Мембранное разделение газовых смесей, содержащих диоксид серы Коваленко, Наталья Федоровна

Введение к работе

Актуальность проблемы. Проблема извлечения диоксида серн вз газов цветной металлургии, нефтепереработки, топочных и технологических газов актуальна как с экологической, так о экономической точек зрения. В связи с высокими темпами развития энергетики а химических производств загрязненность атмосферы диоксидом сери резгсо увеличилась. Общее его количество, выбрасываемое ежегодно вагыоефс-ру в нашей стране, измеряется миллионам* тонн з (в пересчете на моногидрат серной кислоты) практзческл соответствует количеству проаз-, водимой серной КИСЛОТЫ.

Выбросы диоксида серы с отработанными газами в атмосферу является, кроые того, в бессмысленной потерей вещества, в котором промш-лсішость испытывает острую потребность, тем более, ЧТО ДЛЯ УДОЕЛОТ-ворвшш этой потребности прзходзтся спэцналъко получать сврнлстый газ, например, обжигом колчедана зля сжиганием серы (этот газ дог-ген содержать от 5 до 11$ об. S0₂ ).

Препятствием к промышленному использованию отработанных газов яв ляется низкая концентрация в них SO, (от 0,1 до 1,6$ об. S0₂). Существующие способы разделения, очистки н обогащения смесей газов, содержащих диоксид серы смет ряд принципиальных недостатков, такие как: высокая капиталоемкость, большой расход химических реагентов, необратимое поглощение S0_{2 t} низкая экономическая эффективность. Наиболее рациональным является совмещение газоочистки с получением концентрата 0, , применимого для дальнейшей переработки.

Мембранное газоразделение представляет такую возможность, при этом исключает использование химических реагентсз, обеспечивает непрерывность процесса, обладает энергетическими и технологическими преимуществами. Реализация мембраішой технологии газоочистки, совмещенной с получением концентрата диоксида серы перспективна, но до настоящего времени экономически нецелесообразна ввиду отсутствия высокоселективных и стойких в среде S0₂ мембран. В связи С ЭТИЦ разработка мембранного процесса разделения S0_Z -содержащих газовых смесей в комплексе с разработкой мембраны, селективной по 0_а а также стойкой в среде диоксида серы, является актуальной и практически важной задачей.

Работа выполнена на кафедре процессов и аппаратов химической технологии МХТИ им.Д.И.Менделеева в соответствии с Координационным планом АН СССР, ГКНТ и Госплана СССР Л 211/425 от 06.02.81 НТП 0.I0.C4, этап 03.HI.

Данная тема включена в перечень научно-исследовательских рабо?

МХП. им.Д.Н.Менделеева.

Практическая ценность. Разработанная нембрана "Серагель" с высокими эксплуатационный* свойствами является перспективным материалом для создания мембранных газоразделлтельных аппаратов.

Технико-экономическая оценка возможности применения мембраны
"Серагель" для разделения смеси $0_г - 0₂ в термоэлектрохимичес
ком сернокислотном цикле при получении водорода и серной кислоты
(для линии 300ОО т М₂ и 45О0СО т Н₂0^ в год) показала,

что ожидаемый эЭДект составит - 200 тыс.руб.в год ).

Итоги работ по исследовании газоразделителыгах свойств композитные мембран "Серагель" положены в основу разработки технологии получения ассортимента мембран типа "Серагель" в НПО "Полимерсинтез" (г.Владимир).

Предложенный метод расчета мембранного газораэделительного аппарата , учвтыпшквй особенности процесса массопереноса через выео-коселективную мембрану, применим для любых компонентов смесей на мембранах с селективностью > 10.

Цель работы. Разработка внсокооелекткгной по отношению к 20_г мембраны механически и химически стойкой в среде $>0_г . Определение гаэоразделвтельных характеристик мембраны в широком интервале технологических параметров процесса. Разработка метода расчета процесса разделения газов в аппаратах с высокоселективными мембранами, с учетом влияния на эффективность разделения концентрационных: градиентов, диффузионного перемешивания, потерь давления вдоль потока газовой смеси.

Научная новизна. Разработана газораэделнтельная полимерная мембрана "Серагель", отличающаяся высокой селективностью и производительностью при разделении S0₂ -содержащих газовых смесей. На мембрану получено авторское свидетельство СССР.

Исследованиями гвзоразделительных свойств мембраны показано преимущественное влияние сорбции диоксида серы в полимере мембраны на селективность разделения газовых смесей.

Разработан метод расчета мембранного газоразделительного модуля с плоским каналом, учитывающий наличие поперечных концентрационных градиентов в канале, а также потерь давления как на трение так и на переменность расхода массы.

Апробация работы. Результаты настоящей работы доложены на:

1. 17 Всесоюзной конференции по мембранным методам разделения смесей, г.Москва, waft 1937 г.

2. Международном симпозиуме "Мембраны для разделения газов и паров", г.Суздаль, февраль-март, -1989 г.

3. Международном симпозиуме "Мембраны и мембранные процессы раэде-

ления", г.Торунь, Польша, сентябрь, 1989 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, получено I авторское свидетельство.

Объеи работы. Диссертация изложена на і5б страницах машинописного текста. Состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающего 130 работ советских и зарубежных авторов, приложений . Работа содержит 22 рисунка и 21 таблицу.