CN105600881A - 利用电解电渗析处理湿法脱硫系统中氯离子的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用电解电渗析处理湿法脱硫系统中氯离子的方法及系统，该方法利用电解-电渗析联合的方式，将脱硫系统中的氯离子排出脱硫系统并以氯气的形式回收，同时可获得副产物Ca(OH)₂和高纯氢气。该方法工艺简单、稳定可靠，具有很好的环境效益和经济效益。

Description

利用电解电渗析处理湿法脱硫系统中氯离子的方法及系统

技术领域

本发明属于烟气脱硫技术领域，具体涉及一种利用电解-电渗析处理湿法脱硫系统中氯离子的方法及系统。

背景技术

我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，2013年我国生产和消费的煤炭量分别占世界总量的47.4％和50.3％，长期以来煤炭在我国的一次能源结构中的比例高达70％以上，由此导致我国排放的SO₂有90％左右来自于燃煤。燃煤排放的大量SO₂对农作物、森林、建筑和人类健康造成了巨大危害，我国每年因SO₂的排放造成的经济损失达数千亿元。

石灰石-石膏法烟气脱硫技术(WFGD)因其煤种适应范围广、脱硫效率高、脱硫剂利用率高、工艺成熟以及运行可靠性高等优势，成为现阶段世界范围内应用最为广泛的烟气脱硫工艺。该工艺过程中，烟气中的氯元素、工艺水中的氯元素和脱硫剂(石灰石)中的氯元素不断进入脱硫浆液且逐渐富集，浆液中高浓度的氯离子具有降低脱硫效率、加速设备腐蚀以及影响石膏品质等众多危害，因此一般在该工艺在运行过程中，为了维持系统稳定安全运行并保持较高的脱硫效率，必须排出一定量的废水。

目前火电厂采用最多的脱硫废水处理方法是传统的化学沉淀法，该方法经过中和、沉降、絮凝和澄清等过程对废水进行处理，处理后的废水水质可以达到较高的标准。但是该工艺比较复杂、投资大且需要消耗多种药剂。

专利CN101486517A公开了一种中和-电絮凝法处理湿法脱硫废水的工艺，该工艺用电絮凝方式代替传统化学沉淀法的加药絮凝装置，简化了工艺流程并节省了购置助凝剂费用，但是该工艺仍需消耗一定的NaOH和石灰乳等中和药剂，仍没有从根本上简化工艺流程。专利CNCN103086550A公开了一种利用电解法处理脱硫废水的方法，该方法直接将脱硫废水引入敞开式电解槽，废水中的氯离子在电解装置的阳极板放电生成的氯气用于处理废水中的COD，该发明大大简化了脱硫废水处理工艺，但是该方法处理后的废水中氯离子浓度依然较高，且该工艺没有对废水回用，没有做到脱硫废水零排放。专利CN104150569A公开了一种处理净化后的脱硫废水的方法，该方法是将净化后的废水送入电解水装置进行电解，目的是在阳极获得氯气或/和次氯酸钠溶液，阴极获得氢氧化钙晶体或者碳酸钙晶体。由于该发明所述的电解装置中阴阳极溶液很难分离，因此阳极附近获得氯气或/和次氯酸钠溶液、阴极获得氢氧化钙晶体或者碳酸钙晶体均极其困难，且阴极生成氢氧化钙晶体和碳酸钙晶体对电解过程极为不利。

以上各种方法由于自身存在的缺点限制了其应用，且上述方法均是在脱硫废水产生后进行处理，没有从根本上避免脱硫系统排放废水。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种利用电解-电渗析处理湿法脱硫系统中氯离子的方法及系统，该系统及工艺具有结构简单、占地少、不消耗药剂等优点，且能将脱硫系统中的氯离子分离出脱硫系统以氯气形式回收，并可避免脱硫系统产生废水。

本发明采用以下技术方案：

一种利用电解-电渗析处理湿法脱硫系统中氯离子的方法，包括以下步骤：

(1)来自石膏脱水系统的脱硫滤液水进入电解-电渗析装置的电渗析室，在直流电作用下进行电渗析处理，获得脱盐水；

(2)步骤(1)电渗析过程获得的脱盐水与来自石膏脱水系统的旋流器溢流液一同进入电解-电渗析装置的阴极电解室进行电解处理；

(3)电解-电渗析装置的阳极电解室注满稀盐酸，从电渗析室迁移至阳极电解室的氯离子在阳极板放电形成氯气。

步骤(1)中，在直流电的作用下，脱硫滤液中的Ca²⁺在电场力作用下透过阳离子交换膜迁移至阴极室，Cl^-在电场力作用下透过阴离子交换膜迁移至阳极室，实现了电渗析脱盐。

步骤(2)中，步骤(1)电渗析过程获得的脱盐水与来自溢流液箱的旋流器溢流液一同进入电解-电渗析装置的阴极电解室时，在阴极板发生如下析氢反应：

2H₂O+2e^-→H₂↑+2OH^-

阴极电解产生的高纯氢气用于氢冷发电机的补充氢气源，或作为H₂-SCR装置的氢气源，或作为清洁能源燃烧或出售。

步骤(2)中，阴极电解生成的OH^-与电渗析室迁移来的Ca²⁺形成Ca(OH)₂，所述阴极电解室获得的溶液主要成分为CaCl₂和Ca(OH)₂，该混合液pH为9-12，可送至脱硫塔内用于脱硫，也可送至湿式静电除尘器作为中和水回用。

步骤(3)中，所述阳极电解室中稀盐酸浓度为0.2-0.5mol/L，且在运行过程中几乎无消耗。

步骤(3)中，阳极电解反应如下：

2Cl^--2e^-→Cl₂↑，

阳极电解产生的氯气可送至循环冷却水系统用于消毒杀菌、灭藻，也可出售。

由于氯气在水中会发生如下水解反应：

Cl₂+H₂O→HClO+HCl

而电解-电渗析装置的阳极电解室注满了稀盐酸，因此会抑制上述水解反应的发生，从而阳极电解产生的氯气可以不断的析出。另外，运行过程中阳极电解室中的稀盐酸并不消耗，而仅仅是保证电解-电渗析装置的导电性并提供氯气析出的环境。

为了更好的实施本发明的利用电解-电渗析处理湿法脱硫系统中氯离子的方法，本发明还提供一种利用电解-电渗析处理湿法脱硫系统中氯离子的系统。

一种利用电解-电渗析处理湿法脱硫系统中氯离子的系统，包括电解-电渗析装置，所述电解-电渗析装置内设有阳离子交换膜和阴离子交换膜，所述阳离子交换膜和阴离子交换膜将电解-电渗析装置分隔为三部分，依次为阴极电解室、电渗析室和阳极电解室，所述阴极电解室内设有阴极板，所述阳极电解室内设有阳极板，所述电渗析室设有至少一个脱盐水出口和至少一个脱硫滤液入口；所述阴极电解室设有至少一个入口和至少一个阴极液出口。

优选的，所述阴极电解室的入口为2个，包括旋流器溢流液入口和与脱盐水出口相连接的脱盐水入口。所述旋流器溢流液入口与旋流器溢流端相连。

所述脱硫滤液入口与脱水系统中的滤液箱相连。

优选的，所述电解-电渗析装置内阳离子交换膜、阴离子交换膜、阴极板和阳极板采用平行排列的方式布置。

优选的，所述电解-电渗析装置的形式为立方体状，或者是圆筒状。

进一步，所述系统还包括石膏脱水系统，所述石膏脱水系统至少包括石膏旋流器、脱水机、溢流液箱和滤液箱。

所述石膏脱水系统中的滤液箱与电解-电渗析装置的电渗析室的脱硫滤液入口相连，所述电渗析室的脱盐水出口与电解-电渗析装置的阴极电解室的脱盐水入口相连；所述石膏脱水系统中的旋流器的溢流端与电解-电渗析装置的阴极电解室的入口相连。

所述石膏脱水系统中各个部件具体的连接方式为：

与脱硫装置底部的出液端相连接的石膏旋流器的底流口，通过脱水机与滤液箱相连，所述滤液箱与电渗析室的脱硫滤液入口相连，所述电渗析室的脱盐水出口通过渗析液泵与阴极电解室的脱盐水入口相连接。所述石膏旋流器的溢流端通过溢流液箱与阴极电解室的旋流器溢流液入口相连。进一步，所述阴极电解室的阴极液出口通过喷淋泵还与脱硫塔顶部喷淋层相连。

优选的，所述电解-电渗析装置的阴极电解还与氢气储罐相连。将本系统获得的氢气送至氢气储罐，用于氢冷发电机的补充氢气源，或作为H₂-SCR装置的氢气源，或作为清洁能源燃烧或出售。

优选的，所述电解-电渗析装置的阳极电解室与循环冷却水系统相连。将本系统获得的氯气送至循环冷却水系统，用于消毒杀菌、灭藻。

优选的，所述脱硫装置为脱硫塔。对工业废气进行脱硫处理的脱硫装置，以塔式设备居多，其脱硫效果优异。

优选的，所述脱水机为真空皮带脱水机。采用真空皮带脱水机对浓缩液进行脱水，可以得到脱硫滤液，脱硫滤液中的主要成分是CaCl₂。

本发明的有益效果是：

(1)本发明处理湿法脱硫系统中氯离子的方法利用电解-电渗析联合的方式，将脱硫系统中的氯离子排出脱硫系统并以氯气的形式回收，同时可获得副产物Ca(OH)₂和高纯氢气。该方法工艺简单、稳定可靠，具有很好的环境效益和经济效益。

(2)本发明系统简单，占地少，省去了复杂的脱硫废水处理装置。

(3)仅消耗电能，无需消耗多种药品。

(4)将脱硫系统中的氯离子变废为宝转变为氯气，同时可获得高品质的氢气、用途广泛的Ca(OH)₂等优良副产品。

(5)电极不易结垢，运行稳定、可靠。

(6)本发明的系统和方法避免了脱硫废水的排放，可实现脱硫增效。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图。

图2为实施例附图，其中电解-电渗析装置同图1。

其中：1—阴极板，2—阴极电解室，3—阳极板，4—阳极电解室，5—电渗析室，6—阳离子交换膜，7—阴离子交换膜，8—旋流器溢流液入口，9—脱盐水入口，10—阴极液出口，11—脱硫滤液入口，12脱盐水出口，13—渗析液泵，14—喷淋泵，15—石膏脱水系统，16—脱硫塔，17—循环冷却水系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种利用电解-电渗析处理湿法脱硫系统中氯离子的系统，包括电解-电渗析装置，所述电解-电渗析装置内设有阳离子交换膜6和阴离子交换膜7，所述阳离子交换膜6和阴离子交换膜7将电解-电渗析装置分隔为三部分，依次为阴极电解室2、电渗析室5和阳极电解室4，所述阴极电解室内设有阴极板1，所述阳极电解室4内设有阳极板3，其中所述电解-电渗析装置内阳离子交换膜6、阴离子交换膜7、阴极板1和阳极板2采用平行排列的方式布置。

所述阴极电解室2设有旋流器溢流液入口8、脱盐水入口9和阴极液出口10。

所述电渗析室5设有脱硫液入口11和脱盐水出口12。

实施例2

为了更好的将湿法脱硫系统中氯离子去除以及得到更好的脱硫效果，在实施例1的基础上本系统还包括石膏脱水系统15。

如图1和2所示，一种利用电解-电渗析处理湿法脱硫系统中氯离子的系统，包括与脱硫塔16底部出液端相连的石膏脱水系统15和电解-电渗析装置。

所述电解-电渗析装置内设有阳离子交换膜6和阴离子交换膜7，所述阳离子交换膜6和阴离子交换膜7将电解-电渗析装置分隔为三部分，依次为阴极电解室2、电渗析室5和阳极电解室4，所述阴极电解室内设有阴极板1，所述阳极电解室4内设有阳极板3，其中所述电解-电渗析装置内阳离子交换膜6、阴离子交换膜7、阴极板1和阳极板2采用平行排列的方式布置。

所述阴极电解室2设有旋流器溢流液入口8、脱盐水入口9和阴极液出口10。

所述电渗析室5设有脱硫液入口11和脱盐水出口12。

所述石膏脱水系统15包括石膏旋流器、真空皮带脱水机、溢流液箱和滤液箱，具体的连接方式为：

所述脱硫塔16底部的出液端与石膏旋流器连接，所述石膏旋流器的底流口通过真空皮带脱水机与滤液箱相连，所述滤液箱与电渗析室5相连，所述电渗析室5的脱盐水出口12通过渗析液泵13与阴极电解室2的脱盐水入口9相连接。所述石膏旋流器的溢流端通过溢流液箱与阴极电解室2的旋流器溢流液入口8相连，所述阴极电解室2的阴极液出口10通过喷淋泵14与脱硫塔16顶部相连。

所述阴极电解室2的出气端与氢气储罐相连，所述阳极电解室4与循环冷却水系统17相连。

实施例3

采用实施例1中的系统处理湿法脱硫系统中氯离子的方法，包括以下步骤：来自石膏脱水系统中的脱硫滤液水(主要成分为CaCl₂)送入电解-电渗析装置的电渗析室5，其中的Ca²⁺在电场力作用下透过阳离子交换膜6迁移至阴极电解室2，Cl^-在电场力作用下透过阴离子交换膜7迁移至阳极电解室4，实现了电渗析脱盐。

电渗析室5的脱盐水出口12获得的脱盐水与来自石膏脱水系统的旋流器溢流液(主要成分为CaCl₂，含有较多的悬浮物)均被送入电解-电渗析装置的阴极电解室2，在阴极板发生如下析氢反应：

2H₂O+2e^-→H₂↑+2OH^-

阴极电解生成的OH^-与电渗析室5迁移来的Ca²⁺形成Ca(OH)₂，然后不断被新鲜的旋流器溢流液和来自电渗析室5的脱盐水携带出，阴极电解室2的阴极液出口10获得的主要成分为CaCl₂和Ca(OH)₂的溶液可送至脱硫塔用于脱硫，或作为湿式静电除尘器的中和水回用。

初始电解时向阳极电解室中注满稀盐酸，阳极电解室中稀盐酸浓度约0.2-0.5mol/L，从电渗析室迁移来的Cl^-不断在阳极放电生成氯气，电解反应如下：

2Cl^--2e^-→Cl₂↑

氯气在水中会发生如下水解反应：

Cl₂+H₂O→HClO+HCl

而阳极电解室充满了稀盐酸，因此会抑制上述水解反应的发生，从而阳极电解产生的氯气可以不断的析出，氯离子实现了以氯气的形式回收。阳极获得的氯气可以用于循环冷却水系统的杀菌消毒、灭藻等，也可以用于出售。另外，由上述说明可知，该工艺运行过程中阳极电解室中的稀盐酸并不消耗，而仅仅是保证电解-电渗析装置的导电性并提供氯气析出的环境。

实施例4

采用实施例2中的系统处理湿法脱硫系统中氯离子的方法，包括以下步骤：如图2所示，来自石膏脱水系统15中的滤液箱地脱硫滤液水(主要成分为CaCl₂)送入电解-电渗析装置的脱硫滤液入口11，在直流电作用下实现电渗析脱盐，电渗析室5的脱盐水出口12获得的脱盐水通过渗析液泵13送至电解-电渗析装置阴极电解室2的脱盐水入口9，来自石膏脱水系统15中的溢流液箱的旋流器溢流液(主要成分为CaCl₂，悬浮物较多)送至阴极电解室2的旋流器溢流液入口8，在阴极电解室2中阴极发生析氢反应同时产生OH^-，结合电渗析室5迁移来的Ca²⁺形成Ca(OH)₂，不断补充的新鲜的旋流器溢流液和电渗析室5的脱盐水将阴极电解室生成的Ca(OH)₂携带出阴极液出口10，并由喷淋泵14送入脱硫塔16用于脱硫。由电渗析室5迁移至阳极电解室4的Cl^-在阳极被氧化成氯气，在盐酸环境中不断析出，然后送至循环冷却水系统17用于杀菌消毒、灭藻等。本发明工艺简单，可将脱硫系统中的有害离子Cl^-以氯气的形式回收利用、变废为宝，另外还可以实现脱硫增效并可回收高纯度氢气，该工艺不仅具有很高的环境效益，还可以提高经济效益。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种利用电解-电渗析处理湿法脱硫系统中氯离子的方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)来自石膏脱水系统的脱硫滤液水进入电解-电渗析装置的电渗析室，在直流电作用下进行电渗析处理，获得脱盐水；

(2)步骤(1)电渗析过程获得的脱盐水与来自石膏脱水系统的旋流器溢流液一同进入电解-电渗析装置的阴极电解室进行电解处理；

(3)电解-电渗析装置的阳极电解室注满稀盐酸，从电渗析室迁移至阳极电解室的氯离子在阳极板放电形成氯气。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是：步骤(2)中，阴极电解产生的高纯氢气用于氢冷发电机的补充氢气源，或作为H₂-SCR装置的氢气源，或作为清洁能源燃烧或出售。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是：步骤(2)中，所述阴极电解室获得的溶液主要成分为CaCl₂和Ca(OH)₂，该混合液pH为9-12，送至脱硫塔内用于脱硫，或送至湿式静电除尘器作为中和水回用。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是：步骤(3)中，所述阳极电解室中稀盐酸浓度为0.2-0.5mol/L。

5.一种实现权利要求1～4中任一项所述的方法的系统，其特征是：包括电解-电渗析装置，所述电解-电渗析装置内设有阳离子交换膜和阴离子交换膜，所述阳离子交换膜和阴离子交换膜将电解-电渗析装置分隔为三部分，依次为阴极电解室、电渗析室和阳极电解室，所述阴极电解室内设有阴极板，所述阳极电解室内设有阳极板，所述电渗析室设有至少一个脱盐水出口和至少一个脱硫滤液入口；所述阴极电解室设有至少一个入口和至少一个阴极液出口。

6.如权利要求5所述的系统，其特征是：所述阴极电解室的入口为2个，包括旋流器溢流液入口和与脱盐水出口相连接的脱盐水入口。

7.如权利要求5所述的系统，其特征是：所述电解-电渗析装置的形式为立方体状，或者是圆筒状。

8.如权利要求5所述的系统，其特征是：所述系统还包括石膏脱水系统，所述石膏脱水系统至少包括石膏旋流器、脱水机、溢流液箱和滤液箱。

9.如权利要求6所述的系统，其特征是：所述石膏脱水系统中的滤液箱与电解-电渗析装置的电渗析室的脱硫滤液入口相连，所述电渗析室的脱盐水出口与电解-电渗析装置的阴极电解室的脱盐水入口相连；所述石膏脱水系统中的旋流器的溢流端与电解-电渗析装置的阴极电解室的入口相连。

10.如权利要求5～9中任一项所述的系统，其特征是：所述电解-电渗析装置的阳极电解室与循环冷却水系统相连。