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原文传递基于喷射鼓泡塔的船用海水法脱硫特性研究

论文题名：	基于喷射鼓泡塔的船用海水法脱硫特性研究
关键词：	船舶硫氧化物;海水脱硫;喷射鼓泡塔;反应动力学;海水添加剂
摘要：	海水脱硫技术因运行成本低、脱硫剂资源丰富及无固体废弃物等优点在船舶硫氧化物的处理上具有良好的应用前景。但由于船舶可用空间和海水碱度的有限性限制了脱硫系统的规模和性能，导致海水在船舶上采用传统的喷淋塔和填料塔脱硫时存在脱硫效率较低的问题。　　鉴于喷射鼓泡塔占用面积较小，脱硫效率较高等特点，本文提出以喷射鼓泡塔作为脱硫反应器，研究海水在该反应器中的脱硫特性。首先，基于海水脱硫的基本原理及喷射鼓泡塔气液传质的特点，建立海水脱硫过程的传质模型。其次，通过改变废气流量、海水温度、浸液深度、海水碱度、SO2进口浓度及O2进口浓度等参数，在喷射鼓泡塔实验平台上研究海水的脱硫特性，并基于传质模型从反应动力学的角度分析上述参数对海水脱硫特性的影响规律及其机理。最后，分别选取MgO、CaO、NaOH、Na2CO3、NaOH+CaO和NaOH+MgO作为海水添加剂，研究各添加剂在不同添加量下对海水的SO2吸收容量和pH值的影响规律，对比探讨不同添加剂在相同添加量下对海水脱硫特性的强化作用，从经济性和强化性能的角度分析获取最佳的海水添加剂方案。　　海水脱硫特性实验结果表明，在喷射鼓泡塔中，海水对SO2的吸收容量为3.682mmol/L，约是去离子水的3.92倍。不同于去离子水，由于海水中HCO3-的存在使其在脱硫过程中pH值变化存在缓冲下降阶段，因此海水在喷射鼓泡塔中对SO2表现出较高的吸收容量，这是海水作为脱硫剂可用于喷射鼓泡塔脱硫的前提条件。　　各参数影响海水脱硫特性的实验结果表明，脱硫效率随废气流量、海水温度和SO2进口浓度的升高而降低，随浸液深度、海水碱度和O2进口浓度的升高而升高，并与脱硫时间呈线性下降关系。液相总传质系数随废气流量和海水温度的增加而增加，其中废气流量变化对液相总传质系数的影响幅度较小。有氧气氛下海水终液SO42-的浓度比无氧气氛下增加1.06～1.75 mmol/L，相应的SO32-浓度则呈下降趋势，说明废气中O2的存在促进了SO32-的氧化。增加O2进口浓度能显著提高海水对SO2的吸收容量，O2进口浓度从0％增至12％时，海水的吸收容量从3.682 mmol/L增至7.463 mmol/L。　　添加剂强化海水脱硫特性实验结果表明，海水分别加入MgO、CaO、NaOH、Na2CO3、NaOH+CaO和NaOH+MgO后，海水对SO2的吸收能力得到强化，其中海水对SO2的吸收容量随着上述添加剂添加量的增加而增加，pH值的下降速率与添加剂的添加量呈负相关关系。当MgO和CaO在单位体积海水中的添加量增至6mmol后，海水吸收容量的增量呈下降趋势，说明继续增加二者的添加量对海水脱硫特性的强化程度有限。海水分别加入NaOH和Na2CO3后吸收容量的增量呈上升趋势;将NaOH分别结合CaO，MgO作为添加剂可减缓海水吸收容量增量的下降程度。从经济性和强化性能上考虑，MgO为最佳的海水添加剂。当MgO在单位体积海水中的添加量为8mmol时，海水对SO2的吸收容量是纯海水吸收容量的2.169倍。MgO在单位体积海水中的添加量在0～8mmol的范围内时，由拟合方程得到的吸收容量计算值与实验值吻合度较高。
作者：	张清凤
专业：	热能工程
导师：	陈晓平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文