旋转喷雾技术强化FCC烟气深度脱硫的过程研究

作     者：吕孟杰 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杜乐

授予年度：2024年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：旋转喷雾技术 深度脱硫 CFD模拟 强化传质因子 

摘      要：SO2是大气的主要污染物之一,不但会对人们身体健康造成危害,还会对后续的工业生产造成影响。催化流化裂化过程（FCC）中所产生的烟气则是产生硫氧化物的主要来源之一,近年来,由于人们环保意识的提升,国家新的环保标准出台,进一步提高了二氧化硫排放标准,在双碳战略背景下,对于烟气脱硫提出了更高的要求。一次脱硫仅仅能使SO2浓度降低至100 mg/m3左右,远远达不到国家标准,同时,需要综合考虑烟气脱硫过程对后续工艺的影响,确保整个处理过程能够高效、环保地去除SO2,并且不会造成其他方面的损失。这就需要对于FCC烟气进行深度脱硫,并且提高脱硫剂对于硫的选择性。 旋转喷雾技术是一种可以提高气液传质面积的高效脱硫方法,现在已经广泛应用于烟气脱硫当中。本文采用了旋转喷雾技术,脱硫剂选择对硫更具有亲和的钠基脱硫剂,考察了包括旋转喷雾塔的旋转喷雾雾化盘转速、气液比,氢氧化钠浓度以及液体流量等操作因素对于脱硫效率以及雾滴平均直径（SMD）的影响,定量分析了钠基添加剂对于硫的反应活性提高的程度,得到的主要结论为:最优实验条件为旋转喷雾雾化盘转速为20000r/min,气液比为1500:1,氢氧化钠浓度为1.5 wt%,最佳实验条件下,脱硫效率为88.67%。雾滴SMD随着旋转喷雾雾化盘转速增大而降低,在20000 r/min之后降低趋缓,随着气液比先减小后增大,随着液体流量先减小后增大。在气液比1500:1的条件下,旋转喷雾雾化盘转速为20000 r/min时,在液体流量达到3 L/min时,雾滴的分布最密集,此时雾滴SMD为98μm,相比其他条件雾滴SMD较小,分布密集,雾化效果好。在原有脱硫剂的基础上添加了0.05 wt%Na HCO3和0.05 wt%Na2CO3组成复合脱硫剂,成功将脱硫效率提升至90%以上,并将碳损失控制在5%以内。 同时以数值研究的方法对实验所得出的结论进行交叉验证,利用ANSYS Fluent软件对实验中的操作参数下做CFD模拟。采用欧拉-拉格朗日方法以及vof-to-dpm模型对旋转喷雾塔内的流场进行了模拟,并统计了雾滴SMD以及分布情况,整体趋势与实验结果同步。并观测了旋转喷雾塔内的流场情况,在最优实验条件下,气液流动均匀,并没有过量雾滴粘壁以及出现流动死区的现象。基于实验与模拟的数据,分别建立了水和Na OH的脱硫效率的经验和半经验关联式,得出了各无量纲参数与Na OH脱硫效率的关系,误差在±10%以内,准确地预测了Na OH脱硫剂的脱硫效率。