專利名稱：脫硫劑可再生的脫硫方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脫除廢氣二氧化硫的脫硫方法及裝置，特別涉及一種脫硫劑可再生的脫硫方法及裝置。
電力、化工、冶金等行業(yè)普遍使用的鍋爐、窯爐中，排煙廢氣中含有大量的二氧化硫，它對大氣造成嚴(yán)重的污染，是酸雨形成的主要污染源。目前，國內(nèi)外積極的展開了煙氣脫硫的研究，取得了一定的進(jìn)展，并在實(shí)際工程中應(yīng)用推廣了一些脫硫技術(shù)和工藝。例如，最普遍采用的石灰/石灰石-石膏法，它利用石灰或石灰石可以和二氧化硫反應(yīng)的特點(diǎn)，對煙道氣體進(jìn)行濕法脫硫洗滌，達(dá)到凈化煙氣的目的；還有其他一些方法如噴霧干燥法、電子束法、氨法等等。但這些方法都有其不足之處，如石灰/石灰石-石膏法的最終脫硫副產(chǎn)物是石膏，這些石膏受到工藝和市場的制約，往往不能商品化，只能占用土地進(jìn)行拋棄堆放，形成二次污染；在國外一些文獻(xiàn)中提到的硫酸鈉電解再生脫硫劑的方法中，存在大量副產(chǎn)品稀硫酸難以處理、提純至商品化濃硫酸的成本高昂的缺點(diǎn)。其他的脫硫工藝方法中，有的初投資高昂，有的運(yùn)行費(fèi)高昂，有的形成二次污染，有的脫硫效率不高。這些缺點(diǎn)很大程度上制約了脫硫環(huán)保行業(yè)的發(fā)展。
本發(fā)明的目的在于提供一種低投資、低運(yùn)行費(fèi)用、脫硫效率高、無二次污染的脫硫劑可再生的脫硫方法，它尤其適合電價(jià)低廉(如火電站脫硫等)的場合。
為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明脫硫劑可再生的脫硫方法包括如下步驟(A)用NaOH和Na2SO3為主要成分的混合溶液作為脫硫劑，對廢氣進(jìn)行洗滌脫硫；(B)過濾后的廢水部分與氣態(tài)HCl混合，SO2被置換出來；(C)濃縮后的廢水進(jìn)行電解再生NaOH，生成的NaOH作為脫硫劑導(dǎo)回步驟(A)循環(huán)使用，電解過程同時(shí)生成的氫氣和氯氣則導(dǎo)入HCl合成室合成氣體HCl，氣態(tài)HCl導(dǎo)回步驟(B)循環(huán)使用。
在本發(fā)明的優(yōu)選方案中，所述的步驟(A)完成后，將脫硫后的廢水沉淀或過濾，再進(jìn)行步驟(B)。
所述的步驟(B)完成后，將置換后含NaCl為主要成分的廢水經(jīng)過蒸發(fā)濃縮提高廢水中的NaCl濃度，再進(jìn)行步驟(C)。
用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的裝置包括至少一個(gè)脫硫洗滌塔1；至少一個(gè)SO2置換室2，該SO2置換室2通過一個(gè)裝有截流閥3的第一導(dǎo)管4與脫硫洗滌塔1相連；至少一個(gè)濃縮室5，該濃縮室5通過一個(gè)第二導(dǎo)管6與SO2置換室2相連；至少一個(gè)一膜雙室陽離子膜電解槽7，電解槽7的陽極室通過一個(gè)第三導(dǎo)管8與濃縮室5相連，電解槽7的陰極室通過一個(gè)第四導(dǎo)管9將溶液引回脫硫洗滌塔1；至少一個(gè)HCL合成室10，分別通過一個(gè)第五導(dǎo)管11將電解槽7的陽極室中的氯氣，通過一個(gè)第六導(dǎo)管12將電解槽7的陰極室中的氫氣，引入該HCL合成室10中，HCL合成室通過一個(gè)第八導(dǎo)管13將HCL合成室10中的HCL引入SO2置換室2。
在本發(fā)明的優(yōu)先方案中，所述的裝置還包括至少一個(gè)廢水收集箱14，通過一個(gè)第八導(dǎo)管15與脫硫洗滌塔1的底端相連；至少一個(gè)過濾器16，通過一個(gè)裝有泵17的第九導(dǎo)管18將廢水收集箱14中的廢水引入該過濾器16，過濾器16通過一個(gè)裝有截流閥3的第一導(dǎo)管4與SO2置換室2相連；至少一個(gè)中間儲罐30，通過一個(gè)第四導(dǎo)管9將電解槽7陰極室的溶液引到該中間儲罐30，中間儲罐30再通過一個(gè)裝有泵19的第十導(dǎo)管20與脫硫洗滌塔1相連；至少一個(gè)冷凝器21，通過一個(gè)第十一導(dǎo)管22將蒸發(fā)室5中水蒸汽引到該冷凝器21；至少一個(gè)過渡槽23，分別通過一個(gè)第十二導(dǎo)管24將冷凝器21中的水，通過一個(gè)第十三導(dǎo)管25將中間儲罐17中的溶液，引到該過渡槽23中，過渡槽23通過一個(gè)第十四導(dǎo)管26與電解槽7的陰極室相連；所述的脫硫洗滌塔的頂端裝有至少一個(gè)氣體導(dǎo)出管27，底部裝有至少一個(gè)待處理氣管道28；所述的中間儲罐30設(shè)有一補(bǔ)充管道29，用于補(bǔ)充NaOH和水；所述的SO2置換室2設(shè)有一氣體SO2導(dǎo)出管31，用于導(dǎo)出氣體SO2。
所述的電解槽7還設(shè)有一裝有閥門32的第十五導(dǎo)管33，將電解槽7陽極室中的溶液引至濃縮室5。
由于采用上述的方法及裝置，整個(gè)脫硫和脫硫劑電解再生過程不產(chǎn)生固體廢棄物，沒有二次污染，副產(chǎn)品為高純的SO2氣體，可以加工成多種下游產(chǎn)品，市場需求量大，商業(yè)價(jià)值高；另外，采用高濃度的NaOH溶液作為脫硫劑進(jìn)行脫硫，脫硫效率遠(yuǎn)比其他常用的脫硫劑高；整個(gè)脫硫及脫硫劑電解再生系統(tǒng)的初投資相對較低；在電價(jià)低廉的場合如電站脫硫的場合，其脫硫運(yùn)行費(fèi)在扣除副產(chǎn)品的銷售收入后，將大大低于現(xiàn)有常用的脫硫工藝和方法；另外，它避免了常規(guī)硫酸鈉電解再生法中產(chǎn)生大量難以處理的稀硫酸的缺點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明所述的裝置的流程圖。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明本發(fā)明所述的脫硫劑可再生的脫硫方法如下采用氫氧化鈉(NaOH)和亞硫酸鈉(Na2SO3)混合溶液作為脫硫劑，對待處理的煙氣進(jìn)行濕法洗滌脫硫，凈化后的煙氣排放至大氣。脫硫洗滌設(shè)備可以是任何一種能使用NaOH脫硫劑的脫硫塔。煙氣中的二氧化硫和脫硫劑發(fā)生以下反應(yīng)
當(dāng)煙氣中存在CO2時(shí)，發(fā)生以下反應(yīng)
當(dāng)NaOH消耗完畢后，Na2SO3可以和SO2進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)
可見，脫硫后的廢水中是以Na2SO3和NaHSO3為主要成分的溶液，當(dāng)然，視煙氣中成分的不同，脫硫廢水中可能還有一些固體懸浮物和少量的其他雜質(zhì)離子如SO42-等。
為了確保較好的電解再生脫硫劑效率，減少電解能耗，脫硫劑NaOH的濃度應(yīng)盡可能高，最好大于20％，提供的高濃度NaOH可以在脫硫洗滌塔多次自循環(huán)使用或多級洗滌，以確保NaOH全部消耗變成Na2SO3和NaHSO3；但NaOH最好不要兌稀使用，這樣會造成脫硫廢水中Na2SO3和NaHSO3的濃度較低，從而增加電解的能耗。
為增加離子膜的使用壽命；脫硫廢水進(jìn)入電解槽前應(yīng)采用過濾等方法將廢水中的固體懸浮物盡可能的分離出來。過濾后的脫硫廢水被導(dǎo)入置換室中，在置換室內(nèi)，HCl被導(dǎo)入，與Na2SO3和NaHSO3發(fā)生反應(yīng)
置換劑HCl來自于HCl合成室。置換室生成的SO2氣體需要導(dǎo)出。為了減少SO2溶解于溶液中，可對溶液適當(dāng)加熱升溫，但盡量避免加熱至接近沸騰，否則SO2氣體中大量帶水，增加后處理的難度。
副產(chǎn)品高濃度的SO2導(dǎo)入SO2后處理工序，可以制成液體二氧化硫或高純發(fā)煙硫酸。SO2后處理工序不屬于本發(fā)明的范圍。
被置換出SO2后的脫硫廢水中此時(shí)以含有稀的氯化鈉(NaCl)為主，它于從陽極室導(dǎo)出的稀NaCl溶液在濃縮室中混合，并被蒸發(fā)濃縮成濃NaCl溶液。
該濃NaCl溶液導(dǎo)入離子膜電解槽的陽極室進(jìn)行電解再生脫硫劑。導(dǎo)入前廢水是否需要精制，以及精制到何種程度，將視離子膜的選擇、計(jì)劃的膜更換周期、用戶承受增加運(yùn)行費(fèi)的程度等條件具體而定，它影響到脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但對本發(fā)明的原理無實(shí)質(zhì)影響。一般來說，精制程度越高，離子膜的使用壽命越長，但精制部分的運(yùn)行成本也越高。離子膜電解槽是氯堿行業(yè)通用的離子膜電解槽。
電解槽的陽極室溶液入口導(dǎo)入脫硫廢水，出口溶液大部分導(dǎo)至濃縮室進(jìn)行增濃，少部分送去硫酸根脫出工序，以脫出系統(tǒng)中積聚的越來越多的硫酸根離子；陰極室的入口導(dǎo)入部分過濾后但未進(jìn)行SO2置換的溶液，出口則導(dǎo)出濃NaOH和Na2SO3的混合溶液。在電解槽內(nèi)發(fā)生以下電解反應(yīng)
電解產(chǎn)生的濃NaOH和Na2SO3的混合溶液作為脫硫劑導(dǎo)入脫硫洗滌塔內(nèi)，完成循環(huán)過程。
電解槽陽極室和陰極室產(chǎn)生的氯氣和氫氣，導(dǎo)入HCl合成室內(nèi)合成HCl。其中的化學(xué)反應(yīng)為
生成的HCl導(dǎo)入置換室內(nèi)，作為置換SO2用途，完成循環(huán)過程。
由于脫硫洗滌和過濾等過程中會有溶液流失，造成鈉離子和水的減少，因此，整個(gè)脫硫及脫硫劑再生系統(tǒng)中，需補(bǔ)充NaOH和水。
如圖1所示，本發(fā)明所述的脫硫裝置如下待處理煙氣經(jīng)過待處理煙氣管道28導(dǎo)入氣體脫硫洗滌塔1內(nèi)，以NaOH和Na2SO3混合溶液為主要成分的脫硫劑經(jīng)過裝有泵19的第十導(dǎo)管20導(dǎo)入脫硫洗滌塔1內(nèi)，脫硫劑和煙氣中的二氧化硫發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到脫硫洗滌的目的。洗滌凈化后的氣體經(jīng)氣體導(dǎo)出管28導(dǎo)出；脫硫后的含Na2SO3和NaHSO3廢水流入廢水收集箱14中收集，輸?shù)竭^濾器16中，過濾后的廢水，導(dǎo)至SO2置換室2中。
在SO2置換室2內(nèi)，來自過濾器16的脫硫廢水和來自HCl合成室5的HCl溶液混合，SO2被置換出來，形成氣體，從SO2導(dǎo)出管31輸出。
置換后含稀NaCl為主的脫硫廢水，和電解槽7陽極室導(dǎo)出液一起被送至濃縮室5中，在濃縮室5內(nèi)，稀NaCl溶液被加熱濃縮成濃NaCl溶液，蒸發(fā)出的水蒸汽用管道22輸出，經(jīng)冷凝器21冷凝后，在過渡槽23內(nèi)與部分來自電解槽7陰極室生成的濃NaOH溶液兌稀混合，導(dǎo)回電解槽7的陰極室。
濃縮室3出來的濃NaCl溶液被導(dǎo)入電解槽7的陽極室，來自過渡槽23的稀NaOH溶液被導(dǎo)入電解槽7的陰極室。在電流的作用下，發(fā)生電解反應(yīng)，陽極室生成氯氣，同時(shí)NaCl被部分消耗，形成稀NaCl溶液，稀NaCl溶液被導(dǎo)出；陰極室生成氫氣，并同時(shí)生成NaOH和Na2SO3的混合溶液。氫氣、氯氣被引至HCl合成室5中，陰極室導(dǎo)出液則作為脫硫劑送至中間儲罐17中，再經(jīng)泵19增壓后送至脫硫洗滌塔1循環(huán)使用。
小部分陽極室導(dǎo)出液由管道導(dǎo)出，送至做硫酸根分離工序。
在HCl合成室5內(nèi)合成的濃HCl，導(dǎo)至SO2置換室2作置換SO2用途，循環(huán)使用。
補(bǔ)充用的水和NaOH由管道29補(bǔ)充至中間儲罐30中，以補(bǔ)充因溶液流失等原因造成的水和NaOH的減少。
權(quán)利要求
1.一種脫硫劑可再生的脫硫方法，包括如下步驟(A)用NaOH和Na2SO3為主要成分的混合溶液作為脫硫劑，對廢氣進(jìn)行洗滌脫硫；(B)過濾后的廢水與氣態(tài)HCl混合，SO2被置換出來；(C)置換后的廢水進(jìn)行電解再生NaOH，生成的NaOH作為脫硫劑導(dǎo)回步驟(A)循環(huán)使用，電解過程同時(shí)生成的氫氣和氯氣則合成氣態(tài)HCl，氣態(tài)HCl導(dǎo)回步驟(B)循環(huán)使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脫硫劑可再生的脫硫方法，其特征是所述的步驟(A)完成后，將脫硫后的廢水沉淀或過濾，再進(jìn)行步驟(B)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脫硫劑可再生的脫硫方法，其特征是所述的步驟(B)完成后，將置換后含NaCl為主要成分的廢水經(jīng)過蒸發(fā)濃縮提高廢水中的NaCl濃度，再進(jìn)行步驟(C)。
4.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1的方法的裝置，該裝置包括至少一個(gè)脫硫洗滌塔(1)；至少一個(gè)SO2置換室(2)，該SO2置換室(2)通過一個(gè)裝有截流閥(3)的第一導(dǎo)管(4)與脫硫洗滌塔(1)相連；至少一個(gè)濃縮室(5)，該濃縮室(5)通過一個(gè)第二導(dǎo)管(6)與SO2置換室(2)相連；至少一個(gè)一膜雙室陽離子膜電解槽(7)，電解槽(7)的陽極室通過一個(gè)第三導(dǎo)管(8)與濃縮室(5)相連，電解槽(7)的陰極室通過一個(gè)第四導(dǎo)管(9)將溶液引回脫硫洗滌塔(1)；至少一個(gè)HCL合成室(10)，分別通過一個(gè)第五導(dǎo)管(11)將電解槽(7)的陽極室中的氯氣，通過一個(gè)第六導(dǎo)管(12)將電解槽(7)的陰極室中的氫氣，引入該HCL合成室(10)中，HCL合成室通過一個(gè)第七導(dǎo)管(13)將HCL合成室(10)中的HCL引入SO2置換室(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述的裝置還包括至少一個(gè)廢水收集箱(14)，通過一個(gè)第八導(dǎo)管(15)與脫硫洗滌塔(1)的底端相連；至少一個(gè)過濾器(16)，通過一個(gè)裝有泵(17)的第九導(dǎo)管(18)將廢水收集箱(14)中的廢水引入該過濾器(16)，過濾器(16)通過一個(gè)裝有截流閥(3)的第一導(dǎo)管(4)與SO2置換室(2)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述的裝置還包括至少一個(gè)中間儲罐(30)，通過一個(gè)第四導(dǎo)管(9)將電解槽(7)陰極室的溶液引到該中間儲罐(30)，中間儲罐(30)再通過一個(gè)裝有泵(19)的第十導(dǎo)管(20)與脫硫洗滌塔(1)相連；至少一個(gè)冷凝器(21)，通過一個(gè)第十一導(dǎo)管(22)將蒸發(fā)室(5)中水蒸汽引到該冷凝器(21)；至少一個(gè)過渡槽(23)，分別通過一個(gè)第十二導(dǎo)管(24)將冷凝器(21)中的水，通過一個(gè)第十三導(dǎo)管(25)將中間儲罐(17)中的溶液，引到該過渡槽(23)中，過渡槽(23)通過一個(gè)第十四導(dǎo)管(26)與電解槽(7)的陰極室相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述的脫硫洗滌塔的頂端裝有至少一個(gè)氣體導(dǎo)出管(27)，底部裝有至少一個(gè)待處理氣管道(28)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述的中間儲罐(30)設(shè)有一補(bǔ)充管道(29)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述的SO2置換室(2)設(shè)有一氣體SO2導(dǎo)出管(31)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述的電解槽(7)還設(shè)有一裝有閥門(32)的第十五導(dǎo)管(33)，將電解槽(7)陽極室中的溶液引至濃縮室(5)
全文摘要
本發(fā)明提供了一種低投資、低運(yùn)行費(fèi)用、脫硫效率高、無二次污染的脫硫劑可再生的脫硫方法,及這種方法所使用的脫硫裝置。尤其適合電價(jià)低廉(如火電站脫硫等)的場合。
文檔編號B01D53/79GK1364653SQ0110220
公開日2002年8月21日 申請日期2001年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月17日
發(fā)明者鄭智慧, 覃征遠(yuǎn), 慎義勇 申請人:深圳市柯雷恩環(huán)境科技有限公司