超重力脱硫技术成功实现工业化应用

超重力反应强化技术及工业应用初广文;邹海魁;曾晓飞;王洁欣;陈建峰【摘要】面向国家节能减排和产业转型升级的重大需求,围绕超重力反应强化新方向,以“新理论-新装备-新技术-工业应用”为主线,经过近30年的系统创新研究,开创了超重力反应工程新学科方向,发明了超重力强化反应结晶、多相反应及反应分离等系列新工艺,取得了国际原创性的成果.在新材料、化工、海洋工程、环保等流程工业领域成功实现了大规模工业应用,产生了显著的节能、减排、高品质化和增产成效.【期刊名称】《北京化工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(045)005【总页数】7页(P33-39)【关键词】超重力技术;反应过程强化;反应结晶;多相反应;反应分离【作者】初广文;邹海魁;曾晓飞;王洁欣;陈建峰【作者单位】北京化工大学化学工程学院教育部超重力工程研究中心,北京100029;北京化工大学化学工程学院教育部超重力工程研究中心,北京 100029;北京化工大学化学工程学院教育部超重力工程研究中心,北京 100029;北京化工大学化学工程学院教育部超重力工程研究中心,北京 100029;北京化工大学化学工程学院教育部超重力工程研究中心,北京 100029【正文语种】中文【中图分类】TQ021引言超重力技术源于美国太空宇航实验，英国帝国化学公司新学科研究组Ramshaw等[1]于1979年提出了“Higee(high gravity)”概念，利用旋转填充床(rotating packed bed，RPB)模拟超重力环境，诞生了超重力分离技术。

如图1所示，旋转填充床主要由转子和壳体组成。

通过转子旋转产生离心加速度模拟超重力环境，可以使流经转子填料的液体受到强烈的剪切力作用而被撕裂成极细小的液滴、液膜和液丝，从而提高相界面积和界面更新速率，使相间传质过程得到强化。

图1 旋转填充床结构示意图Fig.1 Schematic illustration of the rotating packed bed北京化工大学教育部超重力工程研究中心郑冲教授于1989年正式开始与美国合作，开展超重力技术基础与分离技术研究。

第57卷第8期化工学报VOl.57NO.82006年8月JOur nal Of Che mical Industr y and En g i neeri n g Chi na Au g ust 2006综述与专论超重力技术进展!!!从实验室到工业化邹海魁!邵磊!陈建峰北京化工大学教育部超重力工程研究中心 北京100029摘要 超重力 旋转床 技术是一种能够极大强化传递和分子混合过程的突破性过程强化新技术 本文对超重力技术的基础研究 在反应与分离过程强化 纳米材料制备方面的应用研究以及工业化应用的最新进展情况进行了综述 重点介绍了本中心的研究成果.关键词"超重力旋转床技术 过程强化 反应 分离中图分类号"TK 124文献标识码"A文章编号"0438-1157 2006 08-1810-07Pr o 9r ess o f hi 9ee t echn o I o 9y !f r o m I abor at or yt o co mmer c i aI i zati onZOU Hai kui #SHAO Le i #CHEN Ji anf en 9Researc h C enter f or ~i g h G raUit $En g ineerin g and T ec hnolo g$ M inist r $o f Educ ation Bei j in gUniUersit $o f Che m ic al T ec hnolo g$ Bei j in g 100029 ChinaAbstr act ~i g ee t echnOl O gy carri ed Out i n a r Ot ati n g p acked bed i s a nOvel t echnOl O gy f Or p r Ocess i nt ensifi cati On Whi ch can tre m endOusl y i nt ensif y m ass and heat transf er and m i cr O m i xi n g p r Ocesses .Thi s p a p er revi e Ws t he st at e-Of-t he-art hi g ee t echnOl O gy i n f unda m ent al research a pp li cati Ons i n reacti On and se p arati On en g i neeri n g nanO-m at eri al s s y nt heses as Well as its cO mm erci ali zati On .The WOr k i n t he Research Cent er f Or ~i g h G ravit y En g i neeri n g and T echnOl O gy i s hi g hli g ht ed .Ke y Wor ds "hi g ee t echnOl O gy p r Ocess i nt ensifi cati On reacti On se p arati On2006-02-22收到初稿 2006-05-08收到修改稿.联系人"陈建峰.第一作者"邹海魁 1973 男 博士 副研究员.基金项目"国家自然科学杰出青年基金项目 20325621国家自然科学基金重点项目 20236020 国家重点基础研究发展计划项目 2004CB217804 .引言自1995年举行首次化工过程强化的国际会议以来 以节能 降耗 环保 集约化为目标的化工过程强化就受到研究者的广泛关注 化工过程强化已经被列为当前化学工程优先发展的领域之一.超重力技术则是过程强化技术中最先受到人们关注的几项关键技术之一 1-2.所谓超重力指的是在比地球重力加速度大得多的环境下 物质所受到的力 包括引力或排斥力 .在地球上 实现超重力环境的最简便方法是通过旋转产生离心力而实现 即通过旋转床实现.在超重Rece i ved dat e "2006-02-22.Corr es P ondi n 9aut hor "Pr Of .C~EN Ji anf en g .E -mai I "chen f ＠m Foundati on i t em "su pp Ort ed b y t he Nati Onal Nat ural S ci enceFundati On f Or Outst andi n g YOun g S ci enti sts Of Chi na 20325621 t he Nati Onal Nat ural S ci ence FOundati On Of Chi na 20236020 andt he Nati Onal Basi c Research Pr O g ra m Of Chi na 2004CB217804 .力环境下 不同大小分子间的分子扩散和相间传质过程均比常规重力场下的要快得多 气液 液液 液固两相在比地球重力场大上百倍至千倍的超重力环境下的多孔介质或孔道中产生流动接触 巨大的剪切力和快速更新的相界面使相间传质速率比传统的塔器中的提高1～3个数量级微观混合和传质过程得到极大强化3.超重力技术开发研究始于20世纪70年代末. 1976年美国太空署征求微重力场实验项目英国I C I公司帝国化学工业公司的Ra m sha W教授等做了化工分离单元操作蒸馏吸收等过程中微重力场和超重力场影响效应的研究发现超重力使液体表面张力的作用相对变得微不足道液体在巨大的剪切力作用下被拉伸成微小的液膜液丝和液滴产生出巨大的相间接触面积因此极大地提高了传递速率系数而且还使气液逆流操作的泛点速率提高大大增加了设备生产能力这些都对分离过程有利.这一研究成果促成了超重力分离技术的诞生随后引起了美英中俄等国大规模的工业化应用技术研究和开发热潮4.国外从事超重力技术研究的公司和科研机构包括Du POnt公司DO W化学公司G litsch公司NOrt On公司F l Our公司I C I公司Ne Wcatstl e 大学Case W est er n Reser ve大学W ashi n g t On大学T axas Austi n州立大学等重点研究的技术有超重力精馏分离技术甲醇乙醇的分离等超重力吸收分离技术天然气脱硫分离CO2等超重力解吸分离技术水脱氧聚合物脱单体地下污水脱苯甲苯等等.近几年在几个化工能源过程中实现了工业化运行如1999年美国DO W 化学公司成功地将超重力技术应用于次氯酸的工业生产展现出广阔的应用前景和重大的经济效益3.北京化工大学教育部超重力工程研究中心从1988年开始与Case W est er n Reser ve大学合作进行了超重力技术的开发研究.10多年来本中心已经在超重力技术的基础和应用研究方面取得了具有国际领先和先进水平的研究成果5并成功主办了第一届和第三届国际超重力工程技术研讨会确立了我国在国际超重力技术领域的重要地位.本文全面综述了超重力技术的基础研究在反应与分离方面的应用研究及超重力技术在纳米材料制备油田注水脱氧纳米药物制备超重力反应分离耦合法生产化工产品等工业化开发方面的研究进展情况注文中的研究成果除特别标明研究者姓名单位外其他均为本中心的研究成果.1超重力旋转床技术的基础研究1.1超重力旋转床内流体流动现象及描述对流体在超重力旋转床填料中流动状态的了解是建立超重力环境下传递和混合理论的物理基础.电视摄像和高速频闪照像的实验研究结果表明在超重力水平相对较低的情况下约小于60g填料内的液体主要是以填料丝上的单面膜与连接填料丝网间隙的双面膜两种状态存在而在超重力水平较高的情况下大于100g液体主要是以填料丝上的膜与空间的液滴两种形态存在另外还有少量的液丝将电导探头固定于旋转的转子上测得了不同情况下液体在转子填料内的停留时间约为0.1～1.0s通过图像分析得到了不同条件下的液膜厚度在0.1～0.3mm并拟合了丝网填料上平均液膜厚度与液体黏度流量及超重力水平之间的关系36.另外在超重力技术基础理论的研究方面本中心还取得了以下研究成果实验测得填料层中液滴的直径在0.1～0.3mm拟合出液体在填料中的平均径向速率与液体流量超重力水平之间的函数关系用电导的方法对填料层中持液量的研究得出了持液量与平均径向速度之间的函数关系逆流旋转床的液泛线要比填料塔中的整砌拉西环的液泛线高40%左右气相压降不高于传质效果与之相当的塔用五孔探针测试出旋转床内腔的速度和压力场是轴对称的并发现流道突变区对气相压降的影响很大3逆流旋转床中的传质主要发生在填料层内从液体分布器到填料空腔内的传质约占整个旋转床内传质的10%以下7填料内支撑布置在填料端效应区时会极大地强化传质在10%～100%的开孔率范围内内支撑的加入有利于传质而在2.5%～10%的开孔率范围内内支撑的加入不利于传质8.1.2旋转填充床内传递过程的研究Ra m sha W等用水吸收氨测定了逆流旋转床填料层的平均气膜传质系数用比表面积为1650的不锈钢丝网填料在760g下得到气膜传质系数为10.8>10-8s m-1朱慧铭等也利用水吸收氨测定了填料层的平均气膜传质系数得到加速度与平均体积传质系数及传质单元高度的关系沈浩等用空气解吸废水中的氨得到传质单元高度为3～10c m3.1181第8期邹海魁等超重力技术进展从实验室到工业化本中心的研究人员对用氮气解吸水中氧的液膜传质过程及对以黄原胶水溶液为对象的拟塑性非牛顿流体在逆流旋转床中的气液传质过程进行了研究结果表明超重力旋转床能大大强化液相的传质过程;逆流旋转床的转子中填料内缘的传质系数很大气液传质过程在填料层中主要发生在靠近转子填料内径的区域存在传质端效应3];对用水吸收空气中SO2这个气液两相对传质阻力均有影响的吸收过程的研究结果表明逆流时在旋转床的填料层内外缘处分别存在液相端效应区和气相端效应区而并流时气液两相端效应区都集中在填料层内缘处9].采用基于颗粒轨道模型的欧拉-拉格朗日法对超重力旋转床中的气液两相流动与传质进行了数值模拟研究将模拟计算得到的液相传质系数用于氮气解吸水中溶解氧的计算其计算值与实验结果符合良好.计算分析表明对超重力旋转床在一定的转速下液体和气体流量以及填料内径的变化对体积传质系数有重要影响10].旋转床填料内的径向温度分布与转子的转速和液体流量有关但气体流量的变化对温度分布的影响很小.研究中还发现了传热端效应的存在11]. 1.3旋转填充床内的微观混合特性研究微观混合对快速化学反应过程有着重要的影响.工业上受微观混合影响的快速反应过程包括燃烧~聚合~反应~结晶等过程.一些复杂有机合成反应如氧化~中和~卤化~硝化及偶氮等也都属于快速反应微观混合直接影响反应产物的分布3].采用1-萘酚与对氨基苯磺酸重氮盐偶合竞争串联反应体系对旋转填充床内的微观混合进行了实验研究证实旋转填充床中微观混合能被极大地强化12];建立了旋转填充床内微元流动的物理模型模拟计算了液体微元经过实验条件下50层丝网填料最终流出填料空间的浓度分布由浓度分布得到的微观混合特征指数与实验值进行了对比吻合良好13-14];采用沿程分子探头实验方法从实验上证实了旋转填充床内存在分子混合端效应区计算得到旋转填充床中的分子混合时间在100卜s量级说明旋转填充床反应器是目前分子混合速率最快的设备之一可用于各类快速反应或快速混合过程的调控15].1.4超重力旋转床的设计及工程放大技术的研究经过十几年的研究本中心已经在超重力旋转床的设计和工程化放大方面积累了较丰富的经验能够根据不同的生产规模和工艺条件设计不同结构和规格的超重力旋转床提出了超重力旋转床中介质进出口管径~喷淋管的形式及尺寸~填充床层的尺寸的计算方法及功率的计算~配套电机的选择及转子用转鼓的结构设计及强度的计算方法等3]为超重力旋转床的工业化应用提供了基础.2超重力旋转床技术的应用研究进展本中心在超重力技术的应用方面进行了一系列的研究和开发并取得了诸多创新性成果.2.1超重力技术在传递和分子混合控制的反应过程的应用(1>超重力技术在纳米材料合成中的应用纳米颗粒(材料>的制备方法与技术是当今世界高技术竞争的热点之一.这其中反应沉淀法由于具有成本低~生产能力大~易于工业化~化学组成达分子原子尺度均匀化等优点受到研究者和工业界的青睐.但传统的反应沉淀法一般在搅拌釜或塔中实现存在粒径分布不均且难控~批次间重复性差及工业放大困难等缺点.理论分析表明在传统反应器中成核过程是在非均匀微观环境中进行的微观混合状态严重影响成核过程这就是目前传统沉淀法制备颗粒过程中粒度分布不均和批次重现性差的理论根源.相反在超重力条件下混合传质得到了极大强化分子混合时间在100卜s量级这可使成核过程在微观均匀的环境中进行从而使成核过程可控粒度分布窄化.这就是超重力法合成纳米颗粒技术的思想来源和理论依据315-17].本中心于1995年在国际上率先发明了超重力反应沉淀法(简称为超重力法>合成纳米颗粒新方法在国家高技术研究发展计划等的资助下探索了气液~液液及气液固超重力法合成纳米颗粒的新工艺相继开发出系列纳米颗粒实验室小试合成技术并在纳米颗粒工业化制备技术及理论研究方面取得突破性进展3].例如气液固超重力法用于合成纳米Ca CO3可以制备出立方形~链锁状~纺锤形~针状~片状等不同形态的纳米Ca CO3.在不添加任何晶体生长抑制剂的情况下可以制备出平均粒度为15～40n m~分布很窄的纳米立方形Ca CO3颗粒;在添加特定晶习控制剂的条件下可以制备2181化工学报第57卷出轴比大于10 单个颗粒平均粒度小于10n m 分布均匀的链锁状Ca CO 3 18等.采用气液相超重力法制备的纳米材料有纳米氢氧化铝 纤维状 粒径为1～5n m 长度为100～300n m 纳米二氧化硅 球形 平均粒径约为30n m 3 纳米氧化锌 球形 粒度约为30n m 19纳米二氧化钛 球形 粒径20～30n m 20纳米硫化锌 球形 粒径约40n m 21 等.采用液液相超重力法制备的纳米材料有纳米碳酸锶 平均粒径约30n m 纳米碳酸钡 比表面积约20m 2 g -1纳米氢氧化镁 六方形片状物 平均粒径为70n m 3纳米钛酸钡 球形 粒径50～70n m 22等.在实验室及中试规模的研究基础上 本中心提出并突破了系列关键技术 创制了超重力法制备无机纳米粉体的成套技术 成功进行了超重力法生产纳米碳酸钙的工业放大 生产出平均粒度15～40n m 粒度和形貌可调控的纳米碳酸钙产品 粒度指标优于美国等国际同类产品 具有碳化时间缩短 粒度分布窄 生产成本低 生产质量稳定易控等突出优点.目前利用该技术建成了5条纳米碳酸钙工业生产线 总产能达3.6万吨 年 产品已出口欧美 东南亚等地区.另外 1000t 年超重力法纳米氢氧化镁工业生产线于2004年7月在天津汉沽建成投产.可见 采用超重力技术能够制备出多种纳米材料 具有很强的通用性 是一项平台性的高新技术 可望进一步推广至其他纳米材料的制备中.2 超重力法原位合成纳米功能复合材料无机有机纳米复合材料是一类非常重要的纳米复合材料 其制备及应用的技术关键是如何实现纳米无机颗粒在有机基体中以纳米级分散.本中心提出了采用超重力法原位合成纳米功能复合材料的新方法 通过气液固反应结晶和原位相转移耦合方法 在超重力反应器中成功合成出高碱值石油磺酸钙润滑油清净剂纳米复合材料 产品的碱值大于300m g KO~ g -1 电镜照片如图1所示 纳米碳酸钙胶粒的粒径小于30n m 分布均匀.目前 本中心已经与中国石油天然气股份有限公司合作 开发建立了超重力法制备高碱值石油磺酸钙润滑油清净剂纳米复合材料20t 年中试生产线.3 超重力结晶法制备纳米药物口服难溶性药物的溶出过程是限制其吸收及生物利用度的关键F i g .1TE M p hOt O g ra p hs Of Ca CO 3p articl es f r O m RPB -p re p ared Oil based dis p ersi On因素 一般来说 药物的溶出速率与药物颗粒的粒度呈反比关系 所以通过减小难溶性药物颗粒的粒度可以大大提高其溶出速度 对气雾剂而言 颗粒大小同样是决定药物能否到达作用部位的关键因素 23-25.在成功实现超重力法合成无机纳米材料的基础上 在国家高技术研究发展计划等的资助下 本中心发明了超重力结晶法制备纳米药物的新方法 采用超重力结晶法得到了平均粒度为1.5卜m 的解热镇痛消炎药 布洛芬重结晶产品 23-24制得了粒度小于500n m 的治疗哮喘病的药物 硫酸沙丁胺醇颗粒 25制备了超细头孢拉定抗生素药物粒子 通针性 混悬效果 溶出速率及溶解度要明显优于常规法产品 26-27 .此外还探索了用超重力法制备其他纳米药物粉体 如抗哮喘药物 抗生素类药物和药物辅料等.在实验室研究的基础上 本中心研究了该技术的放大规律 并与华北制药集团倍达有限公司合作 成功实现了40t 年超重力法制备无定形头孢呋辛酯纳米药物的工业化生产 图2为产品头孢呋辛酯的扫描电镜照片 得到的头孢呋辛酯是无定形的 粒径小于500n m.产品的溶解速率和溶解度较市售产品都有明显的提高 更易溶解 吸收 生物利用度也高于市售微米级药物产品.鉴于超重力技术在药物微粉化方面的独特优势 Abhi it 等 28发表综述评论认为 超重力结晶法代表了疏水药物纳米化的第二代战略性方法 由于其简单 易于放大和纳米效应 有可能3181 第8期邹海魁等 超重力技术进展 从实验室到工业化F i g.2SE M p hOt O g ra p hs Of nanOsizedCef ur Oxi m e Axetile成为一种未来的技术.4超重力技术在多相快速反应中的应用利用烷基化反应以异丁烷为原料在强酸等催化剂的作用下与C3～C5烯烃反应生成烷基化油.烷基化油是一种理想的汽油调和组分烷基化生产装置的全球生产能力为8000万吨年以上.烷基化反应涉及液液快速反应过程现工业上采用~F和浓~2SO4催化反应传统工艺存在腐蚀性强环境污染严重等问题.本中心将超重力反应器作为烷基化反应器应用于离子液体催化的烷基化反应合成烷基化油.该液液反应过程中微观传递和分子混合是关键实验结果表明烷基化油辛烷值可达97以上反应器体积可缩小至原先的110～16优于传统~F和浓~2SO4法工艺而且无污染物排放可实现高效低能耗清洁生产的目的为替代污染严重的~F和浓~2SO4法生产烷基化油提供了一种洁净生产新技术.最近本中心将超重力旋转床作为气液反应器用于环己烷空气氧化制备环己酮反应过程初步研究结果表明在环己烷转化率与现有工艺相当的情况下过氧化物的含量约降低70%左右可以大幅度减少后续由于过氧化物分解产生的废碱液可望开发出一种绿色环保新工艺.5超重力技术在生化反应中的应用大多数的生化反应都是好氧反应过程.由于好氧微生物的呼吸基质的氧化所需要的氧是液相中溶解的氧因此在好氧发酵过程中氧的气液传质十分重要氧溶解速度成为好氧发酵过程的限制因素.根据生化反应的特点本中心将超重力旋转床和内循环反应器的优点结合起来成功开发了内循环超重力生化反应器实验表明拟塑性流体在超重力旋转床中的氧传递速率较鼓泡搅拌釜中快6～20倍.在此反应器中进行了超氧化物歧化酶SOD的发酵实验发酵液中酵母的最大湿重为66g L-1超过气升式反应器中得到的51g L-1的优化结果采用此反应器时透明质酸的产量为6.5～7.2g L-1而操作条件基本相同的搅拌釜的产量只能达到4～5g L-1表明内循环超重力生化反应器可作为一种新型高效的发酵设备3.2.2超重力技术在强化分离过程的应用1超重力水脱氧技术的研究超重力技术的第一个工业化应用实例是油田注水脱氧.油田注水的国家标准是水中的氧含量小于50卜g L-1.1993年本中心为胜利油田研制了一台50t h-1的超重力脱氧机进行了用天然气对水进行氧解吸的实验出口氧含量全部达到低于50卜g L-1的注水要求最低低于20卜g L-1与现有的真空脱氧技术相比无论在脱氧指标上还是在动力消耗上都有较大的优越性3.1995年本中心开发研制了国际上第一台最大的工业化超重力样机300t h-1水脱氧超重力装置并于1998年在胜利油田投入实验应用之后两台250t h-1的工业装置也在胜利油田海上石油平台上投入了生产3.此外采用超重力法还进行了锅炉用水脱氧的研究使用0.03～0.2MPa表压的蒸汽在103～133时就可以将水中的含氧量减少至7卜g L-1以下而且不需添加任何化学药剂.与热力法相比超重力法可以在较低的温度压力下达到很好的脱氧指标能较好地解决锅炉的氧腐蚀问题在锅炉行业中具有广阔的推广应用前景3.2超重力技术在废水处理中的应用本中心与原中国天然气总公司下属大型合成氨企业合作开发建立了一套处理水量为5t h-1的超重力尿素水解工业侧线在220～230 2.4～2.6MPa条件下将尿素解吸废水中尿素含量由100m g L-1左右降至5m g L-1以下可以满足中压锅炉用水的要求.本中心采用超重力气提技术及设备处理合成氨厂铜洗车间存在的含氨量20000～30000m g L-1的废水成功地将废水中的氨含量降至100m gL-1以下满足环保要求的同时还得到可以利用的4181化工学报第57卷15%～20%的浓氨水解决了困扰企业的一个难题3.<3>超重力技术在废气治理中的应用工业及生活所排放的二氧化硫是空气的主要污染源新型脱硫技术及设备的研究与开发成为当前迫切需要加强的环保科研课题之一.本中心与国内硫酸厂合作采用亚胺吸收法进行了超重力脱硫的工业侧线实验经过超重力设备吸收后尾气中二氧化硫含量降至100m g L-1<世界银行标准为300m gL-1>.若将单级超重力脱硫与喷射脱硫器相结合可在设备投资动力消耗气相压降等方面较原有技术有较大优势35.除尘是由作为单元操作之一的气固相分离操作发展起来的是现代工业生产中一项不可缺少的环节.采用超重力旋转床对发电厂燃煤飞灰的捕集效率达99%以上切割粒径范围为0.02～0.3卜m 压降不大于3000Pa与电除尘相当但设备占地面积价格及能耗方面远优于电除尘法是一种极有推广前景的除尘技术及设备329.2.3超重力反应分离耦合法在化工产品生产中的应用1999年美国DO W化学公司与本中心合作成功地将超重力技术应用于反应分离耦合过程在次氯酸的生产中将直径6m高30m的钛材塔式反应分离设备用直径3m高3m的超重力装置进行了成功替代在一台超重力设备中同时完成反应和分离两种操作次氯酸的产率由原先的80%提高到90%以上生产效率大大提高并节省了设备投资70%和操作费用.这一技术的开发成功为超重力技术的应用提供了一个极好的工业化范例3.3结束语已有的理论研究和应用研究的结果表明超重力技术是一种高效的过程强化的新技术在众多领域具有广阔的应用前景.由于它广泛的适用性可生产出传统设备所难以生产出的更小更精更安全更高质量的产品以及具有更能适应环境和对环境友好等特殊性能可望成为21世纪过程工业过程强化的主导技术之一.致谢本文的研究成果包括了郑冲冯元鼎周绪美艾大刚等中心退休教师及郭锴郭奋王玉红张鹏远刘晓林宋云华陈建铭沈志刚毋伟初广文等中心教师及张军刘骥竺洁松李振虎钟杰杨海健等毕业和在读博士研究生张海峰廖颖万冬梅王刚李文博李树华赵永华崔建华梁继国刘方涛张春光张新军马静续京周敏毅徐春艳李亚玲许明王东光等毕业和在读硕士研究生的研究成果.同时超重力技术的研究得到了国家自然科学基金国家自然科学基金重点项目国家自然科学杰出青年基金国家科委八五九五和十五攻关项目及国家重点基础研究发展计划教育部和北京市等科技计划的资助在此一并表示感谢！Re f er ences1Ra m sha W C.The i ncenti ve f Or p r Ocess i nt ensifi cati On//1stI nt er nati Onal COnf erence On Pr Ocess I nt ensifi cati On f Or t heChe m i cal I ndustr y.LOndOn19952Fei W ei y an g<费维扬>.The p r O g ress Of p r Ocessi nt ensifi cati On.W orl d Sci T ec h R SD<世界科技研究与发展>2004 2 <5>1-43Chen Ji anf en g<陈建峰>.~i g h G ravit y T echnOl O gy andA pp li cati On A Ne W G enerati On Of Reacti On and S e p arati OnT echnOl O gy<超重力技术及应用新一代反应与分离技术>.Bei i n g Che m i cal I ndustr y Press20034GuO Kai<郭锴>L i u SOn g ni an<柳松年>Chen Ji anf en g <陈建峰>Zhen g ChOn g<郑冲>.Recent p r O g ress Of hi g hg ravit y t echnOl O gy.Che m ic al I ndust r$and En g ineerin gPro g ress<化工进展>199711-45W an g YuhOn g<王玉红>GuO Kai<郭锴>Chen Ji anf en g <陈建峰>Zhen g ChOn g<郑冲>.~i g ee t echnOl O gy and itsa pp li cati On.M et al M ine<金属矿山>1999425-296Zhan g Jun<张军>GuO Kai<郭锴>GuO Fen<郭奋> Zhu Ji esOn g<竺洁松>Zhen g ChOn g<郑冲>.Ex p eri m ent al st ud y abOut fl O W Of li c ui d i n r Ot ati n g p ackedbed.J ournal o f Che m ic al En g ineerin g o f ChineseUniUersities<高校化学工程学报>200014<4>378-3817GuO Fen<郭奋>W an g DOn gg uan g<王东光>W u Ji nli an g<吴金梁>GuO Kai<郭锴>Zhen g ChOn g<郑冲>ShaO Lei<邵磊>.E ff ect Of diff erent i niti al li c ui ddi stri buti On On m ass transf er i n a cOunt er current fl O Wr Ot ati n g p acked bed.J ournal o f Bei j in g UniUersit$o fChe m ic al T ec hnol o g$<北京化工大学学报>2003 3<3>30-348GuO Fen<郭奋>ZhaO YOn g hua<赵永华>Cui Ji anhua <崔建华>Chen Ji anf en g<陈建峰>GuO Kai<郭锴>Zhen g ChOn g<郑冲>.E ff ects Of i nner su pp Orts On li c ui d-fil m cOntr Oll ed m ass transf er i n r Ot ati n g p acked bed.J ournal o f Nort h China I nstit ute o f T ec hnol o g$<华北工学院学报>200122<6>420-4249L i Zhenhu<李振虎>GuO Kai<郭锴>Yan W ei m i n<燕为民>Zhen g ChOn g<郑冲>.The cO m p ari sOn Of t he g as5181第8期邹海魁等超重力技术进展从实验室到工业化。

超重力技术在危化品气体处理中的应用赵祥迪;孙万付;徐银谋;郭建章【摘要】介绍了超重力技术的作用原理和基本形式,阐述了超重力技术在脱除硫化氢、氨气、二氧化硫、氮氧化物以及有机气体等方面的研究进展与应用.所述研究大多是在实验条件下进行,处理效果较传统设备有明显改善,但在工业化应用方面仍需深入研究.【期刊名称】《安全、健康和环境》【年(卷),期】2016(016)007【总页数】4页(P1-4)【关键词】超重力技术;气体处理;有机气体【作者】赵祥迪;孙万付;徐银谋;郭建章【作者单位】中国石化安全工程研究院,山东青岛266071;化学品安全控制国家重点实验室,山东青岛266071;中国石化安全工程研究院,山东青岛266071;化学品安全控制国家重点实验室,山东青岛266071;青岛科技大学机电工程学院,山东青岛266010;青岛科技大学机电工程学院,山东青岛266010【正文语种】中文随着我国经济的快速发展，危险化学品用量逐年上升，危化品事故也呈现多发之势，此类危化品物质多具有毒性、腐蚀性，一旦发生事故，不仅会造成人体健康、环境污染以及经济危害，还易引发社会恐慌等危害。

因此，发展及研制用于危险化学品处置技术及装备势在必行。

超重力技术是一种强化相间传质的高效技术，具有效率高、能耗低、安全可靠以及适用性广等优点，在危化品处置领域显示出重大的经济价值和广阔的应用前景[1-2]。

超重力技术有多种形式，根据气液接触方式的不同，可分为逆流旋转床、并流旋转床和错流旋转床。

与传统设备相比，超重力旋转床具有强化传递效果显著、气相压降小、物料停留时间短、便于开停车、设备体积小等优点，相比重力场其传递系数可提高1～3个数量级。

逆流超重力旋转填料床结构如图1所示。

在转子内气液两相逆流接触，使气液两相间微观混合和强化。

与逆流旋转填料床不同，并流超重力旋转填料床中气液两相进行并流接触；错流超重力旋转填料床转子中气液两相进行错流接触。

超重力技术在烟气脱硫脱硝中的应用摘要：随着工业化的发展，硫化物及氮氧化物等废气的处理受到人们越来越多的关注，研究新型的烟气脱硫脱硝技术是保护环境，良好发展工业的必要工作。

工业生产和人们的生活水平之间具有较为密切的关系，对能源进行有效的开发和利用，一方面提升了人们的生活水平，但是从另一方面来讲也严重地破坏了人们周围的环境，降低了生活质量。

因此，对于烟气进行脱硫脱硝处理时至关重要的。

本文阐述了超重力技术，结合案例分析了超重力技术在烟气脱硫脱硝中的应用。

关键词：超重力技术；脱硫脱酸；环境现代的大型生产企业特别是化工企业，在生产过程中必定要面对“三废”问题（即废气、废水、废渣）。

经过多年的研究发展，废弃物的处理方法已较为成熟，但随着国家与民众对环境保护日趋重视，需要更多新技术的探索与发掘以满足环保需求，特别是空气治理已成为迫在眉睫要解决的问题。

化工厂、污泥厂等产出的废气中含量较高的有害物质主要为硫化物及氮氧化物，这两类污染物使得国内酸雨以及烟雾有加剧的趋势。

1 超重力技术概述脱硫与脱硝均可走干法与湿法两种途径，传统干法脱硫硫容低，脱硫成本高，湿法脱硫有LO-CAT工艺、胺法、改良ADA法、PDS法、络合铁法等；干法脱硝有催化还原法、催化分解法等，湿法脱硝则使用吸收法。

这些方法中干法所需温度高，操作费用高；湿法流程较简单，但一般需采用板式塔或填料塔，存在设备体积大、投资高等问题。

因此一种大幅减小设备体积的新技术——超重力技术应运而生。

超重力技术是一种能够极大强化相间传质过程的新型过程强化技术，它通过旋转产生超重力环境，突破了传统传质设备重力场限制的局限性。

研究结果表明，超重力环境下，不同相间的传质过程比常规重力场下的要快得多，气液、液液、液固两相在比地球重力场大上百倍至千倍的超重力环境下的多孔介质或孔道中产生流动接触，巨大的剪切力和快速更新的相界面，使相间传质速率比传统的塔器中的提高 1~3 个数量级，传质过程得到极大强化。

超重力法锅炉烟气同时除尘脱硫脱硝摘要：在社会主义新形势下，国家提出了经济建设可持续发展的战略方针。

在使用能源时，我们应该尊重节约和保护环境的理念，改进现有设施，并形成标准化的脱硫系统。

新系统将有助于完成瓦斯粉尘控制，满足国家环境控制的基本要求，并使有限的资源发挥更大的作用。

始终关注行业相关环保和控制要求，合理限制材料燃烧的排放和运行，提高相关参数的性能，承受锅炉工况期间的突然外力。

不断优化厂内设备，尽量选择节能环保的燃料，实现低污染的目标。

锅炉燃烧产生的粉尘、SO2和NO3将对环境和人类造成严重损害。

随着人们环保意识的提高，对锅炉烟气净化的要求越来越严格。

以臭氧为氧化剂，氢氧化钠溶液为吸收剂，进行了锅炉同时除尘、脱硫和脱硝的侧线试验。

研究了不同操作条件对SO2和NON除尘率的影响，并确定了相关操作条件：超重力反应器转速为1000R·min，气液比为125，pH值为11，脱硫脱硝技术具有成本低、效率高、设备小、投资少等优点。

广泛应用于中小型锅炉的烟气净化过程。

关键词：超重力；锅炉烟气；除尘脱硫脱硝技术中国是一个资源大国，但不是能源大国，到目前为止，煤炭在能源结构中的比例仍然非常不科学，甚至高达能源消费总量的十分之七。

这种情况的结构与科技发展水平和社会经济结构密切相关，短期内无法有效改善。

在这一阶段，煤炭作为火力发电厂运行所需的主要原料，在点火后会释放大量对人体有害的二氧化硫气体，不仅会威胁人类健康和生命安全，还会直接产生污染源，不利于大气环境的治理。

特别是在中国资源节约型和环境友好型发展道路的背景下，这就是为什么我们需要解决煤炭污染问题。

煤炭燃烧会产生大量的污染物，如粉尘和SO2。

SO2和no的排放不仅会造成酸雨和酸雾，还会对人类、动物和植物造成严重危害，破坏臭氧层，造成全球变暖。

粉尘含有大量重金属和化学致癌物，可导致肺炎、肺癌和流感。

中国有大量中小型燃煤锅炉，能效低，污染严重。

发展和研究中小型锅炉烟气净化技术具有重要的环境意义。

超重力技术船舶废油工业规模脱水的新方法1引言超重力技术是一种基于离心力原理的高效分离技术，其在化工、医药、食品、环保等领域得到广泛应用。

近年来，超重力技术在船舶废油处理中也被引入，为废油的脱水提供了一个新的解决方案。

本文将介绍超重力技术在船舶废油工业规模脱水中的新方法。

2船舶废油的来源和处理方法船舶在航行中会产生大量的废油，包括机油、润滑油、柴油等。

这些废油中含有各种有害物质，如重金属、硫、氮等，如果不加处理直接排放到海洋中，会对海洋环境造成严重破坏。

船舶废油一般通过物理或化学方法进行处理。

物理方法包括离心分离、过滤、蒸馏等，而化学方法则包括沉淀、吸附、氧化等。

这些方法都需要进一步脱水处理才能达到合法排放的标准。

3超重力技术在废油脱水中的应用超重力技术利用离心力将混合物中的固体和液体分离，其分离效率和速度比传统脱水方法更高。

在废油脱水中，超重力技术可以实现废油中水分的快速蒸发和分离，并将浓缩的废油减少到设备的出口口径以下，实现废油的高效脱水和减量化处理。

在超重力技术脱水处理船舶废油的过程中，废油首先经过加热处理，使其中的水分达到蒸发的温度。

然后，将废油送入超重力旋流器中，在旋流器高速旋转的情况下，固体和液体分离，水分以蒸汽的形式被迅速转移到旋流器上部。

最后，通过蒸汽冷凝和收集系统将水分集中收集起来，废油则通过出口排放，严格达到国家的环保标准。

4与传统方法相比的优点与传统的物理和化学脱水方法相比，超重力技术具有以下优点：1.不需要添加任何化学药剂，对环境友好；2.处理效率高，处理速度快；3.能够实现低温、低压条件下脱除水分；4.能够将废油浓缩到较小的体积，可以实现较长期的储存和运输。

5应用前景和总结随着环保意识的不断提高，超重力技术作为一种高效、环保的脱水方法被越来越多地应用于船舶废油处理中。

超重力技术将为船舶废油的高效脱水和减量化处理提供一种新的解决方案。

总之，超重力技术作为一种高效分离技术，要在船舶废油处理领域中得到更广泛的应用，需要更加深入的研究和推广。

华兴化工超重力氨法脱硫及硫酸盐系列产品生产实践陈银根【摘要】介绍了华兴化工200 kt/a硫铁矿制酸装置尾气超重力脱硫工艺流程和生产实践情况。

硫酸二系列尾吸系统采用超重力技术改造后已稳定运行2个多月时间,超重力反应器氨法脱硫后的尾气ρ（SO2）240～680 mg/m3,达到预期改造目的。

脱硫副产亚硫酸铵和亚硫酸氢铵含量约400 g/L的亚盐溶液7 kt/a左右,用于液体二氧化硫、焦亚硫酸钠、硫酸铵、过硫酸铵、过硫酸钠、亚硫酸钠等硫酸盐系列产品生产。

在减少SO2污染的同时,华兴化工进一步拓宽了硫化工产品链。

%Process and production practice of super-gravity desulphurization in Huaxing Chemical＇ s 200 kt/a pyrite-based sulphuric acid plant are described.The tail gas absorption system of 2# sulphuric acid system has been stably operating for more than two months after revamping with super-gravity technology by ammonia process.SO2 concentration of the tail gas from super-gravity reactor was 240-680 mg/m3 and the intended purpose was achieved.Desulphurization by-product,about 7 kt/a solution containing about 400 g/L ammonium sulphite and bisulphite,was used to produce liquid sulphur dioxide,sodium metabisulphite,ammonium sulphate,ammonium persulphate,sodium persulphate and sodium sulphite,et al.Huaxing Chemical has successfuly extended its sulphur-related product line while reducing SO2 pollution.【期刊名称】《硫酸工业》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】4页(P49-52)【关键词】硫酸生产;尾气脱硫;超重力技术;氨法;硫酸盐;生产;实践【作者】陈银根【作者单位】铜陵化工集团华兴化工有限公司,安徽铜陵244023【正文语种】中文【中图分类】TQ111.16铜陵化工集团华兴化工有限公司(以下简称华兴化工)现有3套200 kt/a硫铁矿制酸装置，通过生产优化，目前硫酸总产能已达到700 kt/a。

超重力技术应用在化工工业中的研究1.分离技术：超重力技术可用于分离混合物，特别是高分子溶液、纳米颗粒和微生物等颗粒悬浮物。

通过超重力技术可以增强悬浮物在溶液中的分离效果，例如高分子脱水、溶剂回收、液-液相分离等。

另外，超重力技术还可以用于细胞分离，例如生物罐分离和细胞分选。

2.反应工艺：超重力技术可以提高化学反应速率和效果。

通过增加反应体系的加速度，反应物可以更快地完全混合，加速反应速率。

此外，超重力技术还可以改变反应条件下物质传递的方式，例如液-固相反应、液-液相反应等。

这些改变可以提高反应效果，降低反应中的副反应。

3.材料制备：超重力技术可以用于制备各种材料，例如纳米颗粒、复合材料等。

通过超重力技术可以实现纳米颗粒的高度分散和均匀分布，提高材料的性能。

此外，超重力技术还可以改变材料的结构，提高材料的机械性能、热稳定性和导电性。

4.生物工艺：超重力技术对于生物工艺具有重要的应用价值，例如发酵、细胞培养和酶工程等。

通过超重力技术可以提高生物反应的速率和效果，促进细胞的生长和分裂，增加产物的产量和纯度。

此外，超重力技术还可以改变细胞与培养基之间的质传递，提高细胞对养分和废物的吸收和排出。

在化工工业中，超重力技术的应用研究还面临一些挑战。

首先，超重力技术需要高投资和复杂的设备，增加了成本和操作的难度。

其次，超重力技术对材料的要求也较高，需要材料能够承受高加速度下的力和振动。

此外，超重力技术的应用还需要进行更深入的研究和实验验证，以提高其效果和可靠性。

总之，超重力技术在化工工业中具有广泛的研究应用。

通过应用超重力技术可以提高分离效果、反应速率和材料性能，促进化工工艺的开发和创新。

然而，超重力技术在化工工业中的应用还需要进一步的研究和验证，以解决其面临的挑战，实现其在工业生产中的广泛应用。

超重力、双氧水脱硫技术在实际应用中的对比发布时间：2021-11-18T02:12:55.449Z 来源：《科学与技术》2021年第18期作者：康文斌、张聪颖[导读] 本文通过对硫酸装置超重力、双氧水尾气脱硫两种技术方法在实际应用中的对比康文斌、张聪颖石家庄炼化分公司河北石家庄 050099摘要：本文通过对硫酸装置超重力、双氧水尾气脱硫两种技术方法在实际应用中的对比，指出了各自的优缺点及在实际应用中存在的问题，同时得出了相应的结论，为尾气治理选择方案提供了可借鉴的依据。

关键词：超重力；双氧水；脱硫1、前言近几年，随着环境保护的提高，对二氧化硫排放提出严峻的考验，相应的尾气治理方面对应的脱硫方法也层出不穷。

根据实际情况，我公司硫酸装置尾气治理先后采用了两种脱硫方法，一种是超重力脱硫，一种是双氧水脱硫。

现就两种脱硫方法进行对比论述。

2、工艺对比论述2.1工艺原理2.1.1 超重力脱硫采用氨法脱硫工艺，氨法尾气脱硫技术是用氨水洗涤含SO2的废气，形成（NH4）2SO3-NH4HSO3-H2O的吸收液体系，该溶液中的（NH4）2SO3对SO2有很好的吸收能力，是氨法脱硫中的主要吸收剂。

一般的氨法脱硫是在吸收塔中完成的，而超重力脱硫是在超重力脱硫机中完成的。

2.1.2 双氧水脱硫是将双氧水溶液作为吸收剂，在吸收塔中吸收尾气中的SO2，反应式如下：H2O2+ SO2=== H2SO4。

2.2工艺路线2.2.1超重力脱硫系统包括：尾气系统、吸收系统、循环系统、吸收剂储存与输送系统、工艺水系统、副产物排出系统。

硫酸尾气进入超重力机，与被分散雾化成极细小液滴的吸收液充分接触，SO2被吸收，液相进入循环槽，重新循环至超重力机，气相通过烟囱排放。

脱硫液循环如下：氨水补充进入循环槽，维持脱硫液的浓度。

循环吸收液通过超重力机自流进入循环槽，循环槽内的循环吸收液再通过循环泵送至超重力机进行循环吸收。

循环吸收液在吸收SO2后，生成亚硫酸铵，密度逐步增大，达到设定值时，由循环泵出口支管送至下游装置进行氧化。