CN1311054A - 从气体中脱硫的电解法 - Google Patents

Abstract

一种湿法气体脱硫及脱硫后废水处理的方法,涉及气体净化及废水处理的技术领域。在气体脱硫洗涤器内以NaOH溶液为脱硫剂对含有硫的氧化物的气体进行脱硫,脱硫废水经收集、固液分离后导入电解槽中进行电解,电解后生成的NaOH溶液作为脱硫剂,循环再生使用,系统的副产物为氢气和硫酸。本方法具有脱硫效率高、经济效益好、无二次污染、无固体抛弃物、主体设备占地少、副产物商业价值高等优点。

Description

从气体中脱硫的电解法

本发明是一种湿法气体脱硫及脱硫后废水处理的方法，涉及气体净化及废水处理的技术领域。

锅炉、窑炉排放的废气中含有SO2等有害成分，是大气污染及酸雨的主要污染源之一。目前普遍采用的脱硫方法可分为燃烧前燃料脱硫、炉内燃烧中脱硫、烟道气体脱硫三大类。在烟道气体脱硫方法中，按脱硫剂的状态可分为干法、半干法、湿法；按脱硫剂的种类主要有石灰石法、NaOH法、氨法、柠檬酸钠法、工业碱性废水法等；按脱硫后产物的处理方法，又可分为石膏法、双碱法、抛弃法、硫酸法等。国内外实际应用最多的脱硫方法是湿式石灰石-石膏的烟道气体脱硫方法，该法投资成本高、占地面积大、系统工艺复杂，多数情况下副产物石膏的纯度、含水率满足不了商品石膏的要求，只能抛弃，需征用良田作为灰场，形成二次污染，增加运行成本。其他的脱硫方法，或脱硫效率不高、或一次性投资过大、或运行成本过高、或有二次污染，种种原因制约了这些方法的推广使用。

本发明的目的是提供一种脱硫效率高、经济效益好、无二次污染、无固体抛弃物、副产品商业利用价值高的脱硫及脱硫后废水处理的方法。

本发明的目的是这样实现的：脱硫剂NaOH溶液在气体脱硫洗涤器内，对含有SO₂、SO₃等硫的氧化物的气体进行湿法洗涤脱硫，经洗涤净化后的气体由引风机抽出，排向大气。脱硫后形成的脱硫废水经收集及固液分离后，导入电解槽中进行电解处理。

脱硫废水主要含有Na⁺、H⁺、SO₃ ^2-、HSO₃ ^-、CO₃ ^2-、HCO₃ ^-、OH^-离子等，所含各成分的比例因气体脱硫洗涤器的工况运行参数而异。在电解槽内电场的作用下，溶液中的阳离子趋向阴极，阴离子趋向阳极，在阳极和阴极处发生电解反应。电解槽的阴极产生NaOH和氢气，电解槽的阳极产生氧气，氧气同时又把溶液中的SO₃ ^2-、HSO₃ ^-等氧化成SO₄ ^2-，形成硫酸溶液，在阳极的强酸环境下，阳极室溶液中的CO₃ ^2-离子形成CO₂气体逸出。

阴极产物中，NaOH溶液作为脱硫剂返回气体脱硫洗涤器循环使用，氢气经导出、处理后可外销或自用。阳极产物中，硫酸溶液经导出、处理后可外销或自用，O₂、CO₂等气体被导入待处理气体中，或另行处理。由于运行参数的原因，导致阳极室溶液中的SO₃ ^2-离子未能充分与氧气发生氧化时，可采用喷淋、搅拌等方法将阳极导出的气体和液体进行再次掺混，使SO₃ ^2-离子充分氧化，然后将余气导入待处理气体中。

气体脱硫洗涤器可以是任何一种以NaOH溶液作为脱硫剂的脱硫设备，包括目前市场上普遍采用的喷淋塔、文丘里、旋风水膜、旋流塔板、气动乳化等。

电解设备可以有金属阳极隔膜电解槽、离子膜电解槽等几种。电解槽有阳极液体导入及导出口、阳极气体导出口、阴极液体导入及导出口、阴极气体导出口。

在本脱硫及脱硫废水处理系统的运行过程中，由于脱硫后的气体和固液分离后的灰渣带走少量溶液、阳极硫酸溶液带走Na⁺等原因，导致系统中的Na⁺离子不断地减少，所以需要向脱硫剂溶液系统补充NaOH溶液。

在本脱硫及脱硫废水处理系统的运行过程中，由于脱硫后的气体和固液分离后的灰渣带水、阳极硫酸溶液中带水、电解过程耗水等原因，导致系统中的水量不断减少，所以需要向系统补水。补水点可以是脱硫剂溶液、或脱硫废水、或电解槽的溶液等处。

如果由于待处理气体含尘浓度高等原因，导致脱硫废水中含固率高，需对电解前的脱硫废水通过沉淀或机械过滤等方法进行固液分离，否则会导致电解效率降低、膜被堵塞、电解槽维修期缩短、副产物硫酸的杂质含量高，影响运行成本。

由于不同脱硫洗涤器和不同电解槽对运行参数有不同的要求，所以需要采用浓缩或稀释等方法，来调整进入脱硫洗涤器的NaOH溶液的浓度和进入电解槽的脱硫废水的浓度。为使整个脱硫系统能经济高效地运行，应使电解的工艺、设备与脱硫的工艺、设备相匹配，从而减少浓缩或稀释的工序。例如喷淋塔、气动乳化等脱硫设备与化工行业电解制碱的通用设备金属阳极隔膜电解槽相配合，浓度为3％～10％的NaOH溶液直接进入脱硫洗涤器内进行脱硫，脱硫废水经过滤后直接导入电解槽进行电解，节省了溶液的浓缩或稀释工序。

在保证脱硫效率的前提下，通过调节脱硫洗涤器的水气比或采用多级脱硫洗涤器串联等方法，将脱硫废水的PH值调整至小于7。PH值过大会导致整个系统的能耗增加。

氢气和硫酸的处理工序可根据具体情况决定，不在本发明的范围内。

本发明和现有的技术相比，有以下优点：①对同一台脱硫洗涤器，采用强碱性的NaOH溶液为脱硫剂，比采用如石灰乳、氨水、工业碱性废水等作为脱硫剂的脱硫效率高；②脱硫系统副产物氢气和硫酸的商业利用价值高，无二次污染，无固体抛弃物；③脱硫剂低浓度循环再生，降低了运行成本；④一次性投资较低；⑤主体设备占地面积小；⑥应用于电站锅炉等大烟气量烟气脱硫时，可充分发挥用电成本低廉的优势。

本发明的实施例是一台75T/H电站锅炉的烟气脱硫及脱硫废水处理系统，烟气量为150,000Nm³/H、烟气中SO₂的浓度为10,000mg/Nm³。

图1是本实施例的工艺流程图。

序号1为脱硫洗涤设备，选舒创牌SSA-200的FDB双效脱硫除尘机组，设计烟气处理量为200,000m³/H；

序号2为电解设备，选用金属阳极隔膜电解槽组，NaOH产出量(折100％NaOH)为2T/H，电解槽的阴极室和阳极室分别有溶液的导入管口和导出管口、气体的导出管口，直流电源(槽电压)在0.5～15V之间可调；

序号3为沉淀池；

序号4、11为泵，要求耐酸碱腐蚀，流量300m³/H；

序号5为引风机；

序号6为氢气输送管；

序号7为阳极气体输送管；

序号8为待处理烟气输送管；

序号9为硫酸溶液输送管；

序号10为NaOH溶液输送管；

序号12为脱硫废水输送管；

序号13为水输送管；

序号14、15、16为阀门；

序号17为NaOH溶液中间储罐，20m³，低位布置；

序号18为NaOH溶液的补充输送管；

序号19为处理后烟气的输送管；

序号20为引风机，风量200,000m³/H，风压3000Pa。

待处理的烟气经过烟管8进入脱硫洗涤设备1中，脱硫剂NaOH溶液经泵11泵入脱硫洗涤设备1中，在脱硫洗涤设备1内，脱硫剂与烟气中的SO₂反应，进行烟气脱硫洗涤。洗涤净化后的烟气经烟管19、引风机20抽出后排向大气。

完成脱硫后的脱硫废水经管道12引入沉淀池3中，在沉淀池3内过滤沉淀，然后由泵4泵入电解槽2中进行电解。电解槽2的阴极室产生的NaOH液体被导至低位布置的NaOH溶液中间储罐17中；阳极室产生的硫酸溶液经管道9导出，至硫酸处理工序；阴极室产生的氢气由管道6导出，至氢气处理工序；阳极室产生的气体由管道7导出，由引风机5导至待处理烟气管道8。

阀门15为烟气旁通阀门。

补充的NaOH溶液通过管道18导入NaOH溶液中间储罐17，补充水由管道13导入NaOH溶液中间储罐17。补充NaOH溶液的浓度为35％。

补充水由管道13导入电解槽2的阳极室。

通过调节补充水和补充NaOH溶液的流量，使中间储罐17内的NaOH溶液的浓度控制在3％至10％之间。

管道9、10、12、16，泵4、11，槽2、17，脱硫洗涤器1要求耐酸碱腐蚀。

Claims (7)

1．一种湿法气体脱硫及脱硫后废水处理的方法，其特征在于以NaOH溶液为脱硫剂对含有硫的氧化物的气体进行湿法洗涤脱硫，采用电解的方法对脱硫废水进行处理。

2．根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于含有硫的氧化物的气体在气体脱硫洗涤器内进行洗涤脱硫。

3．根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于脱硫后废水的处理在电解槽中进行电解处理。

4．根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于脱硫废水在电解槽中电解生成NaOH溶液，再生的NaOH溶液用作循环脱硫剂返回气体脱硫洗涤器。

5．根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于电解槽有阳极液体导入及导出口、阳极气体导出口、阴极液体导入及导出口、阴极气体导出口。

6．根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于向脱硫剂溶液系统补充NaOH溶液。

7．根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于向脱硫剂溶液、或脱硫废水溶液、或电解槽溶液等液体中补充加入水。

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