CN112892182A - 用中空纤维膜作为填料的喷淋塔及其烟气处理*** - Google Patents

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Abstract

用中空纤维膜作为填料的喷淋塔及其烟气处理***。用负载了催化剂的中空纤维膜膜丝表面作为液膜负载面；待处理烟气与臭氧混合之后经中空纤维膜膜丝的管程输入，压力大于泡点压力和液膜阻力之和，从膜丝表面析出，先从吸收液的下方以曝气的方式在紧贴催化剂的条件下与反应吸收液发生接触，再与液膜外表面发生接触，极大提高了传质面积和催化效率。可广泛用于液气交换的化工过程以及大型发动机、垃圾焚烧、石化燃料燃烧、冶炼行业的烟气处理，VOC处理、二氧化碳捕集等场合。具有体积小，效率高，处理彻底、可回收资源等突出优势。

Description

用中空纤维膜作为填料的喷淋塔及其烟气处理***
技术领域
用中空纤维膜作为填料的喷淋塔及其烟气处理***。
背景技术
填料塔是一种应用很广泛的气液传质设备,通常的原理是：在一个罐体上部装有喷淋头，喷出反应吸收液体，在罐体的底部注入待反应气体，如烟气。有时，烟气还要从罐体底部的液体中鼓泡吹出。罐体中间装有空心的填料，填料通常用陶瓷、玻璃、金属、塑料等材料制成。填料有规整填料和散装填料两大类，规整填料根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。 散装填料常用的形式有鲍尔环、拉西环等等。从上至下流动的液体浸湿了填料表面，在填料表面生成液膜。从下向上的气体在液膜与反应、吸收液体接触，产生反应，实现传质。
但是，传统的填料塔有几个固有的缺陷：
1、传统的填料塔中，都是气体从外部与液膜发生接触，都是平面接触。理想的过程应当是，气体能从液膜的底面与之发生接触，之后再突破液膜，突破液膜的过程中，在微气泡压力的作用下更充分地与液体的气体部分接触，效果会更充分。
2、传统的填料也有采用负载催化剂的填料的尝试。但是，填料首先是被液膜所包裹，很难直接接触到反应气体。这些催化剂实际上难以发挥作用。理想的过程是，反应气体和反应液体都能与催化剂有很好的接触，三者能在同一个界面发生反应。
3、传统的填料塔常有曝气环节，但是曝气传质与液膜传质是两个相对独立的环节。而且，也鲜有“无泡曝气”的应用。理想的结构是曝气传质环节与填料液膜传质环节融为一体，可以获得更大的传质面积。
如果能妥善解决这三个问题，填料喷淋塔的效率将获得极大的提高。
本发明人通过检索，还没有找到已有的相关方案。
发明内容
对此，本发明提出的解决方案是：
1、用中空纤维膜膜丝充当填料喷淋塔中的填料，用所述中空纤维膜膜丝表面作为液膜负载面，用喷淋头送来的反应吸收液体在膜丝表面形成液膜；所述中空纤维膜膜丝是负载了催化剂的膜丝；待处理气体与臭氧混合之后经所述中空纤维膜膜丝的管程输入；
2.所述中空纤维膜膜丝是负载了催化剂的膜丝；
3.待处理烟气与臭氧混合之后经所述中空纤维膜膜丝的管程输入；所输入气体压力大于突破所述中空纤维膜的泡点压力和所述液膜的阻力之和，从膜丝表面析出，先与液膜的底部发生传质发应，再以微气泡形式与液膜立体内的更多位置发生反应，之后离开此液膜，再于其他位置的液膜外表面发生传质反应。于是，反应吸收液体与反应气体以及催化剂三者在膜丝表面密切接触，产生反应和传质；
4、喷淋头送来的反应吸收液体重力作用下，反应过的液体被带走，促使了液膜更新。同时所产生的剪切力也将膜丝表面的微气泡释放出来，析出的微气泡与环境中的微液滴相接触，与途径中的其他液膜外表面继续发生反应和传质。
根据上述原理，本发明提出了用中空纤维膜作为填料的喷淋塔及其烟气处理***的具体结构。
用中空纤维膜作为填料的喷淋塔及其烟气处理***，其特征在于：用中空纤维膜膜丝充当填料喷淋塔中的填料，用所述中空纤维膜膜丝表面作为液膜负载面，用喷淋头送来的反应吸收液体在膜丝表面形成液膜；所述中空纤维膜膜丝是负载了催化剂的膜丝；待处理烟气与臭氧混合之后经所述中空纤维膜膜丝的管程输入；所输入气体的压力大于突破所述中空纤维膜的泡点压力和所述液膜的表面阻力之和。
进一步的，所述喷淋塔之箱体上部设有净气出风口、喷淋头；喷淋头的下方或侧方设有若干层中空纤维膜制成的帘式膜组件；所述帘式膜组件分别以纵向和横向交错安置；每层所述膜组件之间设有支撑匀流网板；所述帘式膜组件所采用的膜丝是负载了催化剂的膜丝；所述喷淋塔之箱体下部的反应吸收液通过吸收液循环泵送至喷淋头；反应吸收液底部与吸收液回收更新***连接；在所述喷淋塔之箱体的外面有一个臭氧反应器；待处理烟气从脱尘烟气进口进入臭氧反应器；臭氧从臭氧进口进入臭氧反应器；臭氧反应器的出气端通过管路连接所有所述帘式膜组件的进气端。
进一步的，所述烟气处理***由中空纤维膜除尘器、中空纤维膜作为填料的喷淋塔、臭氧供给***、臭氧破坏器顺序连接组成；其中，所述中空纤维膜除尘器向中空纤维膜作为填料的喷淋塔供应的烟气，其含粒径2.5微米以上粉尘量低于20ug/m³；所述臭氧破坏器采用含有氧化锰材料的催化剂制成。
附图说明
附图1是 “用中空纤维膜作为填料的喷淋塔及其烟气处理***”中所述用中空纤维膜作为填料的喷淋塔的一个实例示意图。图中：（01）脱尘烟气进口；（02）臭氧进口；（03）臭氧反应器；（04）吸收液；（05）支撑匀流网板；（06）横向帘式膜组件；（07）纵向帘式膜组件；（08）横向帘式膜组件；（09）喷淋头；（10）净风出气口；（11）反应吸收液循环泵；（12）反应吸收液回收更新***。
附图2是“用中空纤维膜作为填料的喷淋塔及其烟气处理***”中所述用中空纤维膜作为填料的喷淋塔为主要部件组成的一个烟气处理***实例示意图。图中：（13）中空纤维膜除尘器；（14）用中空纤维膜作为填料的喷淋塔；（15）臭氧破坏器；（16）臭氧供给***。
具体实施
结合附图1进一步具体说明本发明的结构和工作过程。
首先，由于被处理烟气要通过中空纤维膜的管程实现无泡曝气，就必须是不含粉尘的纯净气体，所以在用中空纤维膜作为填料的喷淋塔之前，必须对烟气粉尘进行彻底处理，将其含粒径PM2.5以上尘量降低至20ug/m³以下。事实上，本发明人设计制造的痕量级除尘器，已经可以轻松达到1ug/m³以下的精度，并且实现了韶关冶炼厂50000m³/h铅烟除尘装置的工业化长期用行，从而为本发明的实施开辟了道路。
脱尘烟气经脱尘烟气进口（01），臭氧经臭氧进口（02）分别进入臭氧反应器（03）；由于臭氧反应极为迅速，经检测，烟气中的NO几乎全部被转化为易溶的NO2， SO2也都转变成更易溶的SO3等。
混合烟气在压力作用下进入膜丝内孔。由于所述膜丝都已经负载了催化剂，烟气和臭氧的混合烟体在膜壁微孔中与催化剂密切接触，进一步对烟气进行氧化。
膜丝表面被吸收液所湿润。吸收液是碳酸氢钠、氢氧化钠、过硫酸铵、双氧水、次氯酸钠、氨水、胺醇之类的常用的氧化剂。
掌握烟气压力，保持无泡曝气。从膜丝析出的微泡与膜丝表面的吸收液相遇，在臭氧、催化剂的共同作用下，在极小的空间里密切接触，产生大量自由基，发生强氧化反应，彻底降解烟气中的污染物质，被降解物质被吸收液所吸收。剩余的氮气、氧气、残余臭氧等等经净气出风口（10）送至臭氧破坏器（15）做最后催化处理，排出烟囱。
反应吸收液靠重力流动更新液膜，同时产生剪切力释放膜丝表面的曝气泡。
每层帘式膜组件交错放置，可提高与气体与液体的接触均匀性。每层帘式膜组件的下部都设一个支撑匀流网板（05），用于支持膜丝，避免下垂，同时均匀反应吸收液的分布。支撑匀流网板（05）用不锈钢或带有反复涂层的网状材料制成。
反应吸收液浓度趋向饱和或PH值到达设定标准后，通过吸收液回收更新***（12）更新、回收。
小型试验台实验：空气流量0.6m³/h；钢瓶纯NO流量10ml/min；钢瓶纯SO2流量10ml/min；臭氧浓度0.6g/m³；膜组件面积0.07㎡；吸收液流量2L/min；吸收液成分5%氢氧化钠水溶液。实验结果：SO2去除率100%，NOx去除率98%。
本发明可以广泛用于液气反应吸收的化工工程以及大型船舶发动机、垃圾焚烧、石化燃料燃烧的烟气处理，VOC处理，二氧化碳捕集等场合。具有体积小，效率高，处理彻底、可回收资源等突出优势。

Claims (3)

1.用中空纤维膜作为填料的喷淋塔及其烟气处理***，其特征在于：用中空纤维膜膜丝充当填料喷淋塔中的填料，用所述中空纤维膜膜丝表面作为液膜负载面，用喷淋头送来的反应吸收液体在膜丝表面形成液膜；所述中空纤维膜膜丝是负载了催化剂的膜丝；待处理烟气与臭氧混合之后经所述中空纤维膜膜丝的管程输入；所输入气体的压力大于突破所述中空纤维膜的泡点压力和所述液膜的阻力之和。
2.根据权利要求1所述的用中空纤维膜作为填料的喷淋塔及其烟气处理***，其特征在于：所述喷淋塔之箱体上部设有净气出风口、喷淋头；喷淋头的下方或侧方设有若干层中空纤维膜制成的帘式膜组件；所述帘式膜组件分别以纵向和横向交错安置；每层所述膜组件之间设有支撑匀流网板；所述帘式膜组件所采用的膜丝是负载了催化剂的膜丝；所述喷淋塔之箱体下部的反应吸收液通过吸收液循环泵送至喷淋头；反应吸收液底部与反应吸收液回收更新***连接；在所述喷淋塔之箱体的外面有一个臭氧反应器；待处理烟气从脱尘烟气进口进入臭氧反应器；臭氧从臭氧进口进入臭氧反应器；臭氧反应器的出气端通过管路连接所有所述帘式膜组件的进气端。
3.根据权利要求1所述的用中空纤维膜作为填料的喷淋塔及其烟气处理***，其特征在于：所述烟气处理***由中空纤维膜除尘器、中空纤维膜作为填料的喷淋塔、臭氧供给***、臭氧破坏器顺序连接组成；其中，所述中空纤维膜除尘器向中空纤维膜作为填料的喷淋塔供应的烟气，其含粒径2.5微米以上粉尘量低于20ug/m³；所述臭氧破坏器采用含有氧化锰材料的催化剂制成。
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