利用有機(jī)胺吸收脫除煙氣或者燃?xì)庵械?a href="http://www.lapantz4less.com">二氧化硫是當(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(huì)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(huì)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,這些熱穩(wěn)定性鹽不僅會(huì)造成二次污染而且還會(huì)導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。另一方面,會(huì)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(huì)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,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*穩(wěn)定長(zhǎng)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(duì)脫硫工藝的綠色化和環(huán)境友好化的共性問題,研究?jī)?nèi)容和主要的結(jié)果如下: 1.選取一種*有機(jī)胺排煙脫硫劑——哌嗪,采用雙極膜電滲析對(duì)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、料液濃度、電流密度、膜堆構(gòu)型對(duì)再生效果的影響。結(jié)果顯示低能耗高電流效率對(duì)應(yīng)的操作條件為c_0(Na_2SO_4)=0.3～0.4 mol/L,c_0(Pz·H_2SO_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(duì)于BP-C-A(A,陽膜)構(gòu)型膜堆來說一定量的H~+滲漏對(duì)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*有競(jìng)爭(zhēng)力的常規(guī)電滲析實(shí)現(xiàn)上述有機(jī)胺硫酸鹽的再生過程,并對(duì)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?mdash;—單乙醇胺(MEA)、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(duì)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(duì)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,從而集中弱小力量形成合力推動(dòng)雙極膜電滲析的工業(yè)化應(yīng)用。 本文研究結(jié)果表明,采用雙極膜電滲析再生有機(jī)胺脫硫劑不僅是可行的,而且是經(jīng)濟(jì)有效的。鑒于雙極膜電滲析的固有工業(yè)生態(tài)學(xué)特征,我們相信該技術(shù)必定為綠色/環(huán)境化工注入持久力量。