CN1919423A

CN1919423A - 二氧化硫－空气电池及其在脱硫技术中的应用

Info

Publication number: CN1919423A
Application number: CN 200610040810
Authority: CN
Inventors: 郑翠红; 朱伟长; 檀杰
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2026-07-26
Also published as: CN100493681C

Abstract

本发明提供一种二氧化硫－空气电池及其在脱硫技术中的应用，属于脱硫技术节能领域。该电池负极为碳电极，正极为空气电极，隔膜为聚酰胺树脂膜。电池负极为Na₂SO₃溶液，负极也可直接将气态SO₂通入NaOH溶液中，再以电化学方式对Na₂SO₃进行氧化产生电流。生成的Na₂SO₃与石灰乳反应，生成石膏和NaOH，NaOH可循环实用。这不仅脱除了气态SO₂，而且使反应的化学能转化为电能。该电池可用于烟气脱硫技术领域，将脱硫技术和化学发电结合起来。

Description

二氧化硫—空气电池及其在脱硫技术中的应用

技术领域：

本发明属于脱硫技术领域，具体涉及一种二氧化硫—空气电池及其在脱硫技术中的应用。

背景技术：

我国是一个资源生产和消费大国，然而在生产和消费的同时，也产生了重大的环境问题，据国家环保统计，每年各种煤及各种资源冶炼产生二氧化硫达2158.7万吨，高居世界第一位，其中工业来源排放量1800万吨，占总排放量的83％。由二氧化硫污染造成的酸雨面积已占全国总国土面积的30％，严重影响人们的身体健康和环境，每年造成经济损失150亿元。因此有效地控制工业排放的二氧化硫已成为刻不容缓。

目前治理二氧化硫烟气的主要方法有湿法烟气脱硫、半干法烟气脱硫和干法烟气脱硫技术，其中石灰石/石灰—石膏法脱硫技术因其投资少，设备占地面积少，效果稳定，运行成本相对较低而应用最广。但是，该技术存在的结垢、堵塞和成本不够低等问题而限制其更加广泛应用。

发明内容；

本发明针对现有脱硫技术中存在的结垢、堵塞和成本不够低等问题，提供一种二氧化硫—空气电池，用于脱硫技术，实现化学发电与脱硫工艺二位一体。

SO₂和NaOH反应生成Na₂SO₃，Na₂SO₃被O₂氧化为Na₂SO₄溶液的反应为：

Δ_rG_m ^θ(298K)＝-258.63kJ/mol

上述反应如在电池装置中进行，化学能转换为电能。根据理论计算，当消耗约890g的SO₂，电池输出一度电的电能，同时可生成1.9kg石膏。

该电池装置结构：负极为碳电极，正极为空气电极，隔膜为聚酰胺树脂膜。其特征是：将气态SO₂溶于NaOH溶液中，再以电化学方式对Na₂SO₃进行氧化直接生成硫酸钠溶液，使反应的化学能转化为电能。

该二氧化硫—空气电池结构简图见说明书附图1。电池正极的电极反应为：

电池负极的电极反应为：

正极反应生成的OH^-通过电解质膜传递到负极，与SO₃ ^2-反应生成H₂O和SO₄ ^2-，电池总反应为：

E^θ(298K)＝1.34V

分压为5-300kPa，流速500-6000cm³/min的SO₂气体通入浓度为10％的NaOH溶液中(SO₂气体也可直接通入二氧化硫—空气电池负极槽中)，待pH值为5.5-7时，停止通气，加入适量NaOH使溶液成碱性后(pH为7-8)，可流进二氧化硫—空气电池负极。电池正极通入空气或氧气，氧气分压为20-270kPa，流速500-6000cm³/min；电池工作温度为-20-200℃。电解质溶液为10％的NaOH溶液。当开路电压降为约1伏时，电池内溶液可流出，进入反应池，与石灰乳反应，沉淀物为石膏，上清液为NaOH溶液，可循环使用。

二氧化硫—空气电池用于冶金、电力等行业烟气中SO₂的净化处理。把脱硫技术和化学发电结合起来，节省了能源，大大降低了脱硫成本，同时解决了脱硫技术中存在的结垢、堵塞等问题。如果我国采用二氧化硫—空气电池装置用于脱硫技术中，每年可发电100亿度以上。

附图说明：

图1：间隙型二氧化硫—空气电池结构示意图

图2：连续型二氧化硫—空气电池结构示意图

图中：1：空气正电极；2：隔膜；3：负极电极；4：10％NaOH溶液；5：Na₂SO₃溶液

具体实施方式：

实施例1：

向10％的NaOH溶液中通入SO₂，分压为20kPa，流速1000cm³/min，至pH值为5.5-6.5时，停止通气。用氨水调pH至7.5-8，然后流进电池负极槽中。见图1所示，装备二氧化硫—空气电池，电池正极为空气电极，隔膜为聚酰胺树脂膜，电池负极为碳电极。电池正极通入空气，压力为100kPa，氧气分压为21kPa，空气流速5000cm³/min；电池工作温度为25℃。电池输出电压为1.3-1.0V。100个上述电池组成电池堆，1小时可输出电能5度。

实施例2：

见图2所示，装备二氧化硫—空气电池，正极为空气电极，隔膜为聚酰胺树脂膜。电解质为10％的NaOH溶液，电池负极直接通入SO₂，分压为10kPa，流速5000cm³/min；流速为10cm³/min、浓度为10％的NaOH溶液从负极电极表层流过；电池正极通入空气，压力为100kPa，氧气分压为21kPa，空气流速5000cm³/min；电池工作温度为25℃，同时，电池输出电压为1.1V。

Claims

1、一种二氧化硫—空气电池，其特征是该电池负极为碳电极，正极为空气电极，隔膜为聚酰胺树脂膜，该电池是将气态SO₂溶于NaOH生成Na₂SO₃，再以电化学方式对Na₂SO₃进行氧化产生电流，使反应的化学能转化为电能。

2、权利要求1所述的二氧化硫—空气电池在脱硫技术中的应用，其特征在于其中的二氧化硫直接溶于碱性溶液，用于脱除烟气中的二氧化硫，将化学发电与脱硫技术结合在一起。