CN212523612U

CN212523612U - 回收硫元素为酸溶液的脱硫设备

Info

Publication number: CN212523612U
Application number: CN202020450080.1U
Authority: CN
Inventors: 何志; 杨光耀; 何劲松; 李仲恺; 刘超; 赵聪
Original assignee: Sichuan Scsdn Technology Co ltd; Chengdu Stareng Environmental Protection Equipment Co ltd
Current assignee: Sichuan Scsdn Technology Co ltd; Chengdu Stareng Environmental Protection Equipment Co ltd
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2021-02-12
Anticipated expiration: 2030-03-31

Abstract

本实用新型公开了回收硫元素为酸溶液的脱硫设备。该回收硫元素为酸溶液的脱硫设备包括：脱硫单元，所述脱硫单元利用吸收剂至少与待处理气体中的二氧化硫反应生成可溶性盐并排出含有该可溶性盐的反应液；氧化单元，所述氧化单元将反应液中含有四价硫的酸根离子氧化为含有六价硫的酸根离子；双极膜单元，所述双极膜单元的盐室接收氧化单元处理后的反应液并分别在碱室生成碱溶液和在酸室生成酸溶液。通过设置氧化单元，可以使反应液中的硫元素主要以硫酸氢根和硫酸根的形式存在，这样不仅可以降低甚至避免在酸室产生气体，而且硫元素以硫酸溶液形式被回收，可以显著降低能耗、延长设备寿命以及提升硫元素的利用价值。

Description

回收硫元素为酸溶液的脱硫设备

技术领域

本实用新型涉及含硫气体脱硫的技术领域，具体而言，涉及回收硫元素为酸溶液的脱硫设备。

背景技术

含硫烟气中的硫化物主要为二氧化硫，其中少量的二氧化硫(通常不超过二氧化硫总体积的2％)可能会被氧化为三氧化硫。现有烟气脱硫技术中较为成熟的方法是石膏法，即将石灰石粉加水制成的浆液作为吸收剂泵入脱硫塔与含硫烟气充分接触混合，使烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经脱硫塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10％，然后用输送机送至石膏贮仓堆放。

石膏法的优点是脱硫剂来源丰富、价格较低、利用充分，脱硫效率可达95％以上，对机组容量无限制。不足之处是系统比较复杂，占地面积大，投入高，产生大量外排残渣。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供回收硫元素为酸溶液的脱硫设备以及脱硫方法，以解决现有技术中大量外排残渣的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了第一种回收硫元素为酸溶液的脱硫设备。该回收硫元素为酸溶液的脱硫设备包括：

脱硫单元，所述脱硫单元利用吸收剂至少与待处理气体中的二氧化硫反应生成可溶性盐并排出含有该可溶性盐的反应液；

双极膜单元，所述双极膜单元的盐室接收所述反应液并分别在碱室生成碱溶液和在酸室生成酸溶液。

首先，本实用新型的脱硫设备不会生成新的固体，因此不会出现大量外排残渣的技术问题；相比于二水石膏，以酸溶液的形式回收硫元素可以提升硫元素的利用价值。其次，由双极膜单元的碱室生成的碱溶液可以重新作为吸收剂被使用，因此整个设备只需要在开车时补充适量的吸收剂即可独自稳定运行很长时间，运行成本低。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了第二种回收硫元素为酸溶液的脱硫设备。该回收硫元素为酸溶液的脱硫设备包括包括：

氧化单元，所述氧化单元将反应液中含有四价硫的酸根离子氧化为含有六价硫的酸根离子；

双极膜单元，所述双极膜单元的盐室接收氧化单元处理后的反应液并分别在碱室生成碱溶液和在酸室生成酸溶液。

上述的第一种脱硫设备在使用时，由于未设置氧化单元，因此反应液中的硫元素主要以亚硫酸氢根和亚硫酸根的形式存在，导致在双极膜单元的酸室除了生成亚硫酸之外，还会产生较多的二氧化硫气体，这些气体一方面会降低溶液电导率，从而导致能耗上升，另一方面气泡产生和破裂的过程会对膜产生冲击，从而可能影响膜的寿命。因此，通过设置氧化单元，可以使反应液中的硫元素主要以硫酸氢根和硫酸根的形式存在，这样不仅可以降低甚至避免在酸室产生气体，而且硫元素以硫酸溶液形式被回收，可以显著降低能耗、延长设备寿命以及提升硫元素的利用价值。

作为上述两种回收硫元素为酸溶液的脱硫设备的进一步的改进，所述氧化单元包括第一氧化单元，所述第一氧化单元包括曝气装置，所述曝气装置通过对所述吸收剂进行搅拌从而将作为氧化剂的补氧气引入所述吸收剂；并且/或者，

所述氧化单元包括第二氧化单元，所述第二氧化单元包括第一中间罐，所述第一中间罐接收脱硫单元排出的反应液并利用第一中间罐中的氧化剂对反应液中的四价硫进行氧化。

优选同时设置第一氧化单元和第二氧化单元，以最大化减少亚硫酸氢根和亚硫酸根的含量，从而避免在酸室生成二氧化硫气体。

作为上述两种回收硫元素为酸溶液的脱硫设备的进一步的改进，

还包括气体收集单元，所述气体收集单元用于收集所述双极膜产生的二氧化硫；由此，通过设置气体收集单元，可以避免可能产生的二氧化硫泄漏，且收集的二氧化硫纯度较高，也可以被进一步利用，如制备为硫酸。

还包括过滤单元，所述过滤单元用于对反应液中的颗粒物进行拦截。由此，可以防止反应液中的颗粒物对设备管路造成磨损。

作为上述两种回收硫元素为酸溶液的脱硫设备的进一步的改进，还包括对反应液进行浓缩并将浓缩反应液所得浓水输入双极膜单元的盐室和将浓缩反应液所得产水输入双极膜单元的碱室和酸室的第一浓缩单元。由此，一方面可以降低双极膜单元的能耗，另一方面可以避免或减少从系统之外向酸室和碱室补充水，进一步降低运行成本。

作为上述两种回收硫元素为酸溶液的脱硫设备的进一步的改进，还包括在浓缩前对反应液的pH进行调节的pH调节单元。

作为上述两种回收硫元素为酸溶液的脱硫设备的进一步的改进，还包括对双极膜单元的酸室产品进行浓缩并将浓缩所得产水输入双极膜单元的碱室和酸室的第二浓缩单元。由此，一方面可以减少最终产品的体积，节约运输成本，另一方面可以避免或减少从系统之外向酸室和碱室补充水，进一步降低运行成本；当然也可以根据产品销路或使用方式确定是否设置第二浓缩单元以及第二浓缩单元的浓缩程度。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了回收硫元素为酸溶液的脱硫方法。该回收硫元素为酸溶液的脱硫方法包括采用上述的任一种回收硫元素为酸溶液的脱硫设备；开车时向脱硫单元加入碱性吸收剂作为初始吸收剂，运行时由部分回流的脱硫单元排出的反应液、双极膜单元碱室产生的碱液和盐室产生的电解后液构成的循环液作为新的吸收剂。

经验证，该脱硫方法可以将待处理气体中95％以上的硫元素以酸的形式回收，回收率高且经济效益高。

作为上述回收硫元素为酸溶液的脱硫方法的进一步的改进，所述吸收剂选自碱金属的氢氧化物溶液、碱土金属的氢氧化物溶液、碱金属的碳酸反应液和碱土金属的碳酸反应液中的任意几种；优选地，所述吸收剂选自氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液、碳酸钾溶液中的任意几种。

作为上述回收硫元素为酸溶液的脱硫方法的进一步的改进，所述循环液的pH为5～8。由此，可以保证反应液中含有较少的亚硫酸氢根和亚硫酸根。

作为上述回收硫元素为酸溶液的脱硫方法的进一步的改进，包括向脱硫单元内输入作为氧化剂的补氧气，所述补氧气优选为空气和/或氧气；并且/或者，采用双氧水、臭氧、过氧化钠、过硫酸钠中的任意几种对反应液中的四价硫进行氧化。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来辅助对本实用新型的理解，附图中所提供的内容及其在本实用新型中有关的说明可用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为实施例1的回收硫元素为酸溶液的脱硫设备的结构示意图。

图2为双极膜单元的工作原理图。

图3为实施例2的回收硫元素为酸溶液的脱硫设备的结构示意图。

图4为实施例3的回收硫元素为酸溶液的脱硫设备的结构示意图。

图5为实施例4的回收硫元素为酸溶液的脱硫设备的结构示意图。

图6为实施例5的回收硫元素为酸溶液的脱硫设备的结构示意图。

图7为实施例6的回收硫元素为酸溶液的脱硫设备的结构示意图。

上述附图中的有关标记为：

110-喷淋泵，120-脱硫塔，210-第一氧化单元，220-第二氧化单元，230-氧化剂储罐， 310-双极膜单元，320-气体收集单元，400-pH调节单元，500-过滤单元，600-第一浓缩单元， 700-第二浓缩单元

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。在结合附图对本实用新型进行说明前，需要特别指出的是：

本实用新型中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本实用新型的实施例通常仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

关于本实用新型中术语和单位。本实用新型的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

实施例1

图1为本实施例的回收硫元素为酸溶液的脱硫设备的结构示意图。

如图1所示，该回收硫元素为酸溶液的脱硫设备包括脱硫单元、pH调节单元400、过滤单元500、第一浓缩单元600和双极膜单元310。

所述脱硫单元利用吸收剂至少与待处理气体中的二氧化硫反应生成可溶性盐并排出含有该可溶性盐的反应液；所述脱硫单元包括喷淋泵110和脱硫塔120，吸收剂通过喷淋泵110 从脱硫塔120上方喷洒进入脱硫塔120，之后与从脱硫塔120中部进入的待处理气体混合反应；在脱硫塔120的底部设有搅拌装置。

所述pH调节单元400包括第二中间罐，该第二中间罐接收反应液并利用双极膜单元310 酸室产生的部分酸液对反应液的pH进行调节；所述第二中间罐内设有搅拌装置。

所述过滤单元500用于对经所述所述pH调节单元400处理后的反应液中的颗粒物进行拦截。所述过滤单元500采用对粒度≥0.1mm的颗粒物的拦截率≥90％的管式超滤膜组件。

所述第一浓缩单元600采用碟管式反渗透膜组件，所述第一浓缩单元600将浓缩反应液所得浓水输入双极膜单元310的盐室，将浓缩反应液所得产水按1:1的体积比分别输入双极膜单元310的碱室和酸室。

所述双极膜单元310的盐室接收所述第一浓缩单元600的浓水，所述双极膜单元310的碱室和酸室接收所述第一浓缩单元600的产水，通电后，根据图2所示的原理，在碱室生成碱溶液和在酸室生成酸溶液。

实施例2

与实施例1相比，本实施例的回收硫元素为酸溶液的脱硫设备具有的区别是：如图3所示，还包括第二浓缩单元700，所述第二浓缩单元700采用卷式纳滤膜组件，所述第二浓缩单元700将双极膜单元310的酸室产品进行浓缩并将浓缩所得产水按1:1的体积比分别输入双极膜单元310的碱室和酸室。

实施例3

与实施例2相比，本实施例的回收硫元素为酸溶液的脱硫设备具有的区别是：如图4所示，还包括气体收集单元320，所述气体收集单元320用于收集所述双极膜产生的二氧化硫。

实施例4

图5为本实施例的回收硫元素为酸溶液的脱硫设备的结构示意图。

如图5所示，该回收硫元素为酸溶液的脱硫设备包括脱硫单元、氧化单元、pH调节单元400、过滤单元500、第一浓缩单元600和双极膜单元310。

氧化单元，所述氧化单元将反应液中含有四价硫的酸根离子氧化为含有六价硫的酸根离子；所述氧化单元包括第一氧化单元210，所述第一氧化单元210包括曝气装置，所述曝气装置设于所述脱硫塔120底部并通过对所述吸收剂进行搅拌从而将作为氧化剂的补氧气引入所述吸收剂。

所述pH调节单元400包括第二中间罐，该第二中间罐接收第一中间罐的反应液并利用双极膜单元310酸室产生的部分酸液对反应液的pH进行调节；所述第二中间罐内设有搅拌装置。

所述过滤单元500采用对粒度≥0.1mm的颗粒物的拦截率≥90％的管式超滤膜组件。

实施例5

与实施例4相比，本实施例的回收硫元素为酸溶液的脱硫设备具有的区别是：如图6所示，所述氧化单元还包括第二氧化单元220；所述第二氧化单元220包括第一中间罐，所述第一中间罐接收脱硫单元排出的反应液并利用从氧化剂储罐230中输入第一中间罐中的氧化剂对反应液中的四价硫进行氧化；所述第一中间罐内设有搅拌装置。

实施例6

与实施例5相比，本实施例的回收硫元素为酸溶液的脱硫设备具有的区别是：如图7所示，还包括第二浓缩单元700，所述第二浓缩单元700采用卷式纳滤膜组件，所述第二浓缩单元700将双极膜单元310的酸室产品进行浓缩并将浓缩所得产水按1:1的体积比分别输入双极膜单元310的碱室和酸室。

采用上述实施例1-6任一个设备进行脱硫时，只需要在开车时向脱硫单元加入碱性吸收剂作为初始吸收剂，运行时无需再添加碱性吸收剂，由部分回流的脱硫单元排出的反应液、双极膜单元310碱室产生的碱液和盐室产生的电解后液构成的循环液作为新的吸收剂。

其中，所述碱性吸收剂选自碱金属的氢氧化物溶液、碱土金属的氢氧化物溶液、碱金属的碳酸反应液和碱土金属的碳酸反应液中的任意几种。

其中，通过曝气装置向脱硫单元内输入作为氧化剂的补氧气为氧气；第一中间罐采用双氧水、臭氧、过氧化钠、过硫酸钠中的任意几种对反应液中的四价硫进行氧化。

在脱硫塔120中，吸收剂与待处理气体中的二氧化硫和三氧化硫发生如下反应：

SO₂+H₂O→H₂SO₃；

HSO₃ ^-+1/2 O₂→HSO₄ ^-；

SO₃+H₂O→H₂SO₄；H₂SO₄→SO₄ ^2-+2H⁺

各种酸根离子的分布量可以根据酸的电离平衡常数计算得到分布分数图后对照pH查询得到，经验证，当所述循环液的pH为5～8，优选为5～6时，既可以提升二氧化硫的吸收量，还可以降低反应液中亚硫酸根和亚硫酸氢根的含量。

图2为双极膜单元的工作原理图。如图2所示，通过使阴膜和阳膜按照特定的排列顺序，从而在直流电场作用下，使盐室的正价金属离子M⁺穿过阳膜后进入碱室与碱室双极膜处电离的氢氧根离子构成碱液，盐室的负价酸根离子X^-穿过阴膜后进入酸室与酸室双极膜处电离的氢离子构成酸液。

其中，所述的正价金属离子M⁺对应于所选择的构成碱性吸收剂的金属离子，所述的负价酸根离子为亚硫酸根、亚硫酸氢根、硫酸根和硫酸氢根，其中，实施例5-6的脱硫设备中氧化单元同时具有第一氧化单元和第二氧化单元，因此大部分的亚硫酸氢根被氧化成了硫酸氢根，因此穿过阴膜的负价酸根离子主要为硫酸根和硫酸氢根。

以上对本实用新型的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。基于本实用新型的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

Claims

1.回收硫元素为酸溶液的脱硫设备，其特征在于包括：

双极膜单元(310)，所述双极膜单元(310)的盐室接收所述反应液并分别在碱室生成碱溶液和在酸室生成酸溶液。

2.回收硫元素为酸溶液的脱硫设备，其特征在于包括：

双极膜单元(310)，所述双极膜单元(310)的盐室接收氧化单元处理后的反应液并分别在碱室生成碱溶液和在酸室生成酸溶液。

3.如权利要求2所述的回收硫元素为酸溶液的脱硫设备，其特征在于：所述氧化单元包括第一氧化单元(210)，所述第一氧化单元(210)包括曝气装置，所述曝气装置通过对所述吸收剂进行搅拌从而将作为氧化剂的补氧气引入所述吸收剂；并且/或者，

所述氧化单元包括第二氧化单元(220)，所述第二氧化单元(220)包括第一中间罐，所述第一中间罐接收脱硫单元排出的反应液并利用第一中间罐中的氧化剂对反应液中的四价硫进行氧化。

4.如权利要求1-3之一所述的回收硫元素为酸溶液的脱硫设备，其特征在于：

还包括气体收集单元(320)，所述气体收集单元(320)用于收集所述双极膜产生的二氧化硫；

还包括过滤单元(500)，所述过滤单元(500)用于对反应液中的颗粒物进行拦截。

5.如权利要求1-3之一所述的回收硫元素为酸溶液的脱硫设备，其特征在于：还包括对反应液进行浓缩并将浓缩反应液所得浓水输入双极膜单元(310)的盐室和将浓缩反应液所得产水输入双极膜单元(310)的碱室和酸室的第一浓缩单元(600)。

6.如权利要求5所述的回收硫元素为酸溶液的脱硫设备，其特征在于：还包括在浓缩前对反应液的pH进行调节的pH调节单元(400)。

7.如权利要求1-3之一所述的回收硫元素为酸溶液的脱硫设备，其特征在于：还包括对双极膜单元(310)的酸室产品进行浓缩并将浓缩所得产水输入双极膜单元(310)的碱室和酸室的第二浓缩单元(700)。