CN1248770C - 脱硫剂可再生的脱硫方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低投资、低运行费用、脱硫效率高、无二次污染的脱硫剂可再生的脱硫方法，以及这种方法所使用的脱硫装置。尤其适合电价低廉(如火电站脱硫等)的场合。

Description

脱硫剂可再生的脱硫方法及装置

本发明涉及一种脱除废气二氧化硫的脱硫方法及装置，特别涉及一种脱硫剂可再生的脱硫方法及装置。

电力、化工、冶金等行业普遍使用的锅炉、窑炉中，排烟废气中含有大量的二氧化硫，它对大气造成严重的污染，是酸雨形成的主要污染源。目前，国内外积极的展开了烟气脱硫的研究，取得了一定的进展，并在实际工程中应用推广了一些脱硫技术和工艺。例如，最普遍采用的是石灰/石灰石-石膏法，它利用石灰或石灰石可以和二氧化硫反应的特点，对烟道气体进行湿法脱硫洗涤，达到净化烟气的目的；还有其他一些方法如喷雾干燥法、电子束法等。但目前推广应用的方法中都有其不足之处，如石灰/石灰石-石膏法的最终脱硫副产物是石膏，这些石膏受到工艺和市场的制约，往往不能商品化，只能占用土地进行抛弃堆放，形成二次污染；在国外一些文献中提到的硫酸钠电解再生脱硫剂的方法中，存在大量副产品稀硫酸难以处理、提纯至商品化浓硫酸的成本高昂或形成二次污染等的缺点；其他的脱硫工艺方法中，有的初投资高昂，有的运行费高昂，有的形成二次污染，有的脱硫效率不高。这些缺点制约了脱硫环保行业的发展。

本发明的目的在于提供一种低投资、低运行费用、脱硫效率高、无二次污染、副产品易于回收且商业价值高的脱硫及脱硫剂再生的方法，它尤其适合电价低廉(如电站脱硫等)的场合。

为了达到上述的目的，本发明的技术方案如下：

一种脱硫剂可再生的脱硫方法，包括如下步骤：

(A)用NaOH和Na₂SO₃为主要成分的混合溶液作为脱硫剂，对废气进行洗涤脱硫；

(B)脱硫后的废水进行电解再生NaOH，生成的NaOH作为脱硫剂导回步骤(A)循环使用。

在本发明的优先方案中，所述的步骤(A)完成后，将脱硫后的废水沉淀或过滤，再进行步骤(B)。

用于实现本发明的方法的装置包括：

至少一个脱硫洗涤塔1；

至少一个双阳膜三室电解槽2，电解槽2由阴极室、中间室和阳极室构成，阴极室和中间室由一个阳离子交换膜隔开，中间室和阳极室由另一个阳离子交换膜隔开；电解槽2的中间室的导入口通过一个第一导管6与脱硫洗涤塔1相连，中间室的导出口通过一个第二导管7与阴极室的导入口相连，阴极室的导出口通过一个第三导管8将再生的脱硫剂引回脱硫洗涤塔。

在本发明的优选方案中，所述的装置还包括：

至少一个废水收集箱3，通过一个第四导管9与脱硫洗涤塔1的底端相连；

至少一个过滤器4，通过一个装有泵12的第五导管10将废水收集箱3中的废水引入该过滤器4，过滤器4通过第一导管6与电解槽2的中间室的导入口相连。

至少一个中间储罐5，通过一个第三导管8将电解槽2阴极室的溶液引到该中间储罐5，中间储罐5再通过一个装有泵13的第六导管11与脱硫洗涤塔1相连。

所述的脱硫洗涤塔的顶端装有至少一个气体导出管14，底部装有至少一个待处理气管道15。

所述的中间储罐5设有一补充管道16。

所述的阴极室设有一氢气导出管20，中间室设有一气体SO₂导出管17，阳极室设有一氧气导出管21。

所述的电解槽2的阳极室的导出口接有导管18，导入口接有导管19。

由于采用上述的方法及装置，整个脱硫和脱硫剂电解再生过程不产生固体废弃物，没有二次污染，副产品为高纯的O₂、H₂、SO₂气体，可以加工成多种下游产品，市场需求量大，商业价值高；另外，采用高浓度的NaOH溶液作为脱硫剂进行脱硫，脱硫效率远比其他常用的脱硫剂高；整个脱硫及脱硫剂电解再生系统的初投资相对较低；另外，它避免了常规硫酸钠电解再生法中产生大量难以处理的稀硫酸的缺点。

图1为本发明所述的装置的流程图。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：

采用氢氧化钠(NaOH)和/或亚硫酸钠(Na₂SO₃)为主要成分的溶液作为脱硫剂，对待处理的烟气进行湿法洗涤脱硫，净化后的烟气排放至大气。脱硫洗涤设备可以是任何一种能使用该脱硫剂的脱硫塔。烟气中的二氧化硫和脱硫剂发生以下反应：

当烟气中存在CO₂时，发生以下反应：

当NaOH消耗完毕后，Na₂SO₃可以和SO₂进一步发生反应：

可见，脱硫后的废水中是以Na₂SO₃和NaHSO₃为主要成分的溶液，当然，视烟气中成分的不同，脱硫废水中可能还有一些固体悬浮物和少量的其他杂质离子如SO₄ ^2-等。

为了确保较好的电解再生脱硫剂效率，减少电解能耗，高浓度的脱硫剂可以在脱硫洗涤塔多次自循环使用或多级洗涤，以确保NaOH和Na₂SO₃全部消耗变成NaHSO₃；高浓度的脱硫剂最好不要采用兑稀使用的方法，这样会造成脱硫废水中Na₂SO₃和NaHSO₃的浓度较低，从而增加电解的能耗。

脱硫后的废水导入双阳膜三室电解槽中进行电解再生。为增加离子膜的使用寿命，进入电解槽前应采用过滤等方法将脱硫废水中的固体悬浮物尽可能的分离出来。

双阳膜三室电解槽由阴极室、中间室、阳极室三室组成；阴极室和中间室之间由阳离子交换膜隔开，中间室和阳极室之间也由阳离子交换膜隔开；电解的阴极板置于阴极室内，电解的阳极板置于阳极室内；阴极室、中间室、阳极室分别有液体入口、液体出口、气体出口；电解槽工作时，阴极室、中间室、阳极室分别有一定的气液分离空间，以确保气体的逸出和气液分离；或者，阴极室、中间室、阳极室中任何一室的气液分离空间可以外置于电解槽外，电解槽的室内全部是液体空间，采用外置式气包实现气液分离，液体则采用自然循环或强制循环的方法实现循环，此时，液体出口和气体出口可以合而为一，该设置方法较适合于阳极室的设置。

脱硫废水导入电解槽的中间室，中间室的Na⁺在电场的作用下迁移到阴极室。

脱硫废水再由中间室引至阴极室，经电解后，阴极室的出口溶液含NaOH和/或Na₂SO₃为主要成分，作为脱硫剂导回脱硫洗涤塔循环使用。阴极室发生以下电解反应：

电解槽阳极室导入稀硫酸，经过电解后部分水分消耗，因此，需向阳极室补充水分，或从液体导出口引出浓硫酸，经补充水分后再导回电解槽中。由于电解槽的阳极室溶液系统形成闭路循环，电解槽长期运作后将会造成部分杂质离子渗透过离子膜而积聚浓缩，因此，需定期或连续分流导出，进行处理，以保证阳极室溶液成分的相对稳定。阳极室发生以下电解反应：

同时，溶液中的H⁺离子在电场的作用下迁移到中间室。

为了保证阳极室溶液的导电性能，降低能耗，可以在阳极室的导入液体中添加适量的中性导电介质如5％的稀硫酸等。

阳极室的出口液体在添加适量水后可以泵回阳极室液体入口，组成闭路循环。

在电解槽中间室中，从阳极室迁移来的H⁺与中间室的HSO₃ ^2-、SO₃ ^2-生成H₂SO₃，由于H₂SO₃在水中的溶解度低而逸出SO₂。反应式如下：

为了保证中间室溶液的导电性能，降低能耗，可以在中间室的导入液体中添加适量的中性导电介质如1％稀硫酸、或稀硫酸钠溶液等。

可以采用对中间室溶液加热的方法协助SO₂的逸出。产出的SO₂的百分含量很高，简单处理后即可后加工成液体SO₂或108％的发烟硫酸。SO₂的后处理工艺不包括在本发明的范围。

中间室的气液混合物可以采用外置式的气液分离装置如汽包等进行气液分离，此时，液体可以采用自然循环或强制循环的方法输回中间室。

阴极室导出的NaOH和Na₂SO₃作为脱硫剂返回脱硫洗涤塔循环使用。

由于脱硫洗涤和过滤等过程中会有溶液流失，造成钠离子和水的减少，因此，整个脱硫及脱硫剂再生系统中，需补充NaOH和水。

整个脱硫过程如图1所示，含有SO₂待处理烟气由管道15导入脱硫洗涤塔1中，20％的Na₂SO₃和1％的NaOH混合溶液作为脱硫剂经过带有泵13的第六导管11导入脱硫洗涤塔1中，脱硫剂和烟气中的二氧化硫发生反应，达到脱硫洗涤净化的目的。净化后的烟气由气体导出管14导出。

脱硫后含NaHSO₃为主的脱硫废水经过废水收集箱3、泵12、过滤器4后导入电解槽2的中间室再导入阴极室，同时电解槽2的阳极室由导管19导入5％的稀硫酸。

通电电解，阴极室再生的脱硫剂NaOH和Na₂SO₃混合溶液，经过第三导管8导入中间储罐5内，再经过带有泵13的第六导管11导至脱硫洗涤塔1，循环使用。电解过程中需保证阴极室、中间室、阳极室的气液空间相对稳定，阳极室的液体由导管18以溢流方式导出，氢气由氢气导出管20导出，氧气由氧气导出管21导出，SO₂气体由气体SO₂导出管17导出。

补充水和补充NaOH溶液由管道16导入中间储罐5中，以补充因流失造成的减少。

Claims (9)

1、一种脱硫剂可再生的脱硫方法，包括如下步骤：

(A)用NaOH和Na₂SO₃为主要成分的混合溶液作为脱硫剂，对废气进行洗涤脱硫；

(B)脱硫后的废水导入到双阳膜三室电解槽的中间室，该电解槽包括阴极室、中间室和阳极室，阴极室和中间室由一个阳离子交换膜隔开，中间室和阳极室由另一个阳离子交换膜隔开，中间室的Na⁺在电场作用下迁移到阴极室，脱硫废水再由中间室引至阴极室，经电解生成的NaOH作为脱硫剂导回步骤(A)循环使用。

2、根据权利要求1所述的脱硫剂可再生的脱硫方法，其特征是所述的步骤(A)完成后，将脱硫后的废水沉淀或过滤，再进行步骤(B)。

3、一种用于实现权利要求1的方法的装置，该装置包括：

至少一个脱硫洗涤塔(1)；

至少一个双阳膜三室电解槽(2)，电解槽(2)由阴极室、中间室和阳极室构成，阴极室和中间室由一个阳离子交换膜隔开，中间室和阳极室由另一个阳离子交换膜隔开，电解的阴极板置于阴极室中，阳极板置于阳极室中；电解槽(2)的中间室的导入口通过一个第一导管(6)与脱硫洗涤塔(1)相连，中间室的导出口通过一个第二导管(7)与阴极室的导入口相连，阴极室的导出口通过一个第三导管(8)将再生的脱硫剂引回脱硫洗涤塔。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述的装置还包括：

至少一个废水收集箱(3)，通过一个第四导管(9)与脱硫洗涤塔(1)的底端相连；

至少一个过滤器(4)，通过一个装有泵(12)的第五导管(10)将废水收集箱(3)中的废水引入该过滤器(4)，过滤器(4)通过第一导管(6)与电解槽(2)的中间室的导入口相连。

5、根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述的装置还包括：

至少一个中间储罐(5)，通过一个第三导管(8)将电解槽(2)阴极室的溶液引到该中间储罐(5)，中间储罐(5)再通过一个装有泵(13)的第六导管(11)与脱硫洗涤塔(1)相连。

6、根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述的脱硫洗涤塔的顶端装有至少一个气体导出管(14)，所述脱硫洗涤塔的底部装有至少一个待处理气管道(15)。

7、根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述的中间储罐(5)设有一补充管道(16)。

8、根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述的电解槽(2)的阴极室设有一氢气导出管(20)，中间室设有一气体SO2导出管(17)，阳极室设有一氧气导出管(21)。

9、根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述的电解槽(2)的阳极室的导出口接有导管(18)，导入口接有导管(19)。

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