膜吸收法处理高浓度甲醛废气资源化技术研究

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本文采用中空纤维膜接触器,选用无机、直链饱和一元醇和直链一元卤代烷烃三类吸收剂处理高浓度甲醛废气,并进行了相应的传质过程和甲醛废气资源化处理可行性研究。主要研究结果如下:1.无机类吸收剂处理高浓度甲醛废气分别考察了去离子水、亚硫酸氢纳溶液和氨水为吸收剂时膜吸收处理高浓度甲醛废气的效果。综合考虑后认为亚硫酸氢纳溶液为较合适的吸收剂。进一步研究了甲醛进气浓度、进气流速和吸收剂pH、流速、温度等因素对甲醛去除率和总传质系数的影响。结果表明,当甲醛进气浓度为616.1mg·m-3,进气流速为2.9×10-2m·s-1,吸收剂pH为6.5,吸收剂流速为8.1×10-3m·s-1,吸收剂温度为30℃时,甲醛出气浓度低至0.3mg·m-3,甲醛的去除率可达99.96%,总传质系数为6.52×10-5m·s-1。吸收反应产物(α-羟基磺酸钠)可通过加入亚硫酸氢钠至饱和的方法而得到分离,亚硫酸氢钠溶液经适当稀释后仍可作为吸收剂循环使用。2.直链饱和一元醇类吸收剂处理高浓度甲醛废气通过比较系列直链饱和一元醇(C=2~5)对甲醛去除效率的影响,发现甲醛的去除率虽有一定差异,但并不显著。综合考虑各因素后选择正戊醇为较适宜的吸收剂。研究了甲醛进气浓度、进气流速和吸收剂流速、温度对甲醛去除率和总传质系数的影响。结果表明,当甲醛进气浓度为1188.6mg·m-3,进气流速为5.3×10-2m·s-1,吸收剂流速为8.1×10-4m·s-1,吸收剂温度为25℃时,甲醛出气浓度为1.7mg·m-3,去除率为99.85%,总传质系数为1.16×10-4m·s-1。进一步研究表明,吸收反应产物(缩醛)可通过精馏的方法与吸收剂(正戊醇)分离,回收率可达95%,未反应的正戊醇可继续循环使用。3.直链一元卤代烷烃类吸收剂处理高浓度甲醛废气通过比较直链一元卤代烷烃的黏度、饱和蒸汽压等性质,最终选择溴辛烷和氯辛烷为吸收剂处理高浓度甲醛废气。研究了甲醛进气浓度、进气流速和吸收剂流速、温度对甲醛去除率和总传质系数的影响。结果表明,以溴辛烷为吸收剂,当甲醛进气浓度99.7mg·m-3,进气流速为5.5×10-3m·s-1,吸收剂流速为2.4×10-3m·s-1,吸收剂温度为5.8℃时,甲醛出口浓度为1.7mg·m-3,甲醛去除率可达98.3%,总传质系数为7.55×10-6m·s-1。以氯辛烷为吸收剂,当甲醛进气浓度150.6mg·m-3,进气流速为5.5×10-3m·s-1,吸收剂流速为3.2×10-3m·s-1,吸收剂温度为5.7℃时,甲醛出口浓度为1.3mg·m-3,甲醛去除率可达99.1%,总传质系数为8.76×10-6m·s-1。进一步研究表明,吸收反应产物在加热条件下即可将甲醛气体重新释放出来,溴辛烷和氯辛烷为吸收剂时甲醛的回收率分别达96%和90%以上,且吸收剂能循环使用,从而基本实现高浓度甲醛废气的资源化处理。4.中空纤维膜接触器参数对甲醛去除率的影响以溴辛烷为吸收剂,考察了中空纤维膜接触器长径比、膜丝装填密度和膜丝材质对甲醛去除率的影响。结果表明,当甲醛进气浓度为198mg·m-3,进气流速为5.5×10-3m·s-1,吸收剂流速为3.2×10-3m·s-1,吸收剂温度为30℃时,甲醛去除率随着中空纤维膜接触器长径比的增大而增加,当长径比大于13.64时对甲醛的去除率达到100%;甲醛去除率随着装填密度的增加呈现出先增加后减小的趋势,在装填密度为36.8%左右时甲醛去除效果最佳;在相同的传质面积条件下,采用聚醚砜中空纤维膜比采用聚丙烯中空纤维膜对甲醛有着较高的去除率。5.甲醛废气中其它共存酸性气体对甲醛资源化处理效果的影响以溴辛烷为吸收剂,考察了实际甲醛废气中可能存在的SO2、H2S和CO2等酸性气体对甲醛资源化处理效果的影响。在进气浓度条件为50~600mg·m-3时,分别考察了SO2和H2S气体的去除率及回收率;在进气浓度为500~2500mg·m-3时,考察了CO2的去除率及回收率。结果表明,当进气流速为5.5×10-3m·s-1,吸收剂流速为2.4×10-3m·s-1,吸收剂温度为30℃时, SO2去除率小于29%,回收率高于97%;H2S去除率大于94%,回收率低于11%。由于空气中SO2和H2S的含量甚微(SO2含量低于0.86μg·m-3,H2S含量低于0.009μg·m-3),故甲醛废气中共存的SO2和H2S对其资源化处理效果的影响不大。由于空气中CO2的含量相对较高(约648mg·m-3),尽管其去除率和回收率均不高(去除率约为49%,回收率约为74%),但对甲醛的去除及回收影响较大。因此在甲醛废气的预处理阶段可根据需要增设去除CO2的装置,以确保甲醛废气资源化处理的效果。
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