CN204365126U - 电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的装置 - Google Patents
电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN204365126U CN204365126U CN201420803007.2U CN201420803007U CN204365126U CN 204365126 U CN204365126 U CN 204365126U CN 201420803007 U CN201420803007 U CN 201420803007U CN 204365126 U CN204365126 U CN 204365126U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- chamber
- electrodialysis
- plate
- waste gas
- sulfuric acid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn - After Issue
Links
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000746 purification Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 41
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims abstract description 12
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims abstract description 8
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical group [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 84
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 77
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 73
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 30
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 30
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 29
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 27
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 20
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 19
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 18
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 abstract 1
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 58
- 230000008569 process Effects 0.000 description 43
- 235000010269 sulphur dioxide Nutrition 0.000 description 36
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 26
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 26
- 150000003460 sulfonic acids Chemical class 0.000 description 26
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 19
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 14
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 13
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N Sulfurous acid Chemical class OS(O)=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 12
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 11
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 9
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 8
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 8
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 8
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 7
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 5
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 5
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000013504 Triton X-100 Substances 0.000 description 4
- 229920004890 Triton X-100 Polymers 0.000 description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 4
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 4
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 4
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N Protium Chemical compound [1H] YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N 0.000 description 3
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-L sulfite Chemical compound [O-]S([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 239000004291 sulphur dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 2
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000005405 multipole Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K Citrate Chemical compound [O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 239000000809 air pollutant Substances 0.000 description 1
- 231100001243 air pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003009 desulfurizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940099596 manganese sulfate Drugs 0.000 description 1
- 235000007079 manganese sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000011702 manganese sulphate Substances 0.000 description 1
- SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L manganese(II) sulfate Chemical compound [Mn+2].[O-]S([O-])(=O)=O SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002338 polyhydroxyethylmethacrylate Polymers 0.000 description 1
- 239000012264 purified product Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的装置，该装置包括电渗析室、电源，其中电渗析室为圆柱形封闭腔室，电渗析室由下隔板和上隔板分隔为下层曝气室、中层反应室、上层分离室，曝气筛板安装在下隔板下方，下层曝气室上部设置有阴极液入口并位于曝气筛板上方，下层曝气室下部设置有混合气入口并位于曝气筛板下方；该装置将电渗析技术、液相催化氧化技术相结合，应用于二氧化硫废气的吸收与净化，二氧化硫废气通入以水作为吸收液的阴极室，在催化剂和电化学的协同氧化作用下在水中生成浓度较低的硫酸，利用电渗析作用将阴极室中催化氧化生成的稀硫酸富集到阳极室，实现催化氧化、产物的有效分离及产物的富集浓缩，从而得到浓度达到产品级要求的浓硫酸；本技术有助于工业废气资源化利用，可产生巨大的经济效益与社会效益。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种利用电渗析技术净化处理低浓度二氧化硫工业废气的装置，属于环境工程领域。
背景技术
SO2是常见的大气主要污染物之一，SO2污染主要由能源消耗引起，而经济发展又离不开能源的支持，我国能源构成又以煤为主，而大量燃烧含硫量较高的煤是导致SO2大量排放和严重污染的重要因素。《中国环境状况公报》表明，从1990年起我国大中城市的大气污染较严重，小城镇的大气污染也有加重的趋势，近年来雾霾天气的范围和程度均有所增强。在SO2气体的净化处理方面，国内外已进行过大量研究。对于硫的净化分燃烧前中后三种类型，针对SO2尾气的净化有固相吸收、液相吸收、固相催化氧化、液相催化氧化等方法，用电化学方法净化SO2的研究已有电子束脱硫法、等离子体法。在传统的接触氧化制硫酸工艺中，由SO2转化为SO3的过程要求在高温和催化剂存在下完成，对SO2气相氧化能量要求高，成本也高，在液相氧化SO2可使转化能量损耗大幅度降低。
电渗析技术是在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的淡化、浓缩、精制或纯化的目的。电渗析技术具有许多优点，如：占地面积小，基建投资少，节省劳动力，维修方便，易实现自动化等；它即不像蒸馏将90%以上的水变成水蒸汽那样须消耗大量燃料，也不同于反渗透须用高压泵将大量的水分子挤出半透膜，或离子交换那样频繁再生，排出酸碱废液再度污染环境。在这些方面，电渗析具有独特优点。
公开号为CN 1572359 A的专利公开了一种含硫氧化物的废气的脱硫方法及装置，该方法是将SO2通入可溶性碱性溶液进行吸收，电渗析技术则用于对吸收液的再生过程中，工艺使用吸收装置、再生装置、循环装置等多套装置，其核心是亚硫酸氢盐与亚硫酸盐之间的转化构成了脱硫的吸收和再生循环，产生的含硫酸的副产物需额外的无害化处理。
公开号为CN 102008875A的专利公开了一种利用低浓度SO2冶炼烟气的方法，该方法包括低浓度二氧化硫吸收、吸收富解吸、解吸贫液超声电化学渗析、解吸气体制酸四个过程，使用柠檬酸盐吸收富液进行解吸，得到的高淳SO2用于制酸，用超声电化学膜渗析的方法对解吸贫液进行净化再生，反应过程为SO2制酸两转两吸老工艺的改进。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的装置，在一个反应器中完成催化氧化和富集浓缩，该设备结构简单，易于操作控制，能够提高吸收效率、催化剂活性、硫酸产率并降低生产成本。
该装置包括电渗析室2、电源，其中电渗析室为圆柱形封闭腔室，电渗析室由下隔板13和上隔板17分隔为下层曝气室9、中层反应室14、上层分离室20，曝气筛板12安装在下隔板13下方，下层曝气室9上部设置有阴极液入口8并位于曝气筛板12上方，下层曝气室下部设置有混合气入口11并位于曝气筛板12下方；上层分离室20一侧设置有阴极液出口3，上层分离室上部设置有净化气出口19；阳极板、离子交换膜和阴极板螺旋式卷绕在中层反应室14中，离子交换膜5设置在阴极板4和阳极板6间，离子交换膜和阴极板间的间隙形成阴极室，阳极板和离子交换膜间的间隙形成阳极室，下隔板13上开有反应室阴极液入口7并与阴极室连通，上隔板17上开有反应室阴极液出口15并与阴极室连通，阳极液入口10和阳极液出口18分别设置在电渗析室下部和上部并与阳极室连通，阴极柱1与阴极板4连接，阳极柱16与阳极板6连接，阴极柱1与电源负极连接，阳极柱16与电源正极连接。
所述电渗析室由聚四氟乙烯板材制备，阴极板为不锈钢电极板，阳极板为钛或钛镀氧化金属电极板。
本装置使用时，以水为二氧化硫的吸收液，在水中加入过渡金属盐催化剂，将配置好的吸收液从阴极液入口8注入下层曝气室，二氧化硫气体从混合气入口11进入并通过暴气筛板12与吸收液充分混合，然后由阴极液入口7进入电渗析室的阴极室中吸收催化氧化；二氧化硫与水反应生成亚硫酸，要生成硫酸还需使用催化剂将亚硫酸催化氧化为硫酸，此过程的催化剂为过渡金属盐，该催化剂易溶于水，对于二氧化硫具有较高的催化活性，并可通过装置本身的电化学过程再生使用；在阴极室中经催化氧化生成的硫酸在电场的作用下通过具有强碱性活性交换基团的离子交换膜，使硫酸根离子在阳极室富集，硫酸根离子与阳极电解产生的氢根离子结合生成高浓度的硫酸，硫酸通过阳极液出口18收集，阴极室吸收液通过反应室阴极液出口15进入上层分离室，净化后气体由净化气出口19排出，吸收液通过阴极液出口3排出。
本装置所述富集浓缩过程中所使用的两电极间的电压值根据膜面积大小和极间距而调整，使电渗析装置的工作电流密度保持在1~5A/m2。
本装置能实现电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的方法，该方法是与现有二氧化硫两转两吸净化工艺完全不同的净化低浓度二氧化硫废气生产硫酸的工艺，该工艺将催化氧化和富集浓缩集成在一个反应器中完成，且工艺条件温和，工艺流程简单，便于广泛的工业化生产，降低了净化成本，减少了二次污染。
该方法以水为吸收液，加入过渡金属盐作为活性催化剂，在电压为0.5～6V条件下，将流速为20～5000ml/min、二氧化硫浓度为50～5000ppm的废气通入电渗析反应器，在曝气室和阴极室的混合流动过程中SO2被吸收和氧化，阴极室生成的浓度较低的硫酸在电场作用下通过离子交换膜进入阳极室得到浓缩，部分未被完全氧化的亚硫酸也在阳极室电化学氧化为硫酸，处理后气体为净化气体。
所述过渡金属盐为Fe3+、Mn3+、Fe2+、Mn2+、Co2+、Ni2+、Zn2+盐中的一种，浓度为0.001～1mol/L。
所述离子交换膜为全氟磺酸/氧化锰/聚四氟乙烯复合离子交换膜，该离子交换膜按如下方法制备得到：
（1）在质量百分比浓度为5%的全氟磺酸溶液中等量加入加入等体积质量百分比浓度0.1-1%表面活性剂溶液混合、搅拌、超声以使其均匀分布；
（2）将氧化锰粉末、正硅酸乙酯、无水乙醇和硫酸按质量比为0.1:1:5:0.1～0.3: 2:5:0.1的比例混合，高速搅拌10～24小时，形成氧化锰溶胶，将该溶胶加入配置好的等质量全氟磺酸溶液中，得到全氟磺酸/氧化锰溶液；
（3）将聚四氟乙烯多孔膜用乙醇和去离子水清洗、烘干后放入异丙醇中浸泡12～24h并晾干；
（4）将经过处理的聚四氟乙烯多孔膜放入全氟磺酸/氧化锰溶液浸泡24～48h，取出后滚压，120℃烘干，然后再浸泡再滚压如此反复4～5次，即得到全氟磺酸/氧化锰/聚四氟乙烯复合离子交换膜。
所述表面活性剂为Triton X-100。
本发明利用电渗析技术处理二氧化硫废气，以水为主要的二氧化硫的吸收液，二氧化硫溶于水时，吸收液中存在下列平衡：
；
；
；
二氧化硫溶于水后随 pH不同，主要以亚硫酸盐和亚硫酸氢盐的形式存在，在高 pH 条件下（6-14），主要以亚硫酸盐的形式存在，在低 pH（1-4）条件下，主要以亚硫酸氢盐的形式存在。本工艺主要反映在低pH条件下，所以液相催化氧化的主要对象是亚硫酸氢盐。
在催化剂的选用中，要考虑催化剂必须能够达到充分高的价态以从S(Ⅳ)中夺取电子，然后产生活跃的中介质，中介质又促进反应。由于高价离子夺取电子后被弱化，因此还必须有一个加能的方式使弱化了的离子重新回到高价态。
实验发现在低pH下Mn、Fe是较好的催化剂，Ni和Zn 在弱性介质中由于缺少可变价态催化活性很低，而 Cu 在低pH下氧化性不强，无法从 S(Ⅳ)物种中产生传链子，因而表现出很微弱的催化活性。
在催化剂的作用下发生催化氧化反应，将亚硫酸氢根催化氧化为硫酸根，上述的二氧化硫的液相催化氧化过程包括了化学吸收和催化氧化两个子过程，化学吸收是固硫过程，催化氧化则是脱硫过程。这两部分的总反应式为：
；
液相吸收及催化氧化两个反映过程在“发明工作原理示意图”中的左半部分，即阴极室中完成，反应及说明如图1所示。
在整个电渗析装置中，阴极室中经催化氧化生成的硫酸根离子在电场的作用下，通过离子交换膜迁移到阳极室，从而在阳极室富集浓缩。在阳极室硫酸根离子与阳极电解产生的氢根离子结合生成高浓度的硫酸，反映如下：
；
另外，有部分亚硫酸根、亚硫酸氢根也会透过离子交换膜迁移到阳极室，由于阳极的氧化作用，将渗析过来的亚硫酸根、亚硫酸氢根转变为硫酸根，再与氢离子结合生成硫酸。
本实用新型的优点是：
（1）可应用于冶炼厂含硫尾气、电厂含硫尾气、炼油厂油品裂解脱硫废气的处理，本发明还可用于炼化厂和污水处理厂的含酸废水处理及脱硫剂的再生处理；
（2）改变了传统二氧化硫尾气制酸中的两转两吸工艺，使用电渗析技术辅助液相吸收氧化实现净化产物的定向调控、目标生成物的富集浓缩，不仅可缩短工艺流程，而且降低净化成本；
（3）改变了传统的电渗析只用于水处理或再生处理的应用方式，将电渗析技术应用于废气的吸收与净化，开辟了有毒有害废气吸收净化利用的新途径；
（4）在电渗析器里，阳极电解过程中产生的氧气能有效解决尾气中氧含量低或氧溶解度不高而导致的氧化转化效率低的问题；
（5）电渗析器的阳极电化学氧化作用理论上可增强催化活性及稳定性，也可促进催化活性金属离子由低价态向高价态转化从而使催化剂再生；
（6）反映条件温和，可在常温下进行，工艺流程简单，此外还可以采用多极膜、多极室工艺装置来提高效率。
（7）该方法在一个反应器中集成多种反应，在得到较高低浓度二氧化硫气体净化率的同时，利用液相吸收、催化氧化、电渗析和离子交换作用，可以同时生产出有较高浓度的硫酸产品，加大了液相吸收净化二氧化硫的容量和效率，缩短了硫酸生产的工艺流程，降低净化成本，本技术有助于工业废气资源化利用，可产生巨大的经济效益与社会效益。
附图说明
图1是本实用新型工作原理示意图；
图2是本实用新型电渗析装置结构示意图；
图3是本实用新型阴极板、离子交换膜、阳极板螺旋式卷绕的示意图；
图4是本实用新型的工艺流程示意图；
图中：1-阴极柱；2-电渗析室；3-阴极液出口；4-阴极板；5-离子交换膜；6-阳极板；7-反应室阴极液入口；8-阴极液入口；9-下层曝气室；10-阳极液入口；11-混合气入口；12-暴气筛板；13-下隔板；14-中层反应室； 15-反应室阴极液出口；16-阳极柱；17-上隔板；18-阳极液出口；19-净化气出口；20-上层分离室；
21-除尘降温后的二氧化硫尾气，22-空气，23-空气泵，24-空气过滤器，25-电磁阀，26-混合器，27-气体流量控制器，28-电源控制器，29-电渗析反应器，30-除湿器，31-阴极液储槽，32-阳极液储槽，33-浓硫酸，34-二氧化硫分析器，35-净化气体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明，需要说明的是，这些实施例是较优的例子，用于进一步理解本实用新型，并非对本实用新型的限制。
实施例1：本电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的方法和装置，具体内容如下：
1、全氟磺酸/氧化锰/聚四氟乙烯复合离子交换膜制备步骤如下：
（1）在质量百分比浓度为5%的全氟磺酸溶液中加入等体积质量百分比浓度0.1%表面活性剂溶液（Triton X-100）混合、搅拌、超声以使其均匀分布；
（2）将氧化锰粉末、正硅酸乙酯、无水乙醇和硫酸按质量比为0.1:1:5:0.1的比例混合，高速搅拌10小时，形成氧化锰溶胶，将该溶胶加入配置好的等质量的全氟磺酸溶液中，得到全氟磺酸/氧化锰溶液；
（3）将聚四氟乙烯多孔膜用乙醇和去离子水清洗、烘干后放入异丙醇中浸泡24h并晾干；
（4）将步骤（3）的聚四氟乙烯多孔膜放入全氟磺酸/氧化锰溶液浸泡30h，取出后滚压，120℃烘干，然后再浸泡再滚压如此反复4次，即得到全氟磺酸/氧化锰/聚四氟乙烯复合离子交换膜。
2、用全氟磺酸/氧化锰/聚四氟乙烯复合离子交换膜作为离子交换膜的电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的装置，其包括电渗析室2、电源，其中电渗析室2为圆柱形封闭腔室，电渗析室由下隔板13和上隔板17分隔为下层曝气室9、中层反应室14、上层分离室20，曝气筛板12安装在下隔板13下方，下层曝气室9上部设置有阴极液入口8并位于曝气筛板12上方，下层曝气室9下部设置有混合气入口11并位于曝气筛板12下方；上层分离室20一侧设置有阴极液出口3，上层分离室20上部设置有净化气出口19；阳极板6、离子交换膜5和阴极板4螺旋式卷绕在中层反应室14中，离子交换膜5设置在阴极板4和阳极板6间，离子交换膜和阴极板间的间隙形成阴极室，阳极板和离子交换膜间的间隙形成阳极室，下隔板13上开有反应室阴极液入口7并与阴极室连通，上隔板17上开有反应室阴极液出口15并与阴极室连通，阳极液入口10和阳极液出口18分别设置在电渗析室下部和上部并与阳极室连通，阴极柱1与阴极板4连接，阳极柱16与阳极板6连接，阴极柱1、阳极柱16分别与电源连接，该电渗析室和上下隔板均采用聚四氟乙烯板材制备，耐酸碱腐蚀性好，阴极板为不锈钢电极板，阳极板为不易被腐蚀且具有二氧化硫催化活性的钛电极板。（见图2-3）。
3、该装置在室温下，以电导率(25℃)小于5mS/m 、PH值为6.8的纯水作为吸收液，加入氧化锰作为活性催化剂，水与催化剂按质量比20:1配置成处理低浓度二氧化硫烟气的吸收液，直接放入电渗析器的阴极室，在电压为1V条件下，将流速为500ml/min、二氧化硫浓度为1000ppm的废气通入电渗析反应器，在曝气室和阴极室的混合流动过程中SO2被吸收和氧化，阴极室生成的浓度较低的硫酸在电场作用下通过离子交换膜进入阳极室得到浓缩，部分未被完全氧化的亚硫酸也在阳极室电化学氧化为硫酸，处理后气体为净化气体。
按照图4所示的净化低浓度二氧化硫工业废气的电渗析工艺流程图，使用上述装置，烟气中的主要成分：燃烧产生的二氧化硫尾气21除尘降温后和空气22（空气22通过空气过滤器24由空气泵23泵出）用气体流量控制器27通过电磁阀25控制各气体成分，在混合器26中形成模拟烟道气，将阴极液储槽31中的吸收液从阴极液入口8注入下层曝气室9，废气从电渗析反应器29的混合气入口11进入下层曝气室9并通过暴气筛板12与吸收液充分混合，然后由阴极液入口7进入电渗析室的阴极室中吸收催化氧化；吸收液在卷绕的阴极板与离子交换膜间不断旋转混合加速反应，生成的硫酸根和部分亚硫根，阴极板4与通往外接电源控制器28的阴极柱1相连，阳极板6与通往外接电源控制器28的阳极柱16相连，反应生成的阴离子在阴极板4和阳极板6之间的电场作用下通过离子交换膜5进入阳极室，阳极室内有由阳极液入口10注入的水或循环的未达到浓度要求的稀硫酸，使硫酸根离子在阳极室富集，阳极板6电解产生的氧将从离子交换膜5渗透的未完全氧化的亚硫酸根进一步氧化为硫酸根，硫酸根离子与阳极电解产生的氢根离子结合生成高浓度的硫酸，硫酸通过阳极液出口18被抽出至阳极液储槽32中均质和检验后成为最终成品硫酸33；在阴极室经催化氧化和电渗析反应后剩下的其它气体成分在阴极液的携带下通过反应室阴极液出口15进入上层分离室20，净化后气体35由净化气出口19进入除湿器30除湿、二氧化硫分析器34分析检测达标后排空，脱气后的吸收液通过阴极液出口3回流至阴极液储槽31继续循环使用。
在低浓度二氧化硫吸收过程中，两极间电流密度保持在3A/m2。开始处理10-100 小时内，出口气体中二氧化硫的浓度保持低于100ppm；处理8小时后，阳极液储槽中硫酸浓度上升到10%，处理24小时后，阳极液储槽中硫酸浓度上升到30%，达到硫酸回用浓度要求。
实施例2：本电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的方法和装置，具体内容如下：
1、全氟磺酸/氧化锰/聚四氟乙烯复合离子交换膜制备步骤如下：
（1）在质量百分比浓度为5%的全氟磺酸溶液中加入等体积质量百分比浓度0.5%表面活性剂溶液（Triton X-100）混合、搅拌、超声以使其均匀分布；
（2）将氧化锰粉末、正硅酸乙酯、无水乙醇和硫酸按质量比为0.2:2:5:0.1的比例混合，高速搅拌15小时，形成氧化锰溶胶，将该溶胶加入配置好的等质量的全氟磺酸溶液中，得到全氟磺酸/氧化锰溶液；
（3）将聚四氟乙烯多孔膜用乙醇和去离子水清洗、烘干后放入异丙醇中浸泡15h并晾干；
（4）将步骤（3）的聚四氟乙烯多孔膜放入全氟磺酸/氧化锰溶液浸泡48h，取出后滚压，120℃烘干，然后再浸泡再滚压如此反复4次，即得到全氟磺酸/氧化锰/聚四氟乙烯复合离子交换膜。
2、用全氟磺酸/氧化锰/聚四氟乙烯复合离子交换膜作为离子交换膜的电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的装置，结构同实施例1，不同在于阳极板为钛镀氧化金属电极板。
3、该装置在室温下，以电导率(25℃)小于1mS/m 溶液PH值为7的水作为吸收液，加入硫酸锰作为活性催化剂，水与催化剂按质量比10:1配置成处理低浓度二氧化硫烟气的吸收液，直接放入电渗析器的阴极室，在电压为4V条件下，将流速为1000ml/min、二氧化硫浓度为5000ppm的废气通入电渗析反应器，在曝气室和阴极室的混合流动过程中SO2被吸收和氧化，阴极室生成的浓度较低的硫酸在电场作用下通过离子交换膜进入阳极室得到浓缩，部分未被完全氧化的亚硫酸也在阳极室电化学氧化为硫酸，处理后气体为净化气体，净化后气体中二氧化硫的浓度低于200ppm。
在低浓度二氧化硫吸收过程中，两极间电流密度保持在4A/m2，经过电化学离子膜渗析后，吸收液中硫酸根浓度降低，渗析后的贫液回用于净化吸收过程，使反应器的吸收液对二氧化硫的持续净化能力。电渗析器阳极液储槽中的硫酸浓度随渗析时间的推移而增加，持续处理24小时后，阳极液储槽中的硫酸浓度可以达到40%。
实施例3：本电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的方法和装置，具体内容如下：
1、全氟磺酸/氧化锰/聚四氟乙烯复合离子交换膜制备步骤如下：
（1）在质量百分比浓度为5%的全氟磺酸溶液中加入等体积质量百分比浓度1%表面活性剂溶液（Triton X-100）混合、搅拌、超声以使其均匀分布；
（2）将氧化锰粉末、正硅酸乙酯、无水乙醇和硫酸按质量比为0.3:1.5:5:0.1的比例混合，高速搅拌24小时，形成氧化锰溶胶，将该溶胶加入配置好的等质量的全氟磺酸溶液中，得到全氟磺酸/氧化锰溶液；
（3）将聚四氟乙烯多孔膜用乙醇和去离子水清洗、烘干后放入异丙醇中浸泡24小时并晾干；
（4）将步骤（3）的聚四氟乙烯多孔膜放入全氟磺酸/氧化锰溶液浸泡24h，取出后滚压，120℃烘干，然后再浸泡再滚压如此反复5次，即得到全氟磺酸/氧化锰/聚四氟乙烯复合离子交换膜。
2、用全氟磺酸/氧化锰/聚四氟乙烯复合离子交换膜作为离子交换膜的电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的装置，结构同实施例1；
3、该装置在室温下，以电导率(25℃)小于1mS/m 溶液PH值为7的水作为吸收液，加入硫酸亚铁作为活性催化剂，水与催化剂按质量比10:1配置成处理低浓度二氧化硫烟气的吸收液，直接放入电渗析器的阴极室，在电压为2V条件下，将流速为5000ml/min、二氧化硫浓度为2000ppm的废气通入电渗析反应器，在曝气室和阴极室的混合流动过程中SO2被吸收和氧化，阴极室生成的浓度较低的硫酸在电场作用下通过离子交换膜进入阳极室得到浓缩，部分未被完全氧化的亚硫酸也在阳极室电化学氧化为硫酸，处理后气体为净化气体。
在低浓度二氧化硫吸收过程中，两极间电流密度保持在5A/m2，净化后的烟气从吸收塔净化气出口排出，持续保持出口气体中二氧化硫的浓度低于150ppm；经过电化学离子膜渗析后，吸收液中硫酸根浓度降低，渗析后的贫液回用于净化吸收过程，使反应器的吸收液对二氧化硫的持续净化能力。电渗析器阳极液储槽中的硫酸浓度随渗析时间的推移而增加，持续处理24小时后，阳极液储槽中的硫酸浓度可以达到40%。
在反应器初始阶段，水吸收二氧化硫生成亚硫酸，亚硫酸经氧化锰催化氧化为硫酸，在反应接近饱和即吸收塔出口二氧化硫浓度开始升高时，通常为反应120分钟后，开启电源进行渗析，同时开启阳极液循环。
经过电渗析反应后，吸收液中硫酸根通过离子交换膜迁移到阳极室，阴极室内吸收液浓度降低，渗析后的吸收液回用于净化过程，用电渗析器循环再生吸收液以使吸收液对二氧化硫保持持续的吸收能力。在阳极室中，开始阶段，阳极液的硫酸浓度随渗析时间的推移而增加，处理24小时后，阳极液中的硫酸浓度可以达到40%，此时可在阳极液储槽32中以1L/min的流速缓慢注入纯水，以使经渗析后硫酸浓度稳定在40%，即可以1L /min的速度生产浓度为40%的硫酸。
Claims (2)
1.一种电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的装置，其特征在于：其包括电渗析室、电源，其中电渗析室为圆柱形封闭腔室，电渗析室由下隔板（13）和上隔板（17）分隔为下层曝气室（9）、中层反应室（14）、上层分离室（20），曝气筛板（12）安装在下隔板（13）下方，下层曝气室上部设置有阴极液入口（8）并位于曝气筛板（12）上方，下层曝气室下部设置有混合气入口（11）并位于曝气筛板（12）下方；上层分离室一侧设置有阴极液出口（3），上层分离室上部设置有净化气出口（19）；阳极板（6）、离子交换膜（5）和阴极板（4）螺旋式卷绕在中层反应室中，离子交换膜（5）设置在阴极板（4）和阳极板（6）间，离子交换膜和阴极板间的间隙形成阴极室，阳极板和离子交换膜间的间隙形成阳极室，下隔板（13）上开有反应室阴极液入口（7）并与阴极室连通，上隔板（17）开有反应室阴极液出口（15）并与阴极室连通，阳极液入口（10）和阳极液出口（18）分别设置在电渗析室下部和上部并与阳极室连通，阴极柱（1）与阴极板（4）连接，阳极柱（16）与阳极板（6）连接，阴极柱（1）与电源负极连接，阳极柱（16）与电源正极连接。
2.根据权利要求1所述的电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的装置，其特征在于：阴极板为不锈钢电极板，阳极板为钛或钛镀氧化金属电极板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201420803007.2U CN204365126U (zh) | 2014-12-18 | 2014-12-18 | 电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201420803007.2U CN204365126U (zh) | 2014-12-18 | 2014-12-18 | 电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN204365126U true CN204365126U (zh) | 2015-06-03 |
Family
ID=53321377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201420803007.2U Withdrawn - After Issue CN204365126U (zh) | 2014-12-18 | 2014-12-18 | 电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN204365126U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104524942A (zh) * | 2014-12-18 | 2015-04-22 | 昆明理工大学 | 电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的方法和装置 |
-
2014
- 2014-12-18 CN CN201420803007.2U patent/CN204365126U/zh not_active Withdrawn - After Issue
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104524942A (zh) * | 2014-12-18 | 2015-04-22 | 昆明理工大学 | 电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的方法和装置 |
| CN104524942B (zh) * | 2014-12-18 | 2016-06-22 | 昆明理工大学 | 电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的方法和装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104524942B (zh) | 电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的方法和装置 | |
| CN103230734B (zh) | 联合脱除烟气中二氧化硫和氮氧化物的方法 | |
| CN103611419B (zh) | 电晕放电与液相氧化脱除燃煤烟气中so2和nox的方法 | |
| CN108147593A (zh) | 一种催化裂化烟气脱硫废水的处理方法 | |
| CN105731624B (zh) | 一种利用非均相类Fenton反应催化氧化处理反渗透浓水的方法 | |
| CN108147613A (zh) | 一种催化裂化烟气脱硫脱硝废水的处理方法 | |
| CN113774416B (zh) | 一种气体扩散阴极及原位产过氧化氢的电化学反应器 | |
| CN106512988B (zh) | 一种分子筛负载型MnO2-ZnO臭氧催化剂及其制备方法 | |
| CN105297067A (zh) | 一种将二氧化碳电还原为一氧化碳的多室隔膜电解方法和装置 | |
| CN106582701B (zh) | 一种催化净化复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN108002650A (zh) | 超声波臭氧-微电解耦合降解工业有机废水的设备及方法 | |
| CN112320818A (zh) | 一种烟气脱硫浆液中亚硫酸盐的氧化的方法 | |
| CN105601002A (zh) | 一种净化有机废水的处理系统及方法 | |
| CN101891331B (zh) | 活性炭吸附与电化学再生一体化处理装置及其使用方法 | |
| CN114538572B (zh) | 利用电化学水处理装置处理反渗透浓水的方法 | |
| CN203613056U (zh) | 适用于工业废水深度处理的复合氧化系统 | |
| CN204365126U (zh) | 电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的装置 | |
| CN101844075B (zh) | 一种电化学活性碳再生装置的使用方法 | |
| CN114950088B (zh) | 一种电化学还原技术耦合气液分离膜技术资源化处理氮氧化物废气的装置、使用方法和应用 | |
| CN101693577B (zh) | 电解-生物厌氧反应器及其工艺 | |
| CN102060419A (zh) | 一种印染废水处理工艺 | |
| CN112337298B (zh) | 一种富氧烟气制碳氢燃料协同脱硫的光催化反应器及方法 | |
| CN103951025B (zh) | 用于海水脱硫恢复系统的电化学-化学复合氧化处理方法 | |
| CN208378473U (zh) | 一种光电催化氧化净水装置 | |
| KR101914027B1 (ko) | 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 방법 및 시스템 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20150603 Effective date of abandoning: 20160622 |
|
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20150603 Effective date of abandoning: 20160622 |
|
| C25 | Abandonment of patent right or utility model to avoid double patenting |