CN102485320B - 膜吸收法海水烟气脱硫装置及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膜吸收法海水烟气脱硫装置及其工艺，其烟气由增压风机送入膜吸收器壳程，经过预处理的海水经海水泵进入膜吸收器管程作为吸收液，气液两相在中空纤维膜的微孔处形成反应界面，烟气中SO₂与海水反应生成亚硫酸盐并被及时带走，实现烟气脱硫。脱硫海水经曝气固硫，pH值达标后排放。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膜元件组成。其工艺特征在于装置气阻低，动力消耗小，脱硫效率高。采用自动在线反冲洗及清洗工艺设计，可控制和减轻膜污染；装置体积小，重量轻，可模块化集成；气液两相流速独立控制，可在较宽范围内操作，并可减轻或避免传统海水法烟气夹带大量水蒸气而造成的设备腐蚀问题。

Description

膜吸收法海水烟气脱硫装置及其工艺

技术领域

本发明属于大气污染控制技术与膜科学技术应用的交叉领域，具体涉及一种以海水作为吸收液，采用膜吸收技术脱除烟气中二氧化硫的***。 

背景技术

大气中的二氧化硫主要来自于工业废气、煤和石油等化石燃料的燃烧。我国在目前乃至未来相当长的时期内，通过燃煤提供热源和电力资源仍为主流。近年来，沿海地区经济发展迅速导致电荒带来的经济负担加重，致使沿海火电发展迅猛，目前已约占火电装机总量的三分之一。电力行业排放的SO₂约占全国总排放量的50％。我国淡水资源的严重缺乏，使得沿海电厂海水淡化、海水直流冷却和海水循环冷却技术的产业化优势明显，利用和推广海水烟气脱硫技术，将大气污染治理与海水资源再利用有机结合，既可节约大量的淡水，又可减少SO₂排放，可谓一举两得。 

燃煤电厂成熟的烟气脱硫工艺可分为湿法、干法和半干法等。其中干法和半干法工艺需要消耗大量吸收剂，并产生固体副产物，设备磨损大，运行维护费用高。成熟的湿法工艺有海水法和石灰石-石膏法，与石灰石-石膏法相比，海水法可节省配制吸收液所消耗的大量淡水，但由于采用传统气体吸收设备(如填料塔、液柱塔和喷淋塔等)，仍然无法摆脱湿法烟气脱硫的共性问题：由于烟气吸收过程中气液两相直接接触，使得该工艺易受液泛、沟流和雾沫夹带等流体力学条件的限制，导致吸收液和烟气分布不均匀，传质效率低，并且排放的烟气中含有大量水蒸气，加之残留的SO₂，因此存在设备腐蚀问题。传统烟气脱硫工艺和设备的诸多改进，目的在于使吸收液滴细小增大比表面，使烟气流场更加均匀优化，强化气液传质，提升脱硫效率。然而结果是设备体积庞大，工艺控制复杂，投资和运行维护成本高。 

公开号为CN101091873A，其公开日为2007年12月26日的中国发明专利公开了《一种膜吸收法海水脱除烟气中二氧化硫的工艺方法》，其工艺过程是烟气经除尘降温后，由气体压缩机调压后进入中空纤维膜吸收器的管程内，并保持气液相压力差在中空纤维膜组件泡点压力范围内，其气相压力值高达11kPa。由于中空纤维膜吸收器毛细现象所产生的气阻较大，因此需要通过气体压缩机提供烟气，动力消耗很大。因此以往膜吸收法脱除酸性气体研究均处于实验室阶段，难以实现工程化应用。 

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种膜吸收法海水烟气脱硫装置，该装置由一级或多 级膜吸收器组成，膜吸收器由多组帘式或柱式中空纤维膜元件组成，多孔疏水性中空纤维膜材料提供巨大的有效气液接触面积，使该装置气阻低，动力消耗小，脱硫效率高；装置体积小，重量轻，可模块化集成；同时，本发明提供了利用上述装置进行烟气脱硫的工艺，是以海水作为吸收液，以气液膜元件组成膜吸收器，实现烟气脱硫。采用该工艺气液两相均匀分布，而且可以在气液两相独立操作的情况下，使烟气中SO₂与弱碱性海水快速反应，并被及时带走，在膜表面形成不可逆反应层，气液传质速率快，脱硫效率高，并可减轻或避免传统海水法烟气夹带大量水蒸气而造成的设备腐蚀问题。配合PLC控制可实现自动在线清洗工艺，从进一步控制和减轻膜污染。 

为了解决上述技术问题，本发明膜吸收法海水烟气脱硫装置予以实现的技术方案是：该装置包括至少一级膜吸收器、依次相连的海水预处理设备和海水泵、依次相连的热交换器和供风设备；所述膜吸收器的液相进口与所述海水泵相连，所述膜吸收器的气相进口与所述供风设备相连；所述膜吸收器的液相出口与一曝气池相连；所述供风设备采用增压风机；所述膜吸收器采用箱式气液接触膜吸收器和罐式气液接触膜吸收器中的一种，其中： 

所述箱式气液接触膜吸收器：包括中空纤维膜元件、一箱体、设置在箱体中的挡板和设置在箱体中的膜清洗部件；所述中空纤维膜元件与箱体的壁之间形成一膜吸收器壳程；所述中空纤维膜元件为片状帘式疏水性中空纤维膜元件；所述箱体中沿着气相流经方向呈格栅网络状布置有多片所述的片状帘式疏水性中空纤维膜元件；所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件由经过编织的中空纤维膜片和密封在多片所述的片状帘式疏水性中空纤维膜片上、下两端的膜元件封头构成，所述膜元件封头设有汲液腔；每片所述的片状帘式疏水性中空纤维膜元件之间相对独立；与多个所述的膜元件封头两端分别对正的设置有给水管，所述膜元件封头两端分别连接至与之对正的给水管上，所述箱体的壁上在与每个给水管的两端对正的位置处设有一孔口，所述给水管的两端从与之对正的孔口中伸出箱体；所述挡板为一中空的板，所述挡板与气相流经方向基本垂直，所述挡板紧密地设置在多片所述的片状帘式疏水性中空纤维膜元件与所述箱体之间；所述膜清洗部件包括水平地设置在箱体中的一清洗给水管和多个清洗管，所述清洗管的管壁上均匀地设有多个喷嘴，多个所述的清洗管连接至所述的清洗给水管上； 

所述罐式气液接触膜吸收器：包括中空纤维膜元件、一罐式壳体和水平地设置在所述罐式壳体中的膜清洗部件；所述中空纤维膜元件与罐体的壁之间形成一膜吸收器壳程；所述中空纤维膜元件为柱式疏水性中空纤维膜元件；所述罐式壳体中均匀布置有多组所述的柱式疏水性中空纤维膜元件，每组柱式疏水性中空纤维膜元件中设有与一中心管平行的支撑杆，所述中心管的管壁上均匀分布一定数量的孔，所有的孔所占据的区域面积要大于或等于所述中心管的横截面积，所述中心管的顶端设有堵头；每组柱式疏水性中空纤维膜元件中的中空纤维膜经过纱线编织后卷成柱状，两端密封浇铸；每组柱式疏水性中空纤维膜 元件之间相对独立；一部分所述柱式疏水性中空纤维膜元件的上端和下端设置有双通封头，另一部分所述柱式疏水性中空纤维膜元件的上端和下端设置有三通封头；多组所述柱式疏水性中空纤维膜元件上的双通封头的管端与三通封头的管端分别在同一水平面上相互连接装配并形成通路；设置有三通封头的柱式疏水性中空纤维膜元件均位于贴近所述罐式壳体的内壁处；其中，对角线上的两组对称的三通封头柱式膜元件的上端和下端的封头均各设有一自由管端；罐式壳体的壁上在与每个自由管端对正的位置处设有一孔口，所述自由管端从与之对正的孔口中伸出壳体；多组所述柱式疏水性中空纤维膜元件的上端和下端设有柱式疏水性中空纤维膜元件的导流支撑或支撑结构；所述导流支撑结构包括有多个气相导流孔；所述膜清洗部件包括水平地设置在罐体中的一清洗给水管和多个清洗管，所述清洗管的管壁上设置有多个喷嘴，所述多个清洗管集成连接至所述给水管上。 

本发明膜吸收法海水烟气脱硫工艺予以实现的技术方案是：利用上述膜吸收法海水烟气脱硫装置进行烟气脱硫，其过程如下： 

烟气经热交换器采用海水冷却降温后，通过增压风机送入膜吸收器壳程；经海水预处理设备预处理后的海水经海水泵进入膜吸收器管程作为脱硫吸收液；气液两相在中空纤维膜的微孔处形成反应界面，烟气中SO₂与海水反应生成亚硫酸盐；脱硫后的烟气从所述膜吸收器的气相出口排出；与此同时，带有亚硫酸盐的海水经曝气池曝气固硫，其pH值达标后排放。 

与现有技术中喷淋塔气体吸收和以往膜吸收法脱除酸性气体***相比，本发明膜吸收法海水烟气脱硫装置及其工艺的有益效果是： 

其一，本发明烟气脱硫装置中采用的中空纤维膜比表面巨大，加之膜吸收器的优化结构设计，保证了气液分布均匀，使单位设备体积的有效传质面积达到传统吸收塔的10倍～20倍，并且疏水性膜材料的耐海水和酸性气体腐蚀特性良好； 

其二，本发明烟气脱硫工艺气液两相独立操作，流速控制范围宽，无液泛；烟气与海水不直接接触，脱硫后烟气不夹带大量水蒸气，使排放烟气的露点温度大幅降低，可以减轻或避免设备腐蚀； 

其三，本发明烟气脱硫装置中的膜吸收器烟气阻力低，耐烟气SO₂浓度和流量冲击能力强，海水利用率高，动力消耗小；膜吸收器抗污染能力强，脱硫效率稳定，可根据烟气SO₂浓度，在90％～98％范围内自动调节脱硫率，控制SO₂达到排放标准。 

附图说明

图1为膜吸收法海水烟气脱硫工艺流程图； 

图2a是本发明中罐式气液接触膜吸收器的柱式疏水性中空纤维膜元件示意图； 

图2b是带有三通封头的柱式疏水性中空纤维膜元件示意图； 

图2c是带有双通封头的柱式疏水性中空纤维膜元件示意图； 

图2d是一单级罐式膜吸收器中的9组柱式膜元件的封头连接方式示意图； 

图3a是本发明中罐式气液接触膜吸收器的导流支撑板的结构示意图； 

图3b是本发明中罐式气液接触膜吸收器的清洗部件的结构示意图； 

图3c是本发明中罐式气液接触膜吸收器的底板的结构示意图； 

图4a是本发明中罐式气液接触膜吸收器采用单级膜吸收器运行模式示意图； 

图4b为本发明中罐式气液接触膜吸收器采用单级膜吸收器反冲洗运行模式示意图； 

图4c为本发明中罐式气液接触膜吸收器采用两级串联集成模式示意图； 

图5a是本发明中箱式气液接触膜吸收器透视图； 

图5b是图5a中所示的片状帘式疏水性中空纤维膜元件示意图； 

图5c是图5a中所示的束集成的片状帘式疏水性中空纤维膜元件示意图； 

图6a是本发明中箱式气液接触膜吸收器中膜清洗部件的透视图； 

图6b是图6a箱式气液接触膜吸收器中所示清洗管的示意图； 

图7是本发明中箱式气液接触膜吸收器中壳体内部挡板的结构透视图； 

图8是本发明中箱式气液接触膜吸收器运行模式的示意图； 

图9是本发明中箱式气液接触膜吸收器反冲洗模式的示意图； 

图10是本发明中箱式气液接触膜吸收器在线清洗模式的示意图； 

图11是本发明中箱式气液接触膜吸收器由一两级串联集成后的示意图。 

图中： 

1——中空纤维膜    2——纱线 

3——中心管        4——浇铸材料 

5——支撑杆        6、7——双通封头 

8——管壁孔        9、10——三通封头 

11——导流支撑板   12——卡槽孔 

13——孔口         14——膜清洗部件 

15——清洗管       16——喷嘴 

17——给水管       18——底板 

19——清洗剂出口   20——罐式壳体 

21——清洗剂进口   22、23、25、26——液相进入/流出管道的进/出口 

24——堵头 

101至108——液相进入/流出管道的进/出口 

109——清洗剂进口   110——清洗剂出口 

111——给水管       112——膜元件封头 

113——中空纤维膜        114——清洗给水管 

115——清洗管            116——挡板 

117——箱体              118——给水管 

122——汲液腔            124——中空纤维膜元件 

I——第一级罐式膜吸收器  II——第二级罐式膜吸收器 

A——液相                B——清洗剂 

C——气相 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。 

如图1所示，本发明膜吸收法海水烟气脱硫装置，包括至少一级膜吸收器201、依次相连的海水预处理设备203和海水泵204、依次相连的热交换器208和供风设备；所述膜吸收器201的液相进口与所述海水泵204相连，所述膜吸收器201的气相进口与所述供风设备相连；所述膜吸收器201的液相出口与一曝气池205相连；所述供风设备采用增压风机209；所述膜吸收器201采用罐式气液接触膜吸收器和箱式气液接触膜吸收器中的一种。其中，罐式气液接触膜吸收器由多组柱式疏水性中空纤维膜元件构成，烟气依次流经膜吸收器(201_-1至201_-n)对应串联的中心管从均布在管壁上的圆孔垂直于纤维轴均匀喷出，擦过中空纤维膜外壁向外扩散，然后沿着柱状帘式膜的外表面流向下一级膜吸收器壳程，从最后的一级排出。箱式气液接触膜吸收器由多组片状帘式疏水性中空纤维膜元件构成，帘式膜片沿着烟气流经方向形成格栅状网络结构，以保证烟气在其流经方向的垂直断面上，均匀地沿着垂直于纤维轴方向流过中空纤维膜外壁，烟气依次流经膜吸收器(201_-1至201_-n)；上述两种类型的膜吸收器，可以根据规模确定装置由几个膜吸收器组成，易于规模化设计和模块化集成。海水流经中空纤维膜中孔，烟气垂直纤维轴方向流过中空纤维膜外壁，气液两相在膜微孔处形成快速反应界面，烟气中SO₂被海水吸收并及时带走。脱硫后的海水集中排入曝气池进行曝气处理，pH值达标后排放。脱硫后的烟气，从膜吸收器的气相出口排出。 

本发明中的膜吸收器采用疏水性中空纤维膜，选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚砜、聚醚砜、聚芳醚砜、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、硅橡胶，一种或两种以上聚合物共混或覆合的膜材料。其多孔膜最大孔径范围为0.001μm～2.0μm，壁厚范围为20μm～200μm，孔隙率范围为20％～80％。 

本发明膜吸收法海水烟气脱硫工艺如图1所示，以海水作为吸收液，通过罐式或箱式气液接触膜吸收器，实现烟气脱硫。利用本发明膜吸收法海水烟气脱硫装置进行烟气脱硫的过程是：烟气207经热交换器208采用海水冷却降温后，通过增压风机209送入膜吸收 器壳程；经海水预处理设备203预处理后的海水202经海水泵204进入膜吸收器管程作为脱硫吸收液；气液两相在中空纤维膜的微孔处形成反应界面，烟气中SO₂与海水反应生成亚硫酸盐；脱硫后的烟气从所述膜吸收器201的气相出口排出；与此同时，带有亚硫酸盐的海水经曝气池205曝气固硫，其pH值达标后排放206。 

本发明膜吸收法海水烟气脱硫工艺中，吸收液海水是指原海水、海水直流冷却排放的海水、海水循环冷却和膜法海水淡化排放的浓海水中的任一种，其电导率范围为30000μS/cm～80000μS/cm；其pH值控制在7.5以上。其预处理是在自然沉降基础上加入非氧化性杀生剂进行杀生处理，经过粗过滤去除50μm以上的悬浮物，同时根据原水水质变化，适时进行电导率、pH值监测和调节。膜吸收器排出的脱硫海水和清洗海水呈酸性，可根据pH值大小适量混入新鲜海水，同时进行曝气处理以固定SO₂，经过恢复后的海水(pH≥6.5)排入大海。海水作为吸收液脱除烟气中SO₂以及恢复过程的化学反应原理如下： 

海水流经膜吸收器时，吸收溶解烟气中的SO₂，并快速发生反应生成亚硫酸氢根离子，其化学反应方程式如下： 

(1)SO₂(aq)+H₂O→H⁺+HSO₃ ^-

原海水或浓海水里富含碳酸氢根离子呈弱碱性，具有较强的缓冲能力，可中和反应(1)产生的氢离子，其化学反应方程式如下： 

(2)H⁺+HCO₃ ^-→H₂O+CO₂

反应(1)生成的亚硫酸氢根离子在曝气池中被氧化成硫酸根离子，同时生成的氢离子被混入的新鲜海水中的碳酸氢根离子中和，从而将SO₂固定在海水里不再析出，其化学反应方程式如下： 

(3)HSO₃ ^-+1/2O₂(aq)+HCO₃ ^-→SO₄ ^2-+H₂O+CO₂

吸收液为浓海水时，与原海水相比，由于其盐度、碱度、离子强度均较高，对SO₂的缓冲容量和吸收能力更强，吸收过程中的化学反应增强因子更大，因此总传质系数比较大，在相同操作工艺条件下，浓海水脱硫率明显高于原海水。 

上述工艺处理中的烟气是指包括：经除尘后的燃煤烟气和/或含SO₂的工业废气，其中SO₂浓度范围为50mg/Nm³～5000mg/Nm³。高温烟气经过热交换器将其温度降至50℃以下，然后进入膜吸收器进行脱硫，脱硫后的烟气经过SO₂浓度和温度检测后，从膜吸收器的气相出口排出。 

上述膜吸收器，采用自动在线反冲洗及清洗工艺设计，以控制和减轻膜污染。自动控制***采用海水A正向和反冲洗定时交替运行操作控制模式，以防止淤泥和生物附着污堵膜元件进水端面。如图8和图9所示箱式膜吸收器为例，正向运行模式为海水从101、102流进，经过给水管111、118帘式膜元件封头112，自上而下流经每组膜元件的中空纤维膜13中孔，从107、108流出；反冲洗运行模式为海水从105、106流进，自下而上流经每组 膜元件的中空纤维膜113中孔，从103、104流出。如图10所示的在线清洗运行模式中，清洗海水B由进口109流入，通过安装在膜吸收器中的膜清洗部件自动定时清洗中空纤维膜113表面沉积的烟尘，以减轻烟尘中空纤维膜外表面的污染。清洗海水与脱硫海水集中排入曝气池，进行曝气处理，pH值恢复后排海。 

下面结合图2a至图4c对罐式气液接触膜吸收器的结构作进一步详细描述。 

罐式气液接触膜吸收器包括柱式疏水性中空纤维膜元件，一罐式壳体20和水平地设置在所述罐式壳体20中的膜清洗部件14；如图4a所示，所述罐式壳体20中均匀疏松的布置有多组所述的柱式疏水性中空纤维膜元件，如图2a所示，每组柱式疏水性中空纤维膜元件中设有与一中心管3平行的支撑杆5，所述中心管3的管壁上均匀分布一定数量的管壁孔8，且该管壁孔8所占据的区域面积要大于或等于所述中心管3的横截面积；每组柱式疏水性中空纤维膜元件中的中空纤维膜1经过纱线2编织后卷成柱状，两端用浇铸材料4密封浇铸，所述柱式疏水性中空纤维膜元件由纱线2编织的中空纤维膜1、中心管3、支撑杆5采用该领域公知的工艺一次浇铸成型，每组柱式疏水性中空纤维膜元件之间相对独立；为确保中空纤维膜1均匀分布在中心管3的周围空间内，中空纤维膜都是经过纱线2均匀精密编织，这种结构有利于气体在中空纤维膜之间均匀分布，有利于气液有效接触面积最大化，可有效防止中空纤维膜集结成束状。但要控制中心管3与中空纤维膜1浇铸件的直径比适当，如果两者直径比和中心管内径较小时，那么中心管3周围的中空纤维膜丝束会增厚，不仅增加了气相自由流动阻力，也降低了单位中空纤维膜面积的吸收效率。因此，将中心管3与柱式膜元件直径比控制在1∶5到1∶2之间，中心管直径为DN25到DN80之间。 

所述膜清洗部件的结构如图3b所示，包括多个清洗管15，所述清洗管15的管壁上设置有多个喷嘴16，所述多个清洗管15按照一定间距均布并集成连接至所述给水管17上，可向中空纤维膜均匀喷洒清洗剂，实现对中空纤维膜外表面的清洗。 

如图2b所示，一部分所述柱式疏水性中空纤维膜元件的上端和下端设置有双通封头6、7，如图2c所示，另一部分所述柱式疏水性中空纤维膜元件的上端和下端设置有三通封头9、10，三通封头的各管端之间分别呈90°、135°和135°或90°、90°和180°的角度，所述双通封头和三通封头管端之间的角度可以根据每个柱式膜元件之间连接方式来调整，并不是一成不变的。图2d示出了一单级罐式膜吸收器中的9组柱式膜元件的封头连接方式示意图(图中所示带有序号01-09的圆为别表示9组柱式膜元件的封头)： 

01和07为三通封头：管端之间夹角为90°、135°、135°； 

04和06为三通封头：管端之间夹角为90°、90°、180°； 

02、05、08为双通封头，管端之间夹角为180°； 

03和09为双通封头，管端之间夹角为90°； 

01和07各设置一自由管端。 

9组所述柱式疏水性中空纤维膜元件上端的双通封头7和三通封头10的管端、下端的双通封头6和三通封头9的管端分别相互连接装配形成通路，如图2d中连接有关封头(圆)之间的连线所示，这样连接的好处是减少了给水管路的无效空间，增大膜填充密度；其中，设置有三通封头的柱式疏水性中空纤维膜元件均位于贴近所述罐式壳体20的内壁处；如图2d中的100所示，对角线上的两组对称的三通封头柱式膜元件的上端和下端的封头均各设有一自由管端，其余膜元件封头管端均形成闭路，上下共4个自由管端；罐式壳体20的壁上在与每个所述三通封头自由管端对正的位置处设有一孔口，即分别对应4个自由管端处开4个孔口，所述自由管端从与之对正的孔口中伸出壳体，这些孔口分别作为液相进、出口；无论是双通还是三通封头与所述柱式疏水性中空纤维膜元件之间可以是螺纹连接或互锁卡槽连接等形式均可。如图2b所示，带双通封头膜元件内液相A流径是：双通封头7的左边开口流入液相A，一部分由上而下流经中空纤维膜1内，另一部分液相A将通过该双通封头7的右边开口为下一个相连接膜元件提供液相A；此时，下端的双通封头6将从左边开口接到上一个与其相连接膜元件流出的液相A，和本膜元件中空纤维膜1内流出的液相A一并通过该双通封头6的右边开口排出。而气相C则是通过中心管3上的管壁孔8流出后扩散到中空纤维膜1外表面。 

多组所述柱式疏水性中空纤维膜元件的上端和下端设有柱式疏水性中空纤维膜元件的导流支撑或支撑结构；如图3a所示，所述导流支撑结构为一位于所述中心管顶部的导流支撑板11，所述导流支撑板11上设有中心管定位卡槽孔12和气相导流孔13，其中，卡槽孔12不仅可以保证中心管3内气相C可以流入到下一级罐式气液接触膜吸收器，还起到分担下一级罐式气液接触膜吸收器重量的作用。导流支撑板11上均布的孔口是为从中心管的管壁孔8中流出的气相C流向下一级罐式气液接触膜吸收器的通道，因此该孔口是气相导流孔13，气相导流孔13的孔径和数量要适当，所述导流支撑板上全部的气相导流孔13所占据的区域面积要大于所述中心管上全部管壁孔8所占据的区域面积，以实现大流量低压力气相可以顺利流通。如图3c所示，所述支撑结构为一位于所述中心管底部的支撑底板18，所述支撑底板18上同样设置有中心管定位卡槽孔12。当然，支撑底板18上与导流支撑板11上的中心管定位卡槽孔12是数量相等，布局位置是一一对应的，从而起到固定和支撑柱式疏水性中空纤维膜元件的作用。 

图4a为单级罐式膜吸收器(正向)运行模式示意图，其中：A为液相，B为清洗剂，C为气相，19为清洗剂出口，21为清洗剂进口，22、23、25、26为液相进出口，24为堵头。所述单级罐式膜吸收器主要包括柱式疏水性中空纤维膜元件、导流支撑板11、底板18、膜清洗部件14、罐式壳体20等部件，柱式疏水性中空纤维膜元件通过双通和三通封头装配形成一多组柱式膜元件，当然，封头的结构可以有多种形式，包括但不限于本发明中所 述的双通封头和三通封头。其中柱式疏水性中空纤维膜元件以一定膜填充密度装填于罐式壳体20内。所述膜填充密度是指多组柱式疏水性中空纤维膜元件包含的中空纤维膜总体积占壳体内部空间体积的百分比，其范围为3％～50％。罐式气液接触膜吸收器进入正向运行模式时，液相进出口25和26是关闭状态。一种液相A从进口22进入罐式膜吸收器，流经通过多个双通或三通封头相连接的柱式疏水性中空纤维膜元件的中空纤维膜后从液相进出口23流出。液相A是从上而下通过中空纤维膜内流经的，而气相C则是通过中心管3的管壁孔8流出后，沿着中空纤维膜外边面向上扩散到导流支撑板11的气相导流孔13的孔口排出，也就是说罐体内气液相的流向是相反，众所周知，当两相介质流向相反时两者的传质效率最高。清洗过程是清洗剂B可以定时从清洗剂进口21流入膜清洗部件14后，喷洒在中空纤维膜1表面进行冲洗，以防止气相中杂质对中空纤维膜造成不可逆污染。最后清洗剂B从罐壳体清洗剂出口19排出。 

图4b示出了单级罐式气液接触膜吸收器反冲洗运行模式。在图4b的剖视部分可见柱式疏水性中空纤维膜元件通过双通和三通封头装配的多组柱式膜元件以一定膜填充密度装填于罐式壳体内。罐式气液接触膜吸收器进入反冲运行模式时，液相进出口22和23是关闭状态。一种液相A从液相进出口25进入罐式气液接触膜吸收器，流经通过多个双通或三通封头相连接的柱式疏水性中空纤维膜元件的中空纤维膜后从液相进出口26流出。液相在中空纤维膜内的流向与正向运行模式相反，这样的操作可以冲洗掉粘附在中空纤维膜内表面的杂质，防止长时间运行对中空纤维膜造成不可逆污染。清洗剂B也是定时的从清洗剂进口21流入喷洒在中空纤维膜1表面进行冲洗，最后从罐壳体出口19排出。 

多级罐式气液接触膜吸收器，即由多级上述的单级罐式气液接触膜吸收器并联和/或串联集成；其中，相互串联的罐式气液接触膜吸收器的中心管连通，两两串联的罐式气液接触膜吸收器之间设置有导流支撑结构。此外，膜吸收器的串联和/或并联方式有多种，包括水路串并联与气路串并联的相互组合，即气路串联时，水路的串联与并联及气路并联时，水路的串联与并联共四种基本方式。所述水路和气路分别是液相与气相流通的路径。总之可以根据具体工况条件选择多级罐式气液接触膜吸收器之间的连接方式。图4c只是众多连接方式之一。 

在多级罐式气液接触膜吸收器中，所述导流支撑结构为位于所述中心管顶部的导流支撑板，所述导流支撑板上设有中心管定位卡槽孔和气相导流孔；所述支撑结构为设置在位于最低层的每个罐式气液接触膜吸收器底部的支撑底板，所述支撑底板上设置有中心管定位卡槽孔。图4c中示出了一种两级串联的集成模式，主要是有第一级罐式气液接触膜吸收器I和第二级罐式气液接触膜吸收器II串联装配而成。与单级罐式气液接触膜吸收器型式相比，主要不同之处是第一级罐式气液接触膜吸收器I的中心管顶端没有堵头24，也就是两罐式气液接触膜吸收器的中心管之间是相通的。气相C的流径是一部分气相从第一级罐 式气液接触膜吸收器I的中心管的管壁孔8扩散到第一级罐式气液接触膜吸收器I的罐式壳体当中，而另一部分气相流到第二级罐式气液接触膜吸收器II的中心管后再从其管壁孔8扩散到第二级罐式气液接触膜吸收器II的罐式壳体内；扩散到第一级罐式气液接触膜吸收器I的罐式壳体内的气相C可通过导流支撑板11上的气相导流孔13流经第二级罐式气液接触膜吸收器II的罐式壳体内后排出。另外，清洗运行的清洗剂通过清洗剂出口19排出。 

下面结合图5a至图11对箱式气液接触膜吸收器的结构作进一步详细描述。 

如图5a-5c、图6a和图8所示，一种新型低气阻箱式气液接触膜吸收器，包括箱体107、中空纤维膜元件124，设置在箱体117中的挡板116、设置在箱体117上部的膜清洗部件。 

所述中空纤维膜元件为片状帘式疏水性中空纤维膜元件124，所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件124是沿着气相流经方向并呈格栅网络状布置在所述的箱体117中，多片片状帘式疏水性中空纤维膜元件124以一定膜填充密度、均匀排布于箱体117内部。 

如图5b和图5c所示，所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件124由经过编织的中空纤维膜片123和密封在多片所述的中空纤维膜片123上、下两端的膜元件封头112构成，所述膜元件封头112设有汲液腔122；所述中空纤维膜元件124选用普通帘式中空纤维膜元件，所述普通帘式中空纤维膜元件包括用纱线编织的连续排布的中空纤维膜和具有汲液腔122的帘式膜元件封头112，如图5b所示。或选用束集成帘式中空纤维膜元件，所述束集成帘式膜元件包括多束并列排布的集成式中空纤维膜和具有汲液腔122的帘式膜元件封头112，如图5c所示。所述的编织或束集成帘式中空纤维膜是指中空纤维膜被均匀的排布成疏松帘子形状，这种结构有利于中空纤维膜在膜吸收器内均匀分布，以实现气液有效接触面积最大化。每片所述的片状帘式疏水性中空纤维膜元件124之间是相对独立的；所述箱体117中在与多个所述的膜元件封头112两端分别对正的位置上设置有给水管，所述膜元件封头112两端分别连接至与之对正的那个给水管上，所述箱体117的壁上，在与每个给水管111、118、119、120的两端对正的位置处设有一孔口，所述给水管的两端从与之对正的孔口中伸出箱体117，从而形成了多个液相进入/流出管道的进/出口101、102、103、104、105、106、107、108。 

如图6a所示，所述膜清洗部件包括水平地设置在箱体117中的一清洗给水管114和多个清洗管115，如图6b所示，所述清洗管115的管壁上均匀地设有一定数量的喷嘴，多个所述的清洗管115以一定优化的间距均布并集中连接至所述的清洗给水管114上，并水平置于箱体117内部，所述清洗管115的高度与所述膜元件封头112的高度平齐或所述清洗管115的高度高于所述膜元件封头112的高度；箱体侧壁上设有用于清洗剂流进所述膜清洗部件的清洗剂进口109，以及清洗剂出口110。每个所述清洗管115的管壁上的多个所述喷嘴所占据的区域面积小于或等于所述清洗管115的横截面积。 

如图7所示，所述箱体117的外形可以是正方体或长方体的壳体，由于箱体是正方体或长方体的六面体，因此，所述箱体117的六面壁是两两一组为正对面设置的，其中一组的对面壁为可打开的箱体壁，其余的四面箱体壁为连续封闭设置的。箱体117内部的挡板116为一中空的板，所述挡板116与气相流经方向基本垂直，所述挡板116被紧密地设置在多片所述的片状帘式疏水性中空纤维膜元件124与所述箱体的壁之间，所述箱式是膜吸收器的壳体，因此，其内部应至少设置一级的挡板116，该挡板116的设置可防止气体从膜元件以外的空间流过，目的是保证气体均匀流过膜元件的中空纤维膜表面，从而使气液膜接触单元的有效接触面积最大化。 

图8示出了箱式气液接触膜吸收器(正向)运行模式，液相A由多个液相进入管道的进口101和102流入，与此同时，将孔口105、106封闭；依次流经给水管111和118、膜元件封头112、管程、给水管119和120，由出口107和108(此时103和104封闭)流出；气相C由箱体一侧流入箱体内形成的壳程，沿着呈栅状网络结构的帘式膜元件，垂直于中空纤维膜轴方向流过中空纤维膜113外表面。两种(气液)流体不直接接触，而是以疏水性中空纤维膜113为介质进行传质。 

图9示出了箱式气液接触膜吸收器反冲洗运行模式。液相A由进口105和106(101和102封闭)流入，依次流经给水管119和120、帘式膜元件封头112、管程、给水管111和118，由出口103和104(107和108封闭)流出；气相C由箱体一侧流入经壳程，沿着呈栅状网络结构的帘式膜元件，垂直于中空纤维膜轴方向流过中空纤维膜113外表面，两种(气液)流体不直接接触，以中空纤维膜113为介质进行传质；图9所示反冲模式实质上是图8所示运行模式中液相A在管程的反向运行，运行和反冲模式的交替运行的目的是为实现对中空纤维膜113内表面和膜元件封头112汲液腔122进水端面的冲洗，减缓中空纤维膜内表面污染的速度。 

图10示出了箱式气液接触膜吸收器在线清洗运行模式，实质上是在图8或图9所示(正向)运行/反冲洗运行模式的基础上，开启进口109，清洗剂B进入清洗给水管114、由具有多个喷嘴的清洗管115将清洗液均匀地喷向中空纤维膜外表面，实现在线运行时对中空纤维膜外表面的清洗，减缓中空纤维膜外表面的污染速度。 

一种多级集成化的箱式气液接触膜吸收器，可以由多级上述的箱式气液接触膜吸收器并联和/或串联集成。图11示出了其中一个具体的实施例，是采用第二级的箱式气液接触膜吸收器II旋转90°后与第一级的箱式气液接触膜吸收器I连接，使相邻两个箱式气液接触膜吸收器中的片状帘式疏水性中空纤维膜元件排列方式在沿气相C的方向上相互垂直。在实现上述箱式气液接触膜吸收器正向、反冲洗和清洗运行三种模式的基础上，使气相C依次流经膜吸收器(I至N级)。 

多级集成化的箱式气液接触膜吸收器的集成形式可以是多级箱式膜吸收器的串联或 并联的有机组合连接，图11所示串联组合的一种集成形式，但不限制本发明。 

本发明中的罐式或箱式气液接触膜吸收器的运行状态包括(正向)运行、反冲洗运行和在线清洗运行三种模式，通过自动控制的优化设计，可实现定时自动切换运行，还可以利用一PLC控制根据实际需要实现三种模式之间的切换。无论是自动化切换还是半自动化的切换是本技术领域所熟知的常识，不再赘述。同理，本膜吸收法海水烟气脱硫装置中，还通常包括有在线检测仪器。 

实施例1： 

采用如图1所示的膜吸收法海水烟气脱硫工艺，其装置的脱硫核心部分由3级如图11所示的箱式气液接触膜吸收器串联装配而成，采用卧式安装。每级膜吸收器中空纤维膜填充面积500m²，膜填充密度约9％；采用原海水作为吸收液，其电导率47400μS/cm～51800μS/cm，pH值7.45～8.22，温度为常温；采用实际燃煤烟气，其SO₂浓度1000mg/Nm³～1600mg/Nm³，烟尘浓度100mg/Nm³，温度130℃～150℃，进入膜吸收器之前，经过热交换器降温至50℃以下。控制海水总流量5m³/h～25m³/h，采用并联方式流经3级膜吸收器，海水流经中空纤维膜中孔，液相压力0.02MPa；烟气处理量1000Nm³/h，烟气依次水平流经3级膜吸收器，并垂直纤维轴方向流过中空纤维膜外壁，烟气在膜吸收器中压力0.6kPa。经过稳定运行之后，测得膜吸收器的气相出口烟气SO₂浓度在20mg/Nm³～100mg/Nm³之间，脱硫率达到91.7％～98.5％，脱硫后海水pH值3.1～5.7。原海水分A、B两路进入膜吸收器，A路海水进入管程进行脱硫，B路海水进入安装在膜吸收器壳程之间的膜清洗部件，自动控制***采用正向/反冲洗运行模式交替运行，通过膜清洗部件定期向膜外表面喷出海水清洗的工艺，以控制和减少气相和液相的膜污染。清洗海水和脱硫海水集中排入曝气池，经曝气处理20分钟，pH值达标后排放。 

实施例2： 

采用与上述实施例1相同的工艺、装置和吸收液，烟气为SO₂浓度为2860mg/Nm³和4290mg/Nm³的高浓度实际燃煤烟气，控制海水流量为15m³/h，pH值为8.20～8.51，烟气处理量在500Nm³/h～1300Nm³/h范围内，对应浓度为2860mg/Nm³的烟气，脱硫率97.7％～88.5％，脱硫后海水pH值3.3～5.5；对应浓度为4290mg/m³的烟气，烟气处理量≤1000Nm³/h情况下，脱硫率97.1％～90.6％，脱硫后海水pH值2.7～5.0。烟气SO₂浓度在1000mg/Nm³～4290mg/Nm³范围内波动，烟气处理量≤1000Nm³/h，脱硫率均达到90％以上。气相和液相的膜污染控制以及清洗海水和脱硫海水的后处理均与实施例1相同。 

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。 

Claims (2)

1.一种膜吸收法海水烟气脱硫装置，包括至少一级膜吸收器（201）、依次相连的海水预处理设备（203）和海水泵（204）、依次相连的热交换器（208）和供风设备；所述膜吸收器（201）的液相进口与所述海水泵（204）相连，所述膜吸收器（201）的气相进口与所述供风设备相连；

其特征在于：

所述膜吸收器（201）的液相出口与一曝气池（205）相连；

所述供风设备采用增压风机（209）；

所述膜吸收器（201）采用箱式气液接触膜吸收器和罐式气液接触膜吸收器中的一种，其中：

所述箱式气液接触膜吸收器：包括中空纤维膜元件、一箱体、设置在箱体中的挡板和设置在箱体上部的膜清洗部件；所述中空纤维膜元件与箱体的壁之间形成一膜吸收器壳程；

所述中空纤维膜元件为片状帘式疏水性中空纤维膜元件；

所述箱体中沿着气相流经方向呈格栅网络状布置有多片所述的片状帘式疏水性中空纤维膜元件；

所述片状帘式疏水性中空纤维膜元件由经过编织的中空纤维膜片和密封在多片所述的片状帘式疏水性中空纤维膜片上、下两端的膜元件封头构成，所述膜元件封头设有汲液腔；

每片所述的片状帘式疏水性中空纤维膜元件之间相对独立；与多个所述的膜元件封头两端分别对正的设置有给水管，所述膜元件封头两端分别连接至与之对正的给水管上，所述箱体的壁上在与每个给水管的两端对正的位置处设有一孔口，所述给水管的两端从与之对正的孔口中伸出箱体；

所述挡板为一中空的板，所述挡板与气相流经方向垂直，所述挡板紧密地设置在多片所述的片状帘式疏水性中空纤维膜元件与所述箱体之间；

所述膜清洗部件包括水平地设置在箱体中的一清洗给水管和多个清洗管，所述清洗管的管壁上均匀地设有多个喷嘴，多个所述的清洗管连接至所述的清洗给水管上；

所述罐式气液接触膜吸收器：包括中空纤维膜元件、一罐式壳体和水平地设置在所述罐式壳体中的膜清洗部件；所述中空纤维膜元件与罐体的壁之间形成一膜吸收器壳程；

所述中空纤维膜元件为柱式疏水性中空纤维膜元件；

所述罐式壳体中均匀布置有多组所述的柱式疏水性中空纤维膜元件，每组柱式疏水性中空纤维膜元件中设有与一中心管平行的支撑杆，所述中心管的管壁上均匀分布一定数量的孔，所有的孔所占据的区域面积要大于或等于所述中心管的横截面积，所述中心管的顶端设有堵头；

每组柱式疏水性中空纤维膜元件中的中空纤维膜经过纱线编织后卷成柱状，两端密封浇铸；每组柱式疏水性中空纤维膜元件之间相对独立；

一部分所述柱式疏水性中空纤维膜元件的上端和下端设置有双通封头，另一部分所述柱式疏水性中空纤维膜元件的上端和下端设置有三通封头；多组所述柱式疏水性中空纤维膜元件上的双通封头的管端与三通封头的管端分别在同一水平面上相互连接装配并形成通路；设置有三通封头的柱式疏水性中空纤维膜元件均位于贴近所述罐式壳体的内壁处；其中，对角线上的两组对称的三通封头柱式膜元件的上端和下端的封头均各设有一自由管端；罐式壳体的壁上在与每个自由管端对正的位置处设有一孔口，所述自由管端从与之对正的孔口中伸出壳体；

多组所述柱式疏水性中空纤维膜元件的上端设有柱式疏水性中空纤维膜元件的导流支撑结构，多组所述柱式疏水性中空纤维膜元件的下端设有柱式疏水性中空纤维膜元件的支撑结构；所述导流支撑结构包括有多个气相导流孔；所述罐式气液接触膜吸收器中导流支撑结构为一位于所述中心管顶部的导流支撑板，所述导流支撑板上设有中心管定位卡槽孔和气相导流孔；所述支撑结构为一位于所述中心管底部的支撑底板，所述支撑底板上设置有中心管定位卡槽孔；所述导流支撑板上气相导流孔所占据的区域面积大于所述中心管管壁孔的总孔面积；

所述膜清洗部件包括水平地设置在罐体中的一清洗给水管和多个清洗管，所述清洗管的管壁上设置有多个喷嘴，所述多个清洗管集成连接至所述给水管上。

2.根据权利要求1所述膜吸收法海水烟气脱硫装置，其特征在于，所述中空纤维膜元件，其多孔膜最大孔径范围为0.01μm～2.0μm，壁厚范围为20μm～200μm，孔隙率范围为30%～80%；中空纤维膜平均直径范围为100μm～3000μm 。

3.根据权利要求1所述膜吸收法海水烟气脱硫装置，其特征在于，所述中空纤维膜元件所包含的中空纤维膜总体积与所述箱式或罐式壳体容积之间的百分比为3%～50%。

4.根据权利要求1所述膜吸收法海水烟气脱硫装置，其特征在于，所述膜清洗部件中的喷嘴所占据的区域面积小于或等于清洗管的横截面积。

5.一种膜吸收法海水烟气脱硫工艺，其特征在于，利用如权利要求1所述的膜吸收法海水烟气脱硫装置进行烟气脱硫的过程是：

烟气（207）经热交换器（208）采用海水冷却降温后，通过增压风机（209）送入膜吸收器壳程；

经海水预处理设备（203）预处理后的海水（202）经海水泵（204）进入膜吸收器管程作为脱硫吸收液；

气液两相在中空纤维膜的微孔处形成反应界面，烟气中SO₂与海水反应生成亚硫酸盐；

脱硫后的烟气从所述膜吸收器（201）的气相出口排出；与此同时，带有亚硫酸盐的海水经曝气池（205）曝气固硫，其pH值达标后排放（206）。

6.根据权利要求5膜吸收法海水烟气脱硫工艺，其特征在于，所述海水是指原海水、海水直流冷却排放的海水、海水循环冷却和膜法海水淡化排放的浓海水中的任一种，其电导率范围为30000μS/cm～80000μS/cm，其pH值控制在7.5以上。

7.根据权利要求5膜吸收法海水烟气脱硫工艺，其特征在于，所述烟气是指经过除尘后的燃煤烟气和/或含SO₂的工业废气，其中SO₂浓度范围50mg/Nm³～5000mg/Nm³，其在膜吸收器中的压力范围0KPa～2.0Kpa。

8.根据权利要求5膜吸收法海水烟气脱硫工艺，其特征在于，所述膜吸收器采用自动在线反冲洗及清洗工艺设计，可控制和减轻膜污染。

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