛，影響操作的穩(wěn)定性，嚴(yán)重者會直接導(dǎo)致脫硫操作的停車。因此不論從經(jīng)濟(jì)成本角度還是從環(huán)境保護(hù)角度，脫硫工藝亟須與綠色/環(huán)境化工技術(shù)耦合實(shí)現(xiàn)沒有二次污染的大氣污染治理新工藝。 雙極膜電滲析技術(shù)可以參與這一耦合過程，因?yàn)闊岱€(wěn)定性鹽可以在雙極膜電滲析中解離并與雙極膜水解離產(chǎn)生的OH<'->和H<'+>結(jié)合轉(zhuǎn)化為有機(jī)胺和硫酸。在線耦合以后，

3、雙極膜電滲析可以及時(shí)回收熱穩(wěn)定性鹽中的有機(jī)胺，確保脫硫體系高效穩(wěn)定長期運(yùn)行；而且雙極膜電滲析以水和熱穩(wěn)定性鹽為主要反應(yīng)試劑、使用的支撐電解質(zhì)可以循環(huán)利用，因此沒有二次污染問題。 本論文以雙極膜電滲析再生有機(jī)胺脫硫劑為切入點(diǎn)，探討了電膜技術(shù)對脫硫工藝的綠色化和環(huán)境友好化的共性問題，研究內(nèi)容和主要的結(jié)果如下： 1.選取一種高效有機(jī)胺排煙脫硫劑——哌嗪，采用雙極膜電滲析對其硫酸鹽進(jìn)行再生，探討工藝可行性，并且考察電解質(zhì)濃度

4、、料液濃度、電流密度、膜堆構(gòu)型對再生效果的影響。結(jié)果顯示低能耗高電流效率對應(yīng)的操作條件為c<,0>(Na<,2>SO<,4>)=0.3～0.4 mol/L，c<,0>(Pz·H<,2>SO<,4>)=0.08～0.13 mol/L，以及采用BP-C-C(BP，雙極膜；C，陽膜)構(gòu)型；而且在高電流密度條件下操作電流效率和能耗都比較高。根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件估計(jì)哌嗪再生的過程成本為0.96 $/kg Pz。為了提高電流效率，同離子滲漏往往作為不利因素

5、而加以抑制。在本實(shí)驗(yàn)中這種同離子滲漏導(dǎo)致電流效率下降的現(xiàn)象也存在，但是對于BP-C-A(A，陽膜)構(gòu)型膜堆來說一定量的H<'+>滲漏對提高電流效率是有好處的，因?yàn)樗梢栽诹蛩徇哙壕彌_容量范圍內(nèi)在不增加H<'+>/PzH<,n><'n+>比的情況下增加哌嗪離子PzH<,n><'n+>的含量。從這個(gè)意義上說，在采用BP-C-A構(gòu)型膜堆再生哌嗪時(shí)陰膜的離子選擇性不必要求得過高。 2.在同等條件下，選取和雙極膜電滲析最有競爭力的常規(guī)電

6、滲析實(shí)現(xiàn)上述有機(jī)胺硫酸鹽的再生過程，并對再生性能和成本進(jìn)行系統(tǒng)的比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，常規(guī)電滲析具有較高的哌嗪產(chǎn)量和電流效率，以及較低的膜堆電壓降和能耗。但是，其過程成本比雙極膜電滲析高，原因在于常規(guī)電滲析在再生哌嗪過程中中需要額外支付堿和附屬設(shè)備的成本。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，兩種技術(shù)再生哌嗪的過程成本估計(jì)為：雙極膜電滲析，0.96 $/kg Pz；常規(guī)電滲析，1.14 $/kg Pz。 3.選取三種有機(jī)胺燃?xì)饷摿騽獑我掖及?MEA)、

7、二乙醇胺(DEA)和和N,N'-二甲基乙醇胺(DMEA)，探討雙極膜電滲析再生這些脫硫劑硫酸鹽的可行性，考察電解質(zhì)濃度、料液濃度、電流密度、膜堆構(gòu)型對再生效果的影響，并利用分子大小、本征遷移速率、離子濃度、Donnan滲析、離子取向和鏈烷醇胺與膜的相互作用解釋了MEA、DEA和DMEA在再生性能上的差異。根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件估計(jì)MEA、DEA和DMEA的再生過程成本分別為0.48、0.32和0.30 $/kg。 4.將有機(jī)胺酸鹽再生和

8、葡萄糖酸生產(chǎn)過程在雙極膜電滲析內(nèi)部進(jìn)行耦合，探討其可行性，并考察料液濃度、電流密度對過程性能的影響，比較耦合操作和分離操作的優(yōu)劣。結(jié)果顯示耦合操作時(shí)哌嗪(Pz)再生和葡萄糖酸(HGlu)生產(chǎn)的過程成本分別為$0.80 kg<'-1> Pz和$0.17 kg<'-1> HGlu，比分離操作要低($0.96kg<'-1> Pz和$0.24 kg<'-1> HGlu)。該研究的意義在于借助正規(guī)模效應(yīng)和投資平分減少單方投資實(shí)現(xiàn)合作企業(yè)間的雙贏，