專利名稱：廢棄石膏和二氧化碳生產(chǎn)硫酸的工藝方法及其實(shí)施膜耦合反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢棄石膏和二氧化碳處理技術(shù)，特別是涉及廢棄石膏和二氧化碳 資源化綜合回收利用，以廢棄石膏和二氧化碳為原料生產(chǎn)硫酸的技術(shù)。
背景技術(shù)：
在中國(guó)，每年排放的工業(yè)廢棄石膏約有5000萬(wàn)噸，其中磷化工企業(yè)排放的 磷石膏約2500萬(wàn)噸，火電廠排放的脫硫石膏約2500萬(wàn)噸，這些廢棄石膏占據(jù)大 量土地，嚴(yán)重污染環(huán)境，這一狀況已經(jīng)開始嚴(yán)重抑制磷化工業(yè)和火電企業(yè)的發(fā) 展，因此解決工業(yè)廢棄石膏的出路己成了科技人員刻不容緩亟待解決的問(wèn)題。另 一方面，全球氣候變暖，嚴(yán)重威脅人類的生存，導(dǎo)致全球氣候變暖的原因是人們 排放到大氣中的二氧化碳。降低二氧化碳的排放量，回收大氣中的二氧化碳，減 少大氣中二氧化碳含量，防止全球氣候進(jìn)一步變暖，是全人類面臨的生存重大課 題，也是全球各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨需要解決的問(wèn)題。 ，
工業(yè)廢棄石膏按氧化物計(jì)量， 一般含CaO約30。/。， S03約36。/。，另外還含 有硅、鐵、鋁、鎂等原素。廢石膏的資源化和再利用有多條途徑，其中利用工業(yè) 廢棄石膏生產(chǎn)硫酸，再返回原生產(chǎn)流程作為原料，對(duì)磷化工企業(yè)是一條循環(huán)經(jīng)濟(jì) 的途徑。目前，國(guó)內(nèi)外將工業(yè)廢棄石膏轉(zhuǎn)化為硫酸的辦法均為熱法流程，即采用 加入燃料與石膏共同焙燒，釋放出二氧化硫，剩余氧化鈣或硅酸鈣，二氧化硫氣 體經(jīng)吸收制取硫酸。廢棄石膏釆用熱法制取硫酸，其不足的地方是礦物燃料能耗 較高，并釋放出較多的新的二氧化碳?xì)怏w，在解決了廢棄石膏環(huán)境污染問(wèn)題的同 時(shí)又帶來(lái)了二氧化碳?xì)怏w排放問(wèn)題，即解決了一個(gè)環(huán)境問(wèn)題又產(chǎn)生了另一個(gè)環(huán)境 問(wèn)題。
為了降低二氧化碳向大氣中的排放量，國(guó)外一般是將二氧化碳?xì)怏w用高壓打 入地下封存。但這種處理二氧化碳方法其不足的地方是， 一旦遇到地質(zhì)變化，如 大地震后地質(zhì)變化，二氧化碳極易釋放出來(lái)，重新回到大氣中，這種處理方法可靠性差。
鑒于上述廢棄石膏生產(chǎn)硫酸和二氧化碳?xì)怏w高壓打入地下各自存在的不足， 人們希望開發(fā)出新的工藝技術(shù)，在對(duì)廢棄石膏和二氧化碳進(jìn)行資源化綜合回收利 用的同時(shí)，使廢棄石膏和二氧化碳?xì)怏w對(duì)環(huán)境污染的問(wèn)題也得到解決。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的廢棄石膏資源化回收利用和二氧化碳處理存在的不足，本發(fā) 明的目的旨在公開一種以石膏和二氧化碳生產(chǎn)硫酸的工藝方法及其實(shí)施用膜耦 合反應(yīng)器，以解決廢棄石膏和二氧化碳資源化綜合回收利用問(wèn)題，進(jìn)而解決廢棄 石膏和二氧化碳環(huán)境污染問(wèn)題。
本發(fā)明所要解決的上述技術(shù)問(wèn)題，可通過(guò)具有以下技術(shù)方案的以石膏和二氧 化碳生產(chǎn)硫酸的工藝方法來(lái)實(shí)現(xiàn)將廢棄石膏、配料和來(lái)自二氧化碳吸收器的碳 酸鹽溶液送入分解反應(yīng)器進(jìn)行分解反應(yīng)，生成硫酸鹽和碳酸鈣，充分反應(yīng)后經(jīng)固 液分離，除去固相碳酸鈣，將液相硫酸鹽溶液和水加入膜耦合反應(yīng)器進(jìn)行膜耦合 反應(yīng)，硫酸根陰離子在電場(chǎng)和膜作用下與H+離子結(jié)合成硫酸排出，陽(yáng)離子與HO一
離子結(jié)合成堿送入二氧化碳吸收器，吸收二氧化碳形成碳酸鹽返回到分解反應(yīng)
器，所述電場(chǎng)強(qiáng)度為2~120V，所述配料為堿類化合物，其加入量為能滿足廢棄 石膏分解需要量，所述水的加入量為能滿足硫酸根陰離子與H"離子結(jié)合和陽(yáng)離 子與HO-離子結(jié)合需要量。
上述技術(shù)方案中所說(shuō)的堿類化合物可以是各種堿化物，優(yōu)先選用氫氧化鉀、 氫氧化鈉或氨水。
實(shí)施上述廢棄石膏和二氧化碳生產(chǎn)硫酸工藝方法的膜耦合反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)是 反應(yīng)器至少含有一個(gè)反應(yīng)單元槽，反應(yīng)單元槽含有由陰膜和陽(yáng)膜及對(duì)應(yīng)設(shè)置的陽(yáng) 極和陰極構(gòu)成的陽(yáng)極室、陰極室和料液室，陽(yáng)極室設(shè)計(jì)有硫酸溶液排出口和水加 入口，陰極室設(shè)計(jì)有堿溶液排出口和水加入口，料液室設(shè)計(jì)有料液加入口。在膜 耦合反應(yīng)器內(nèi)，進(jìn)入料液室內(nèi)的硫酸鹽溶液，其硫酸根陰離子穿過(guò)陰膜進(jìn)入到陽(yáng) 極室與JT離子結(jié)合成硫酸排出，其陽(yáng)離子穿過(guò)陽(yáng)膜進(jìn)入到陰極室與HO—離子結(jié) 合成堿排出。
為了使反應(yīng)過(guò)程運(yùn)行得更好，避免氣體物質(zhì)的產(chǎn)生，降低能耗，取得更好的 效果，上述膜耦合反應(yīng)器可在其陽(yáng)極室和陰極室內(nèi)還可分別設(shè)置雙極膜，雙極膜位于電極與對(duì)應(yīng)的膜之間，其具體位置可以是位于兩者中間，也可以是其他適當(dāng) 位置，其主要作用是提供相應(yīng)的離子。
在上述膜耦合反應(yīng)器中，陽(yáng)、陰極的設(shè)置，可以是懸于其相應(yīng)的極室內(nèi)，也 可設(shè)置在其相應(yīng)極室的槽壁上，或以其他的方式設(shè)置。
在上述膜耦合反應(yīng)器中，所述陰膜可為陰離子交換膜，也可是陰離子半透膜; 所述氧膜可為陽(yáng)離子交換膜，同樣也可為陽(yáng)離子半透膜。
實(shí)施上述廢棄石膏和二氧化碳生產(chǎn)硫酸工藝方法的膜耦合反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)也 可設(shè)計(jì)成，反應(yīng)器至少含有一個(gè)反應(yīng)單元槽，反應(yīng)單元槽含有由陰膜與對(duì)應(yīng)設(shè)置 的陽(yáng)極和陰極構(gòu)成的陽(yáng)極室、陰極料液室，陽(yáng)極室和陰極料室內(nèi)分別設(shè)置有雙極 膜，雙極膜位于電極與對(duì)應(yīng)的膜之間，陽(yáng)極室設(shè)計(jì)有硫酸溶液排出口和水加入口 ， 陰極料液室設(shè)計(jì)有堿溶液排出口和料液加入口。其所述陰膜可為陰離子交換膜， 也可是陰離子半透膜。
本發(fā)明還采取了其他一些技術(shù)措施。
本發(fā)明的提供的以廢棄石膏和二氧化碳生產(chǎn)硫酸工藝方法，其核心是膜耦合 反應(yīng)器，膜耦合反應(yīng)器將膜過(guò)程、電場(chǎng)過(guò)程和反應(yīng)過(guò)程耦合在一起，反應(yīng)過(guò)程中 同時(shí)實(shí)現(xiàn)生成物的分離。膜反應(yīng)器可以由若干反應(yīng)單元槽組成。反應(yīng)單元槽可以 采用雙膜系統(tǒng)，也可以采用三膜系統(tǒng)或包含雙極膜在內(nèi)的四膜系統(tǒng)。以雙膜系統(tǒng) 和含有雙極膜在內(nèi)的四膜系統(tǒng)的一個(gè)單元為例，說(shuō)明本發(fā)明的膜耦合反應(yīng)器作用 機(jī)理。反應(yīng)單元槽主要分為三個(gè)部分，陰極室、陽(yáng)極室和料液室，靠陰極室一側(cè) 安裝陽(yáng)膜，只讓陽(yáng)離子通過(guò)，靠陽(yáng)極室一側(cè)安裝陰膜，只讓陰離子通過(guò)。原料液 為硫酸鹽溶液，如硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸銨等溶液。這里僅以硫酸銨為例。進(jìn)入 到膜耦合反應(yīng)器反應(yīng)單元槽料液室的硫酸銨溶液，在電場(chǎng)的作用下，硫酸根負(fù)離 子穿過(guò)陰離子交換膜或陰離子半透膜，進(jìn)入到陽(yáng)極室，與加入的水帶入的K離子 結(jié)合成硫酸，另一路NH4+則通過(guò)陽(yáng)離子交換膜或陽(yáng)離子半透膜進(jìn)入到陰極室， 轉(zhuǎn)變?yōu)榘彼?。反?yīng)單元槽內(nèi)的膜系統(tǒng)過(guò)程如下。 (1)雙膜系統(tǒng)過(guò)程
與普通的電滲析裝置相似(參見圖2)，硫酸銨進(jìn)入料液室后離解成氨根離 子和硫酸根離子
<formula>formula see original document page 6</formula>在電場(chǎng)力的作用下，帶正電荷的氨根離子透過(guò)陽(yáng)膜移向陰極，而帶負(fù)電荷的 硫酸根離子透過(guò)陰膜移向陽(yáng)極。
水在電極發(fā)生電解反應(yīng)，提供#和OH'離子，同時(shí)產(chǎn)生氧氣和氫氣。在陰 極室，水在陰極發(fā)生反應(yīng)，生成的OH-根與氨結(jié)合生成NH40H， tT離子在陰電 極得到電子生成氫氣。電極所耗電量均用于生成H2。陰極電極反應(yīng)式表示如下 2H20 + 2e — 20H- + H2 T 陰極室離子反應(yīng)如下
NH4+ + 0『一NH4OH 在陽(yáng)極室，水在電極附近電解。水失去電子生成氧氣，剩下的HT離子與硫 酸根結(jié)合生成EbS04。陽(yáng)極的電極反應(yīng)式表示如下-2H20-4e — 4H+ + 02 t 陽(yáng)極室離子反應(yīng)如下
2J^ + S042- — H2S04 反應(yīng)單元槽的電壓一般可為2 12V,電流效率可達(dá)85%,鹽轉(zhuǎn)化率可達(dá)65%， 硫酸質(zhì)量可達(dá)濃度10% 60%。 總反應(yīng)式為
( 4 + 2H20 — 2NH4OH +H2S04 (2)含有雙極膜的四膜系統(tǒng)過(guò)程。也適用含有雙極膜的三膜系統(tǒng)。 含有雙極膜的四膜系統(tǒng)(參見圖3)，反應(yīng)單元槽中部裝有雙極膜，由雙極 膜產(chǎn)生『和0H—離子，從而保證過(guò)程的運(yùn)行，避免氣體物質(zhì)的產(chǎn)生，使能耗降低。 在陰極室，雙極膜提供OH—根與氨結(jié)合生成NH40H。陰極室內(nèi)不發(fā)生電解過(guò) 程，離子反應(yīng)方程式為
,+ + 0『一NH4OH 在陽(yáng)極室，雙極膜提供相配的IT離子與硫酸根結(jié)合生成H2S04。陽(yáng)極室離
子反應(yīng)方程式為
+ S042- — H2S04
反應(yīng)單元槽的電壓一般可為2 12.V,電流效率可達(dá)85%，鹽轉(zhuǎn)化率可達(dá)95%， 硫酸質(zhì)量濃度可達(dá)10% 50%。
7各個(gè)反應(yīng)單元雙極膜耦合反應(yīng)器串聯(lián)后，所需要的水解離子均由雙極膜提 供，中間不需要電極，僅靠近電極處有少量氣體產(chǎn)生，因此能耗大為降低。并且 還可以經(jīng)多種組合得到更好的效果。
本發(fā)明公開的以廢棄石膏和二氧化碳生產(chǎn)硫酸工藝方法，其流程如附圖1所 示，采用的是濕法工藝，通過(guò)多種過(guò)程的耦合實(shí)現(xiàn)以廢棄工業(yè)石膏和工廠排放的 二氧化碳?xì)怏w生產(chǎn)硫酸，同時(shí)副產(chǎn)碳酸鈣。本發(fā)明公開的硫酸生產(chǎn)工藝方法，使 廢棄工業(yè)石膏和二氧化碳資源得到了綜合回收利用，二氧化碳被轉(zhuǎn)化為固體，雜 質(zhì)的分離也得到了解決。硫酸生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)品碳酸鈣，在缺水狀態(tài)下不易溶 解，因此可作為二氧化碳的回收載體埋藏于地下，也可作為塑料行業(yè)的填料或作 為水泥的原料，克服了已有技術(shù)將二氧化碳?xì)怏w高壓打入地下遇地質(zhì)變化極易釋 放的問(wèn)題。生產(chǎn)得到的硫酸，可作為磷鈸和飼料級(jí)添加劑磷酸鈣鹽的原料。本發(fā) 明的工藝方法，使硫在磷化工生產(chǎn)中循環(huán)，減少了固體廢渣和二氧化碳?xì)怏w的排 放，同時(shí)也減少了能源和資源消耗。這樣不僅實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，也保護(hù) 了環(huán)境和資源。


附圖1是本發(fā)明揭示的以石膏和二氧化碳生產(chǎn)硫酸的工藝方法示意框圖。 附圖2是本發(fā)明揭示的二膜三室系統(tǒng)反應(yīng)單元槽結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖3是本發(fā)明揭示的四膜三室系統(tǒng)反應(yīng)單元槽結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖4是本發(fā)明揭示的三膜二室系統(tǒng)反應(yīng)單元槽結(jié)構(gòu)示意圖。
在上述附圖中，各圖示標(biāo)號(hào)的標(biāo)識(shí)對(duì)象為l-陰極；2-陰極室；3-陽(yáng)膜；
4-料液室；5-陰膜；6-陽(yáng)極室；7-陽(yáng)極；8-雙極膜；9-雙極膜；10-陰極料液室。
具體實(shí)施例方式
下面所給出的實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的具體描述。有必要在此指出的是，以下實(shí) 施例只用于對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬 領(lǐng)域技術(shù)熟練人員，根據(jù)上述本發(fā)明內(nèi)容對(duì)本發(fā)明做出非本質(zhì)性的改進(jìn)和調(diào)整進(jìn) 行實(shí)施，應(yīng)仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例l本實(shí)施例生產(chǎn)硫酸所使用的膜耦合反應(yīng)器設(shè)置有3個(gè)反應(yīng)單元槽，反應(yīng)單元 槽的結(jié)構(gòu)如附圖2所示，為二膜三室單元系統(tǒng)，即反應(yīng)單元槽設(shè)置有由陰離子交 換膜5和陽(yáng)離子交換膜3與對(duì)應(yīng)設(shè)置的鉛陽(yáng)極7和不銹鋼陰極1構(gòu)成的陽(yáng)極室6、 陰極室2和料液室4，陽(yáng)極和陰極懸置于其對(duì)應(yīng)的極室內(nèi)，與其對(duì)應(yīng)的電源連接， 陽(yáng)極室設(shè)計(jì)有硫酸溶液排出口、氧氣排出口和水加入口，陰極室設(shè)計(jì)有堿溶液排 出口、氫氣排出口和水加入口，料液室設(shè)計(jì)有料液加入口。
本實(shí)施例的工藝流程如附圖1所示，操作過(guò)程為間歇操作。原料為磷銨生產(chǎn) 中的廢棄石膏，配料為氨水，二氧化碳為磷銨生產(chǎn)企業(yè)排放的廢氣。將廢棄磷石 膏、氨水和來(lái)自二氧化碳吸收器的碳酸氫銨溶液送入作為分解反應(yīng)器的1#反應(yīng) 器進(jìn)行分解反應(yīng)，生成硫酸銨和碳酸鈣。分解反應(yīng)器中氨水濃度約2.6 3.8 mol/L。充分反應(yīng)后過(guò)濾分離，除去固相碳酸鈣，將液相硫酸銨溶液送入反應(yīng)單 元槽的料液室，陰極室和陽(yáng)極室分別加入水。反應(yīng)槽中硫酸銨溶液的濃度約為 2mol/L。槽電壓為IOV左右(2 30V)。進(jìn)入料液室的硫酸銨溶液，其硫酸根陰 離子在電場(chǎng)作用下穿過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入陽(yáng)極室，與陽(yáng)極電離水產(chǎn)生的H+離子 結(jié)合成硫酸，在這一過(guò)程中同時(shí)生成02排出，銨根陽(yáng)離子在電場(chǎng)作用下穿過(guò)陽(yáng) 離子交換膜進(jìn)入陰極室，與陰極電離水產(chǎn)生HO—離子結(jié)合成氫氧化銨，在這一過(guò) 程中同時(shí)生成H2排出，反應(yīng)約15分鐘結(jié)束，排除硫酸，將氫氧化銨進(jìn)入二氧化 碳吸收器，吸收二氧化碳后生成碳酸氫銨，返回到作為分解反應(yīng)器的1#反應(yīng)器 進(jìn)行下一步循環(huán)。電流效率為75%左右，鹽轉(zhuǎn)化率為60%左右。
實(shí)施例2
本實(shí)施例生產(chǎn)硫酸所使用的膜耦合反應(yīng)器，設(shè)置有5個(gè)反應(yīng)單元槽，反應(yīng)單 元槽的結(jié)構(gòu)如附圖3所示，為四膜三室單元系統(tǒng)，即反應(yīng)單元槽設(shè)置有由陰離子 交換膜5和陽(yáng)離子交換膜3與對(duì)應(yīng)設(shè)置的鉛陽(yáng)極7和不銹鋼陰極1構(gòu)成的陽(yáng)極室 6、陰極室2和料液室4，在陽(yáng)極室和陰極室內(nèi)分別設(shè)置有雙極膜9、 8,陽(yáng)極和 陰極設(shè)置在其對(duì)應(yīng)的極室槽壁上，與其對(duì)應(yīng)的電源連接，陽(yáng)極室設(shè)計(jì)有硫酸溶液 排出口和水加入口，陰極室設(shè)計(jì)有堿溶液排出口和水加入口，料液室設(shè)計(jì)有料液 加入口。
本實(shí)施例的工藝流程與實(shí)施例1基本相同，也如附圖1所示。操作過(guò)程為連 續(xù)操作。原料為火電廠生產(chǎn)中的廢棄石膏，配料為氫氧化鈉，二氧化碳為火電廠排放的廢氣。將廢棄石膏、氫氧化鈉和來(lái)自二氧化碳吸收器的碳酸鈉溶液送入作 為分解反應(yīng)器的1#反應(yīng)器進(jìn)行分解反應(yīng)，生成硫酸鈉和碳酸鈣。氫氧化鈉濃度 約1.8 4.2mol/L,速率為2.5 3.5m3/h。充分反應(yīng)后過(guò)濾分離，除去固相碳酸鈣， 將液相硫酸鈉溶液送入反應(yīng)單元槽的料液室，陰極室和陽(yáng)極室分別加入水。硫酸 鈉溶液的濃度為2mol/L，速率為3.2 4.2mS/h。反應(yīng)單元槽的槽電壓為26 120V。 進(jìn)入料液室的硫酸鈉溶液，其硫酸根陰離子在電場(chǎng)作用下穿過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入 陽(yáng)極室，與雙極膜產(chǎn)生的IT離子結(jié)合成硫酸排出，鈉根陽(yáng)離子在電場(chǎng)作用下穿 過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入陰極室，與雙極膜產(chǎn)生的HCT離子結(jié)合成氫氧化鈉送入二氧 化碳吸收器，吸收二氧化碳后生成碳酸氫鈉，返回到作為分解反應(yīng)器的1#反應(yīng) 器循環(huán)。
實(shí)施例3
本實(shí)施例生產(chǎn)硫酸所使用的膜耦合反應(yīng)器設(shè)置有6個(gè)反應(yīng)單元槽，反應(yīng)單元 槽的結(jié)構(gòu)如附圖4所示，為三膜二室單元系統(tǒng)，即反應(yīng)單元槽設(shè)置有由陰離子交 換膜5和對(duì)應(yīng)設(shè)置的鉛陽(yáng)極7和不銹鋼陰極1構(gòu)成的陽(yáng)極室6、陰極料液室10， 在陽(yáng)極室和陰極料液室內(nèi)分別設(shè)置有雙極膜9、 8，陽(yáng)極和陰極設(shè)置在其對(duì)應(yīng)的 極室槽壁上，與其對(duì)應(yīng)的電源連接，陽(yáng)極室設(shè)計(jì)有硫酸溶液排出口和水加入口， 陰極料液室設(shè)計(jì)有堿溶液排出口、料液加入口和水加入口。
本實(shí)施例的工藝流程如附圖1所示，操作過(guò)程為間歇操作。原料為磷銨生產(chǎn) 中的廢棄石膏，配料為氫氧化鉀，二氧化碳為磷銨生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢氣。將廢 棄石膏、氫氧化鉀和來(lái)自二氧化碳吸收器的碳酸鉀溶液送入作為分解反應(yīng)器的 l弁反應(yīng)器進(jìn)行分解反應(yīng)，生成硫酸鉀和碳酸鈣。氫氧化鉀濃度約2.1 4.5mol/L。 充分反應(yīng)后過(guò)濾分離，除去固相碳酸鈣，將液相硫酸鉀溶液送入反應(yīng)單元槽的陰 極料液室，陽(yáng)極室加入水，反應(yīng)槽中硫酸鉀溶液的濃度約為2mol/L。水的加入 量根據(jù)硫酸產(chǎn)品質(zhì)量濃度為30%左右來(lái)確定。反應(yīng)單元槽的陰陽(yáng)極的電位差(電 場(chǎng)強(qiáng)度)為約80V (在26 120V范圍內(nèi)都可以)。進(jìn)入料液室的硫酸鉀溶液，硫 酸根陰離子在電場(chǎng)作用下穿過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入陽(yáng)極室，與雙極膜產(chǎn)生的H+離 子結(jié)合成硫酸排出，鉀根陽(yáng)離子陰極料液室，與雙極膜產(chǎn)生的HCT離子結(jié)合成 氫氧化鉀送入二氧化碳吸收器，吸收二氧化碳后生成碳酸氫鉀，返回到作為分解 反應(yīng)器的1#反應(yīng)器循環(huán)。
權(quán)利要求
1、一種廢棄石膏和二氧化碳生產(chǎn)硫酸的工藝方法，其特征是將廢棄石膏、配料和來(lái)自二氧化碳吸收器的碳酸鹽溶液送入分解反應(yīng)器進(jìn)行分解反應(yīng)，生成硫酸鹽和碳酸鈣，充分反應(yīng)后經(jīng)固液分離，除去固相碳酸鈣，將液相硫酸鹽溶液和水送入膜耦合反應(yīng)器進(jìn)行膜耦合反應(yīng)，硫酸根陰離子在電場(chǎng)和膜作用下與H+離子結(jié)合成硫酸排出，陽(yáng)離子與HO-離子結(jié)合成堿送入二氧化碳吸收器，吸收二氧化碳形成碳酸鹽返回到分解反應(yīng)器，所述電場(chǎng)強(qiáng)度為2～120V，所述配料為堿類化合物，其加入量為能滿足廢棄石膏分解需要量，所述水的加入量為能滿足硫酸根陰離子與H+離子結(jié)合和陽(yáng)離子與HO-離子結(jié)合需要量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢棄石膏和二氧化碳生產(chǎn)硫酸的工藝方法，其特征是所述堿類化合物為氫氧化鉀、氫氧化鈉或氨水。
3、 實(shí)施權(quán)利要求1或2所述廢棄石膏和二氧化碳生產(chǎn)硫酸工藝方法的膜耦合反應(yīng)器，其特征是反應(yīng)器至少含有一個(gè)反應(yīng)單元槽，反應(yīng)單元槽含有由陰膜和陽(yáng)膜及對(duì)應(yīng)設(shè)置的陽(yáng)極和陰極構(gòu)成的陽(yáng)極室、陰極室和料液室，陽(yáng)極室設(shè)計(jì)有硫酸溶液排出口和水加入口，陰極室設(shè)計(jì)有堿溶液排出口和水加入口，料液室設(shè)計(jì)有料液加入口。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的膜耦合反應(yīng)器，其特征是陽(yáng)極室和陰極室內(nèi)分別設(shè)置有雙極膜，雙極膜位于電極與對(duì)應(yīng)的膜之間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的膜耦合反應(yīng)器，其特征是所述陰膜為陰離子交換膜或陰離子半透膜。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的膜耦合反應(yīng)器，其特征是所述陽(yáng)膜為陽(yáng)離子交換膜或陽(yáng)離子半透膜。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的膜耦合反應(yīng)器，其特征是陽(yáng)極和陰極懸于其相應(yīng)的極室內(nèi)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的膜耦合反應(yīng)器，其特征是陽(yáng)極和陰極設(shè)置在其相應(yīng)極室的槽壁上。
9、 實(shí)施權(quán)利要求1或2所述廢棄石膏和二氧化碳生產(chǎn)硫酸工藝方法的膜耦合反應(yīng)器，其特征是反應(yīng)器至少含有一個(gè)反應(yīng)單元槽，反應(yīng)單元槽含有由陰膜與對(duì)應(yīng)設(shè)置的陽(yáng)極和陰極構(gòu)成的陽(yáng)極室、陰極料液室，陽(yáng)極室和陰極料室內(nèi)分別設(shè)置有雙極膜，雙極膜位于電極與對(duì)應(yīng)的膜之間或其它適當(dāng)?shù)奈恢茫?yáng)極室設(shè)計(jì)有硫酸溶液排出口和水加入口 ，陰極料液室設(shè)計(jì)有堿溶液排出口和料液加入口 。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的膜耦合反應(yīng)器，其特征是所述陰膜為陰離子交換膜或陰離子半透膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以廢棄石膏和二氧化碳生產(chǎn)硫酸的工藝方法及實(shí)施該工藝方法的膜耦合反應(yīng)器，其中生產(chǎn)硫酸的工藝方法主要包括，將廢棄石膏、堿類化合物配料和碳酸鹽溶液送入分解反應(yīng)器進(jìn)行分解反應(yīng)，生成硫酸鹽和碳酸鈣，硫酸鹽溶液送入膜耦合反應(yīng)器進(jìn)行膜耦合反應(yīng)，其硫酸根負(fù)離子在電場(chǎng)和膜的作用下與H⁺離子結(jié)合成硫酸，陽(yáng)離子與HO^-離子結(jié)合成堿送入二氧化碳吸收器，吸收二氧化碳形成的碳酸鹽返回到分解反應(yīng)器。所述膜耦合反應(yīng)器至少含有一個(gè)反應(yīng)單元槽，反應(yīng)單元槽含有由陰膜和陽(yáng)膜及對(duì)應(yīng)設(shè)置的陽(yáng)極和陰極構(gòu)成的陽(yáng)極室、陰極室和料液室，陽(yáng)極室設(shè)計(jì)有硫酸溶液排出口和水加入口，陰極室設(shè)計(jì)有堿溶液排出口和水加入口，料液室設(shè)計(jì)有料液加入口。
文檔編號(hào)C01B17/00GK101481096SQ200910058379
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2009年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月19日
發(fā)明者劉代俊, 軍 楊, 高麗花 申請(qǐng)人:四川大學(xué)