CN107281898A - 一种碱金属乳酸盐水溶液吸收二氧化硫及再生的工艺方法 - Google Patents

一种碱金属乳酸盐水溶液吸收二氧化硫及再生的工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种碱金属乳酸盐水溶液吸收二氧化硫及再生的工艺方法。该工艺方法以不同浓度的碱金属乳酸盐水溶液作为吸收剂，在25～90℃、二氧化硫分压0.01～20kPa下，吸收烟气中的二氧化硫气体，并采用水蒸汽汽提、闪蒸的方法在100～120℃、1～100kPa下实现吸收剂的再生。本方法利用廉价易得、挥发性低、环境友好的碱金属乳酸盐水溶液作为吸收剂，可以快速、高效的吸收二氧化硫气体，并实现吸收剂的再生以及二氧化硫的资源化利用。

Description

一种碱金属乳酸盐水溶液吸收二氧化硫及再生的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种碱金属乳酸盐水溶液吸收二氧化硫及再生的工艺方法。具体而言，本发明涉及一种以不同浓度的碱金属乳酸盐水溶液作为吸收剂，在25～90℃、二氧化硫分压0.01～20kPa下，吸收烟气中的二氧化硫气体，并采用水蒸汽汽提、闪蒸的方法在100～120℃、1～100kPa下实现吸收剂再生的工艺方法。
背景技术
我国是能源消耗大国，煤炭是我国主要的一次能源。煤炭中80％以上均用做直接燃烧，这就导致我国呈现严重的煤烟型污染。其中最主要的污染物就是二氧化硫。二氧化硫的排放不仅会对人类健康造成危害，也会形成酸雨对植被和建筑造成破坏。但是，二氧化硫也是一种重要的资源，我国每年需进口大量的硫磺来满足生产生活需要。因此，对烟气中二氧化硫的吸收捕集及资源化利用具有重要的经济和社会效益。
传统的烟气脱硫技术主要是钙法脱硫，以碳酸钙、氧化钙等作为吸收剂，吸收后生成硫酸钙。这种方法是目前应用最广泛，也是最成熟的技术。但是，该方法产生大量的低品位石膏，形成固体废弃物，并且无法实现二氧化硫的资源化。针对这些问题，可溶性钙盐(如乳酸钙)被用于二氧化硫的吸收，可以实现烟气中二氧化硫的捕集和回收。该技术存在的问题是：(1)吸收剂乳酸钙在水溶液中溶解度低(25℃，6.07g/L)因此造成钙盐吸收剂浓度极低仅2％～10％，使大量水用于吸收过程循环，能耗高。(2)乳酸钙水溶液吸收二氧化硫后生成的亚硫酸钙、氧化产物硫酸钙均微溶于水，导致固体沉淀出现，极易造成传输过程中管道的堵塞和吸收塔结垢。有机胺也可以作为吸收剂用于烟气二氧化硫的捕集及资源化，但是由于有机胺的挥发性，吸收剂损失大，易造成二次污染。近年来，离子液体由于其挥发性低、热稳定性好等优良的性质也被用于二氧化硫的吸收，但是由于离子液体价格昂贵且吸收黏度高，工业化应用还有较多的障碍。
本工艺方法利用碱金属乳酸盐水溶液作为吸收剂吸收烟气中二氧化硫。相比于传统脱硫方法，该方法既可以避免大量固体废弃物的产生，也可以回收二氧化硫。另外，由于碱金属乳酸盐为离子态化合物，因此在所使用的温度范围内没有挥发性，并且稳定。相比于离子液体，具有更低的挥发性。碱金属乳酸盐在水溶液中的溶解度极大(如乳酸钠可与水任意比例互溶)，因此，与乳酸钙水溶液吸收剂相比较，碱金属乳酸盐水溶液吸收剂中的有效成分可以显著提高，从而降低吸收剂的循环量。相比于乳酸钙水溶液吸收剂吸收二氧化硫后产生的亚硫酸钙、硫酸钙溶解度极低，由于选择的碱金属离子对应亚硫酸、硫酸盐均易溶于水，因此避免了传输过程中盐的析出造成管道堵塞、吸收塔结垢等问题。此外，该化合物的价格便宜，水分的存在也使溶液黏度降低，适合大规模烟气脱硫及二氧化硫回收。
发明内容
本发明的目的是避免吸收二氧化硫过程中产生固体废弃物，解决二氧化硫回收的难题。用碱金属乳酸盐水溶液作为吸收剂吸收烟气中二氧化硫，不仅可以高效的吸收二氧化硫，而且可以实现吸收剂再生和二氧化硫的回收利用。
本发明的目的是采用如下技术方案来实现的。
一种利用碱金属乳酸盐水溶液吸收烟气中二氧化硫及再生的工艺方法，该工艺方法包括利用一定浓度的碱金属乳酸盐水溶液作为吸收剂，在一定温度和二氧化硫分压下，吸收烟气中的二氧化硫，然后用水蒸汽汽提或闪蒸的再生方法在一定温度和压力下实现吸收剂再生的步骤。
上述方法中，所述的碱金属乳酸盐包括乳酸锂、乳酸钠和乳酸钾。
上述方法中，所述的碱金属乳酸盐水溶液中乳酸盐质量浓度为30％～80％。
上述方法中，所述的碱金属乳酸盐水溶液吸收二氧化硫的温度为25～90℃。
上述方法中，所述的碱金属乳酸盐水溶液吸收二氧化硫的分压为0.01～20kPa。
上述方法中，所述的碱金属乳酸盐水溶液再生温度为100～120℃。
上述方法中，所述的碱金属乳酸盐水溶液再生压力为1～100kPa。
上述方法中，吸收剂多次循环使用后，残留在吸收剂中氧化的二氧化硫通过加入碳酸钙、氢氧化钙或氧化钙转化为硫酸钙沉淀后过滤去除。
本发明的吸收剂吸收二氧化硫的原理为：在低温下，二氧化硫溶于水中，形成亚硫酸。亚硫酸酸性比乳酸酸性强，因此，发生强酸置换弱酸，即亚硫酸置换乳酸钠中的乳酸根离子，形成亚硫酸钠，乳酸根离子被还原为乳酸，形成缓冲溶液，因此能高容量吸收二氧化硫。在高温下，上述吸收平衡被改变，即温度升高吸收平衡常数减小，同时温度升高二氧化硫的挥发性增大，在减压或水蒸汽汽提的条件下，吸收的二氧化硫被解吸，同时吸收剂得到再生。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明提供的碱金属乳酸盐水溶液吸收二氧化硫及再生的工艺方法做进一步详细的说明，但并不因此而限制本发明。
实施例1
称取10g浓度为40％的乳酸钠水溶液置于试管中，将二氧化硫分压为1.5kPa的模拟烟气(空气和SO2的混合气体)通入上述吸收剂中，吸收温度为40℃。吸收饱和后，采用标准碘量法(HJ-T 56-2000)测定吸收液中SO2的含量，吸收剂中二氧化硫的吸收容量为71.9g SO2/kg吸收剂。将上述富液加热，常压下采用水蒸汽汽提法进行解吸，0.5小时后，解吸效率达91％。解吸后的吸收剂在原有条件下，重复吸收SO2，仍能达到71.9g SO2/kg吸收剂的吸收容量。循环使用50次后，再生的吸收剂中加入碳酸钙有少量气泡产生，并有硫酸钙沉淀生成，通过过滤去除；再进行重复吸收实验，在上述条件下，乳酸钠水溶液对SO2的吸收容量为71.8g SO2/kg吸收剂。实施例2
称取10g浓度为30％的乳酸钠水溶液置于试管中，将二氧化硫分压为1.5kPa的模拟烟气(空气和SO2的混合气体)通入上述吸收剂中，吸收温度为25℃。吸收饱和后，采用标准碘量法(HJ-T 56-2000)测定吸收液中SO2的含量，吸收剂中二氧化硫的吸收容量为70.2g SO2/kg吸收剂。将上述富液加热至100℃，1kPa下采用闪蒸法进行解吸，0.5小时后，解吸效率达90％。解吸后的吸收剂在原有条件下，仍能达到70.2g SO2/kg吸收剂的吸收容量。循环使用60次后，测量再生后吸收液中硫酸根的含量为0.01g，向再生的吸收剂中加入等摩尔的氢氧化钙有硫酸钙沉淀生成，通过过滤去除。
实施例3
称取10g浓度为80％的乳酸钠水溶液置于试管中，将二氧化硫分压为1.5kPa的模拟烟气(空气和SO2的混合气体)通入上述吸收剂中，吸收温度为90℃。吸收饱和后，采用标准碘量法(HJ-T 56-2000)测定吸收液中SO2的含量，吸收剂中二氧化硫的吸收容量为73.1g SO2/kg吸收剂。将上述富液加热至120℃，10kPa下采用闪蒸法进行解吸，1小时后，解吸效率达92％。解吸后的吸收剂在原有条件下进行重复吸收SO2，吸收剂的吸收容量为73.2g SO2/kg吸收剂，吸收性能不变。
实施例4
称取10g浓度为40％的乳酸钾水溶液置于试管中，将二氧化硫分压为0.01kPa的模拟烟气(空气和SO2的混合气体)通入上述吸收剂中，吸收温度为40℃。吸收饱和后，采用标准碘量法(HJ-T56-2000)测定吸收液中SO2的含量，吸收剂中二氧化硫的吸收容量为36.0g SO2/kg吸收剂。将上述富液加热至110℃，10kPa下采用闪蒸法进行解吸，1小时后，解吸效率达91％。解吸后的吸收剂在原有条件下进行重复吸收SO2，吸收剂的吸收容量为35.9g SO2/kg吸收剂，吸收性能不变。
实施例5
称取10g浓度为50％的乳酸钾水溶液置于试管中，将二氧化硫分压为20kPa的模拟烟气(空气和SO2的混合气体)通入上述吸收剂中，吸收温度为60℃。吸收饱和后，采用标准碘量法(HJ-T 56-2000)测定吸收液中SO2的含量，吸收剂中二氧化硫的吸收容量为264.6g SO2/kg吸收剂。将上述富液加热至100℃，1kPa压力下采用闪蒸法进行解吸，0.5小时后，解吸效率达98％。解吸后的吸收剂在原有条件下进行重复吸收SO2，吸收剂的吸收容量为264.3g SO2/kg吸收剂，吸收性能不变。
实施例6
称取10g浓度为50％的乳酸锂水溶液置于试管中，将二氧化硫分压为6kPa的模拟烟气(空气和SO2的混合气体)通入上述吸收剂中，吸收温度为50℃。吸收饱和后，采用标准碘量法(HJ-T 56-2000)测定吸收液中SO2的含量，吸收剂中二氧化硫的吸收容量为230.0g SO2/kg吸收剂。将上述富液加热，常压下采用水蒸汽汽提法进行解吸，0.5小时后，解吸效率达96％。解吸后的吸收剂在原有条件下进行重复吸收SO2，吸收剂的吸收容量为230.1g SO2/kg吸收剂，吸收性能不变。

Claims (8)

1.一种利用碱金属乳酸盐水溶液吸收烟气中二氧化硫及再生的工艺方法，该工艺方法包括利用一定浓度的碱金属乳酸盐水溶液作为吸收剂，在一定温度和二氧化硫分压下，吸收烟气中的二氧化硫，然后用水蒸汽汽提或闪蒸的再生方法在一定温度和压力下实现吸收剂再生的步骤。
2.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述的碱金属乳酸盐包括乳酸锂、乳酸钠、乳酸钾。
3.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述的碱金属乳酸盐水溶液中乳酸盐质量浓度为30％～80％。
4.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述的碱金属乳酸盐水溶液吸收二氧化硫的温度为25～90℃。
5.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述的碱金属乳酸盐水溶液吸收二氧化硫的分压为0.01～20kPa。
6.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述的碱金属乳酸盐水溶液再生温度为100～120℃。
7.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述的碱金属乳酸盐水溶液再生压力为1～100kPa。
8.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，吸收剂多次循环使用后，残留在吸收剂中氧化的二氧化硫通过加入碳酸钙、氢氧化钙或氧化钙转化为硫酸钙沉淀后过滤或离心去除。
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