一種雙極膜電滲析煙氣脫硫系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種煙氣脫硫工藝，特別是一種雙極膜電滲析煙氣脫硫系統(tǒng)和方法， 屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在我國能源資源結(jié)構(gòu)中，煤炭占主導(dǎo)地位。燃煤排放的二氧化硫是主要的污 染物，連續(xù)十多年超過2000萬噸，居世界首位。二氧化硫是造成酸雨的一個主要原因，酸雨 會使得森林枯萎，土壤和湖泊酸化，農(nóng)作物減產(chǎn)，金屬和建筑材料被腐蝕。因此將煙氣中的 二氧化硫進行回收利用具有十分重要的意義。
[0003] 煙氣脫硫是控制二氧化硫排放和酸雨污染的最有效、最主要的技術(shù)手段。世界各 國研宄開發(fā)的煙氣脫硫技術(shù)上百種，但商業(yè)應(yīng)用的不超過20種。在國內(nèi)，煙氣脫硫技術(shù)應(yīng) 用最廣的是媽法，其次是鈉法和氨法。
[0004] 鈣法以石灰/石灰石為脫硫劑，按有無液相介入，又可以分為濕法，半干法和干 法。濕法脫硫技術(shù)成熟，脫硫效率高，運行可靠，操作簡單，但脫硫產(chǎn)物的處理比較麻煩，占 地面積和投資較大；干法、半干法的脫硫產(chǎn)物為干粉狀，處理容易，工藝較簡單，投資一般低 于傳統(tǒng)濕法，但用石灰（石灰石）做脫硫劑的干法、半干法的Ca/S比高，脫硫效率和脫硫劑 的利用率低，調(diào)峰能力差，脫硫后的產(chǎn)物同樣難以處理。
[0005] 鈉法以氫氧化鈉、碳酸鈉或碳酸氫鈉等鈉堿為脫硫劑，鈉堿對二氧化硫的吸收速 率比鈣堿快，所需要的液氣比低很多，可以節(jié)省動力消耗，而且系統(tǒng)內(nèi)所有化合物均是溶液 狀態(tài)，可以避免設(shè)備和管道的結(jié)垢與堵塞問題；但由于鈉堿價格較貴，如果鈉堿在系統(tǒng)內(nèi)不 能再生，會導(dǎo)致運行費用高，并且產(chǎn)生高濃度含鹽廢水，其排放同樣會對環(huán)境造成影響。
[0006] 氨法以合成氨為脫硫劑，氣相條件下氨、水和二氧化硫迅速反應(yīng)，產(chǎn)物是硫酸銨， 可用作化肥，無二次污染。但是脫硫系統(tǒng)溫度高，造成氨逃逸；另外脫硫產(chǎn)物有一部分是氣 溶膠狀態(tài)的不穩(wěn)定的亞銨鹽，回收十分困難，氨法的經(jīng)濟性不能體現(xiàn)，排空后又會有部分分 解成二氧化硫，形成二次污染。
[0007] 美國專利US4082835和US4107015公開了多種以雙極膜電滲析技術(shù)為基礎(chǔ)的煙氣 脫硫技術(shù)。該技術(shù)包括：（1)采用鈉堿（NaOH、Na 2C03、NaHC03、Na2SO3)作為脫硫劑，吸收煙 氣中SO 2，飽和后為亞硫酸氫鈉 NaHSO3; (2)吸收飽和液通入一個雙極膜電滲析（雙極膜/ 陽膜組合或雙極膜/陽膜/陰膜組合）中，產(chǎn)生兩股水流，一股富含亞硫酸，一股富含鈉堿； (3)富含亞硫酸的水流進入減壓蒸餾裝置，產(chǎn)生高純SO 2氣體，儲存用作他用；(4)富含鈉 堿的水流和減壓蒸餾的部分殘液返回鈉堿儲液罐，繼續(xù)吸收煙氣中SO2; (5)減壓蒸餾的另 一部分部分殘液進入蒸汽蒸發(fā)裝置，產(chǎn)生含SO2蒸汽為減壓蒸餾裝置提供熱源并一起回收 SO2，殘液多次蒸發(fā)后將系統(tǒng)中的硫酸鈉富集，最后排出整個系統(tǒng)。另外美國專利US4629545 也公開了一種雙極膜電滲析煙氣脫硫方法，與上述兩個專利不同的是：吸收飽和液先經(jīng)過 預(yù)熱后進入減壓蒸餾裝置，減壓蒸餾后的殘液一部分進入雙極膜電滲析制取酸和堿。這些 方法使用鈉堿吸收煙氣中二氧化硫，吸收效率高，調(diào)峰能力強；同時能再生吸收液，堿得到 循環(huán)利用，節(jié)省原料的使用；二氧化硫得到富集，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟價值；但是還存在以下缺 點：（1)煙氣的熱量沒有很好的利用；（2)系統(tǒng)需要使用蒸汽，對設(shè)備要求更高，同時增加運 行費用；（3)系統(tǒng)產(chǎn)生的高濃硫酸鈉廢水最后外排，造成二次污染；(4)外排硫酸鈉造成鈉 損失，需要額外補充鈉堿維持系統(tǒng)正常運行，增加運行費用；（5)煙氣中氧含量過高嚴重影 響系統(tǒng)正常運行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了避免上述脫硫技術(shù)工藝中存在的缺點和不足之處，本發(fā)明設(shè)計了雙極膜電滲 析煙氣脫硫工藝，本發(fā)明具有工藝流程簡潔，脫硫效率高，脫硫劑能夠循環(huán)利用，SO 2能夠綜 合利用，避免二次污染，煙氣余熱回收綜合利用等優(yōu)點。
[0009] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0010] 一種雙極膜電滲析煙氣脫硫系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括煙氣冷卻裝置、脫硫塔、脫硫劑 儲罐、緩沖罐、氧化池、鹽水儲罐、鹽水箱、酸水箱、雙極膜電滲析器和堿液儲罐等，所述的煙 氣冷卻裝置、脫硫塔、緩沖罐、氧化池、鹽水儲罐和鹽水箱依次串連，所述的鹽水箱通過雙極 膜電滲析器的堿室與堿液儲罐連接，所述的堿液儲罐與脫硫劑儲罐連接，所述的脫硫劑儲 罐與脫硫塔連接，所述的酸水箱與雙極膜電滲析器的酸室連接。
[0011] 所述的煙氣冷卻裝置為氣液換熱方式，冷媒介質(zhì)為常溫自來水。該煙氣冷卻裝置 還包括清水泵和清水管道。
[0012] 所述的脫硫塔包括漿池區(qū)、填料區(qū)、噴淋區(qū)和除霧區(qū)，具有循環(huán)噴淋功能。
[0013] 所述的氧化池與鹽水儲罐之間還設(shè)置過濾器；所述的過濾器過濾精度為0. 5~ 10 μ m〇
[0014] 所述的雙極膜電滲析器為雙極膜/陰膜的二隔室結(jié)構(gòu)，雙極膜電滲析器中雙極 膜、陰膜均為均相膜。
[0015] -種雙極膜電滲析煙氣脫硫方法，包含以下步驟：
[0016] A煙氣余熱回收：除塵后的煙氣首先經(jīng)過煙氣冷卻裝置，與自來水換熱，溫度降至 40 ~70°C ;
[0017] B煙氣吸收：冷卻后的煙氣經(jīng)風(fēng)機進入脫硫塔，脫硫塔包括漿池區(qū)、填料區(qū)、噴淋 區(qū)和除霧區(qū)，煙氣垂直向上穿過填料區(qū)，脫硫劑經(jīng)循環(huán)泵通入脫硫塔上部從噴淋管的噴嘴 噴出，均勻的分散在填料區(qū)中填料表面上，與煙氣逆流接觸吸收其中的二氧化硫，反應(yīng)生成 亞硫酸鈉，匯集到位于脫硫塔底部的漿池區(qū)，繼續(xù)循環(huán)噴淋，直至吸收液的pH值達到2~7 排出；脫硫后的煙氣經(jīng)除霧區(qū)去除液滴后，通過煙道排入大氣，煙氣出口平均含硫量控制在 100mg/m 3 以下；
[0018] C吸收液預(yù)處理：脫硫塔漿池區(qū)的吸收液排出后，儲存在緩沖罐中，再通入氧化 池，氧化池采用空氣對吸收液中的亞硫酸根進行氧化，氧化后吸收液轉(zhuǎn)變成為硫酸鈉溶液， 該硫酸鈉溶液經(jīng)過濾器過濾進入雙極膜電滲析系統(tǒng)的鹽水儲罐中；
[0019] D雙極膜電滲析再生堿：鹽水儲罐中的硫酸鈉溶液通入到雙極膜電滲析系統(tǒng)中的 鹽水箱，再進入雙極膜電滲析器的堿室，雙極膜電滲析器采用雙極膜/陰膜的二隔室結(jié)構(gòu)， 硫酸鈉在堿室中轉(zhuǎn)變?yōu)闅溲趸c，達到一定濃度后排入堿液儲罐中，而雙極膜電滲析器的 酸室初始通入純水，在運行過程中逐漸產(chǎn)生硫酸，達到一定濃度后排出，然后補充純水；
[0020] E再生堿的循環(huán)利用：堿液儲罐中的堿液輸送到脫硫劑儲罐作為脫硫劑使用，用 于吸收塔煙氣脫硫。
[0021] 初始脫硫劑可以使用氫氧化鈉、碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液中的一種或任兩種任一比 例的搭配組合，脫硫劑的質(zhì)量百分濃度為3~8%。
[0022] 本發(fā)明各步驟涉及的化學(xué)反應(yīng)過程：
[0023] 步驟B煙氣吸收過程中，吸收液吸收煙氣中的酸性氣體，吸收液的pH值是逐漸降 低的，化學(xué)反應(yīng)方程如下：
[0024] 2Na0H+C02- Na 2C03+H20
[0025] Na2C03+H20+C02- 2NaHCO 3
[0026] 2NaHC03+S02- Na 2S03+H20+2C02
[0027] 2Na0H+S02- Na 2S03+H20
[0028] Na2S03+H20+S02- 2NaHSO 3
[0029] 煙氣中 02部分氧化：2Na 2S03+02- 2Na 2S04
[0030] 步驟C預(yù)處理階段，氧化池中通壓縮空氣強制氧化，化學(xué)反應(yīng)如下：
[0031] 2SO 廣+02-2S0 42-
[0032] 步驟D雙極膜電滲析再生堿過程，化學(xué)反應(yīng)如下：
[0033] 雙極膜水解離：H20 - H++OH-
[0034] 堿室：Na++OF- NaOH
[0035] 酸室：SO 廣+2H+- H2SO4
[0036] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0037] 1、采用煙氣換熱器對煙氣進行冷卻，回收煙氣中的余熱。
[0038] 2、使用鈉堿作為脫硫劑，吸收效率高，脫硫塔液氣比低，節(jié)省動力消耗，脫硫產(chǎn)物 都保持在溶液，可以避免設(shè)備與管道的結(jié)垢與堵塞問題。
[0039] 3、采用雙極膜電滲析對脫硫產(chǎn)物進行再生，脫硫劑循環(huán)利用，減少了脫硫劑使用， 避免脫硫產(chǎn)物的二次污染，降低運行費用。
[0040] 4、煙氣中二氧化硫通過本發(fā)明方法脫硫最終轉(zhuǎn)變成硫酸溶液，可用于離子交換樹 脂再生，鋼鐵清洗等方面，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟價值，實現(xiàn)了硫資源的綜合利用。
【附圖說明】
[0041] 圖1是雙極膜電滲析煙氣脫硫系統(tǒng)示意圖和工藝流程圖。
[0042] 主要附圖標(biāo)記說明：
[0043] 1除塵煙氣 2煙氣冷卻