膜气吸收技术脱硝应用现状及研究进展

膜气吸收技术脱硝应用现状及研究进展

邓林俐李欣悦

（四川大学，四川成都610065）

摘要：膜气吸收技术具有经济适用和高脱除率的优势，是一种适合于中小型锅炉的烟气脱除技术，对烟道气脱硝研究有着重要意义。本文阐述了膜气吸收技术的国内外应用现状及其研究进展，着重介绍了聚丙烯中空纤维膜氧化吸收脱硝工艺及不同参数条件对该系统的吸收性能的影响。最后，文章将膜气吸收技术与传统的脱硝技术进行了性能比较，结果显示膜气吸收法脱硝具有较大的竞争优势。

关键词：膜气吸收技术；烟气脱硝；膜组件；氧化吸收

1.引言

随着现代工业的快速发展，大气污染已经是不容忽视的环境问题。中国是全球最大的煤炭生产国和消费国，我国70%的氮氧化物（NOx）来自于燃煤电厂锅炉的排放[1]。NOx是造成空气污染的主要原因之一，不仅会形成酸雨、光化学烟雾，而且会诱发人类某些疾病。

目前工业上应用较广泛的烟气脱硝工艺是选择性催化还原法等传统脱硝方法，膜气吸收法脱硝应用很少。然而与传统烟气脱硝技术相比，膜气吸收技术操作简单灵活、结构紧凑、投资及运行成本低，更不会产生氨逃逸等二次污染，具有诸多优势，因此应用潜力巨大。

2.国内外膜气吸收技术应用现状及研究进展

国内外多用膜气吸收技术分离SO2和CO2，用该法脱除烟气中NOx的研究较少。Qi和Cussler[2]首次提出了利用多化性的聚丙稀中空纤维膜反应器分离CO2并以NaOH为吸收剂将其吸收去除。Mavroudi等人[3]开展了在中空纤维膜反应器内用纯水吸收CO2的实验，实验结果CO2的去除率达到75%。Park等人[4]用聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜吸收SO2，分别以NaOH、Na2CO3、Na2SO3和NaHCO3作为吸收剂，对比了这四种吸收剂的吸收效率，结果得出Na2SO3作为吸收剂吸收效率最高。

袁力等[5]介绍了膜气体吸收技术的分离机理及其在脱除酸性气体中的应用特点。陈洲洋等[6]采用溶胶-凝胶法以聚砜（PSF）中空纤维膜为载体制备了N-TiO2/PSF中空纤维复合膜，考察其光催化烟气脱硝性能。关毅鹏等[7]采用自行研制的新型错流式气－液膜接触器，以NaClO2海水溶液为吸收液，分别以NaHCO3/Ca(OH)2/Ca(ClO)2为添加剂，对电厂燃煤烟气开展膜吸收法烟气同时脱硫脱硝现场试验研究．考察了吸收液流量、浓度、活化时间、初始pH以及烟气流量等因素对脱硫脱硝效果的影响。黎宝仁等[8]采用溶胶-凝胶法以聚砜(PSF)中空纤维膜为载体制备了Fe-TiO2/PSF复合催化膜，实现膜催化与硝化反硝化耦合烟气脱硝，进一步提高了NOx的去除能力。

3.聚丙烯中空纤维膜氧化吸收脱硝工艺

研究以疏水性聚丙烯中空纤维膜作为反应器，搭建了从模拟烟气中分离NOx的实验装置，考察不同工艺参数条件下对系统吸收性能的影响，探讨了利用该吸收系统同时脱硫脱硝的可能性和该膜系统长周期连续运行时的稳定性。

3.1实验搭建

实验中，反应器选用聚丙烯中空纤维膜组件，吸收剂选用H2O2和NaCl的水溶液，将N2、NO、CO2、SO2、和O2混合在一起模拟燃煤锅炉的烟道气成分，搭建了该套膜气体吸收技术的装置。

研究中采用的聚丙烯中空纤维膜反应器，充分结合了膜反应器的紧凑性和吸收的高选择性的优点。其结构与换热器结构相似，均含有管程和壳程部分，气体通过管程流入，吸收液通过壳程从另一端逆向流通，气液逆向流通的过程中，即可实现气液的充分接触吸收，从而实现气体的吸附脱除。

3.2改变不同工芝参数对NO吸收性能的实验探究

依次改变气相流速、液相流速、反应温度、H2O2浓度及NaCl浓度等工艺参数，实验30min中后，待氮氧分析仪检测示数趋于稳定时，记录数据并探究分析NO的吸收效率和传质速率的变化。

实验结果表明NO的吸收效率随着气速的增加下降，主要原因在于传质推动力增加带来的影响要大于反应吸收的影响。液速增加时，促进了更多的液相进入膜孔，加快了膜气系统的润湿，不利于气液两相的传质，NO在吸收时传质速率和脱除效率均有所下降。由于NO吸收是放热反应，温度升高将会降低NO的溶解，对NO的脱除不利；另一方面，温度增加将会提高NO被H2O2氧化的速率，有利于NO的脱除。因此本实验中，温度有不利和有利两种影响的相互作用，最终导致了NO的脱除效率增加。H2O2浓度增加的过程中，反应能力的增加，随之NO的脱除效率也増加。

4.结论及展望

虽然膜气吸收技术在国外已经存在工业示范性装置，但要想扩大规模化的推广使用还有很长一段路要走。要在吸取国内外设计及运行经验的基础上，改进膜气吸收法脱硝工艺，并探索脱硝、脱硫、脱汞协同控制方法，实现烟气综合治理。

本文对下一步的工作有以下展望：

（1）探究对吸收剂性能的改善。膜气吸收系统是否能够维持长周期下的稳定性是决定能否大规模工业化使用的关键性因素，因此要加强膜结构和膜材料的研制或改善。此外，可考虑研发吸收能力强且成本低的新型吸收剂。

（2）探究多种畑道气体同时脱除的可能性。在实际工业燃煤锅炉烟道气中,仍然会有其他气体的存在，这些杂质气体可能对NOx的脱除或者膜系统的运行成本及其稳定性有一定的影响。

参考文献

[1]王莹.基于聚丙烯中空纤维膜反应器脱除NOx的研究[D].上海：华东理工大学,2017.

[2]QiZ,CusslerEL.Microporoushollowfibersforgasabsorption:I.Masstransferacrossthemembrane.JournalofMembraneScience.1985,23(3):321-332.

[3]MavroudiM,KaldisSP,SakellaropoulosGP.ReductionofCO2emissionsbyamembranecontactingprocess.Fuel.2003,82(5-17):2153-2159.

[4]ParkHH,DeshwalBR,KimIW,LeeHK.AbsorptionofSO2fromfluegasusingPVDFhollowfibermembranesingas-liquidcontactor.JournalofMembraneScience.2008,319(1-2):29-37.

[5]袁力,王志,王世昌.膜吸收技术及其在脱除酸性气体中的应用研究[J].膜科学与技术,2002.22(4):55-59.

[6]陈洲洋,黎宝仁,王剑斌,等.中空纤维复合膜光催化烟气脱硝研究[J].环境科学学报,2016.36(3):1042-1049.

[7]关毅鹏等.膜吸收法烟气同时脱硫脱硝试验研究[J].膜科学与科术,2014.34(1):111-115.

[8]黎宝仁等.复合催化膜生物反应器处理一氧化氮废气研究[J].环境科学,2016.37(3):847-852.

作者简介：邓林俐（1995—），女，四川泸州人，成都市武侯区四川大学，环境工程专业，硕士研究生。