氨和尿素溶液煙氣凈化吸收液制過硫酸銨的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氨和尿素溶液煙氣凈化吸收液制過硫酸銨的裝置及方法。該裝置主要包括一個槽體、一個陰極板、一個陽極板、一張隔膜、一個陽極液儲液罐；一臺陽極液供液泵、一支陽極流量計、一個陰極液儲液罐、一臺陰極液供液泵、一支陰極流量計和直流穩(wěn)壓穩(wěn)態(tài)電源。陽極板和陰極板相對設置，且均連接于所述電源，以在陰極板與陽極板之間產生一個電場。該方法以電解槽為基礎進行脫硫脫硝吸收液制備過硫酸銨，并采用平板型隔膜隔開陰極電解液和陽極電解液；通過這些改進，再控制適當的反應電壓、溫度和時間。可有效的將低附加值的硫酸銨產品轉化為高附加值的過硫酸銨產品。本方法操作簡單，可應用于處理脫硫脫硝吸收液，具有環(huán)保、高效的特點。
【專利說明】氨和尿素溶液煙氣凈化吸收液制過硫酸銨的裝置及方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于大氣環(huán)保中處理煙氣脫硫脫硝吸收液的領域，涉及一種利用氨和尿素 溶液煙氣凈化吸收液制過硫酸銨的裝置及方法。

【背景技術】
[0002] 目前，國內無論是氨法煙氣脫硫還是濕法石灰-石膏法煙氣脫硫，或是濕法煙氣 同時脫硫脫硝均存在吸收液的高附加值的二次綠色處理問題。在我國實際工程中，濕法煙 氣脫硫脫硝吸收液實現完全意義上的循環(huán)資源化利用的較少，這造成了目前我國大量的濕 法煙氣脫硫脫硝吸收液不同程度的產生了二次污染問題，尤其以濕法煙氣脫硫的吸收液的 二次污染尤為突出，制約了濕法煙氣同時脫硫脫硝的進一步大力發(fā)展。因此，解決濕法煙氣 同時脫硫脫硝過程中吸收液的高附加值資源化利用是擺在我們面前的瓶頸問題之一。
[0003] 氨/尿素溶液煙氣同時脫硫脫硝工藝，是一種新型、高效、先進的的煙氣同時脫硫 脫硝方法，其運行費用相對較低，系統耗水量小，副產品為硫酸銨或亞硫酸氫銨，副產品易 于回收利用，是一種具有巨大前景的、有研究價值的同時脫硫脫硝技術之一。但目前其吸 收液的回收利用依然是采用常規(guī)的硫酸銨（或亞硫酸銨）結晶法進行資源化利用，硫酸銨 (或亞硫酸銨）結晶法耗能高，且副產品品質不高，價值也相對有限，且存在銷售困難的窘 境。經研究分析發(fā)現，過硫酸銨不僅銷售價格高，而且在國內有很好的現有的市場，并有巨 大的潛在市場，發(fā)展前景十分良好。在化工領域，工業(yè)生產過硫酸銨有兩種方法，即電解法 和蒽醌法。蒽醌法生產的過硫酸銨純度低，提純工藝繁瑣，且生產過程污染大。電解法生產 過程簡單，污染小，產品分離容易。并且工業(yè)電解法生產（NH 4)2S208的工藝已經比較成熟，其 主要是以硫酸銨或硫酸氫銨溶液為原料，原料相對單純。然而，在對氨和尿素溶液煙氣同時 脫硫脫硝吸收液的研究中發(fā)現，其吸收液中以硫酸銨和亞硫酸銨占主體，質量百分濃度約 為97%左右，其中硫酸銨質量百分濃度達到了 82%以上；硝酸銨質量百分濃度占2%左右， 亞硝酸銨質量百分濃度濃度小于1%。由于氨/尿素溶液煙氣同時脫硫脫硝吸收液中成分 相對復雜，且存在少量添加劑，其電解法生產（NH 4)2S208在國內外除東南大學熊源泉科研團 隊進行了一定的理論和實驗研究外，尚無任何其他相關的研究報道。
[0004] 硫酸銨電解制備過硫酸銨的原理如下：
[0005] 電解過程離子反應式：
[0006] 陽極：2S0廣一S2082>2e (1)
[0007] 陰極：2H++2e - H2 t (2)
[0008] 此過程發(fā)生的副反應主要有以下三個：
[0009] 陽極析氧反應：
[0010] 2H20 - 4H++02 個 +4e (3)
[0011] 過硫酸鹽水解生成盧卡酸，即過一硫酸：
[0012] S20廣+H20 - HSCV+HSCV (4)
[0013] 過硫酸根在陰極上還原：
[0014] S2082>2e - 2S0 廣 (5)


【發(fā)明內容】

[0015] 技術問題：本發(fā)明提供一種高效、耗能低、副產品價值高，工藝簡單便捷，工藝流程 短的氨和尿素溶液煙氣凈化吸收液制過硫酸銨的裝置，同時提供一種基于該裝置的氨和尿 素溶液煙氣凈化吸收液制過硫酸銨的方法。
[0016] 技術方案：本發(fā)明的氨和尿素溶液煙氣凈化吸收液制過硫酸銨的裝置，為電解槽， 包括由設置在槽體中的平板型隔膜分隔成的電解槽陽極室和陰極室，所述陽極室中設置有 陽極室出口和陽極室進口，內壁上設置有鈦鍍鉬陽極板，所述陰極室中設置有陰極室出口 和陰極室進口，內壁上設置有鈦陰極板，所述陽極室進口連接有陽極液供液泵和陽極流量 計，所述陰極室進口連接有陰極液供液泵和陰極流量計，在陽極室出口、陽極室進口、陰極 室出口和陰極室進口處分別設置有液體溫度傳感器。
[0017] 本發(fā)明裝置的優(yōu)選方案中，平板型隔膜采用離子膜。
[0018] 本發(fā)明的氨和尿素溶液煙氣凈化吸收液制過硫酸銨的方法，基于上述裝置，包括 以下步驟：
[0019] 1)將氨和尿素溶液煙氣凈化工藝所獲得的吸收液與抑氧劑混合后，泵入陽極室， 所述抑氧劑為硫氰酸銨或聚磷酸銨，同時將質量百分濃度10% -40%的硫酸溶液泵入陰極 室中；
[0020] 2)通過直流穩(wěn)壓穩(wěn)態(tài)電源在鈦鍍鉬陽極板和鈦陰極板之間施加5-7V的直流電進 行合成過硫酸銨的電解反應；
[0021] 3)電解3-5小時后，當陽極電解液中的過硫酸銨質量濃度達到200g/L以上時，將 陽極電解液排出進行結晶，得到高純度的過硫酸銨成品。
[0022] 本發(fā)明方法的優(yōu)選方案中，步驟1)中，抑氧劑占氨和尿素溶液煙氣凈化工藝所獲 得的吸收液的質量百分濃度為〇. 01% -〇. 1%。
[0023] 本發(fā)明利用氨和尿素溶液煙氣凈化工藝中產生的復雜吸收液制備過硫酸銨，工藝 簡單便捷，工藝流程短，并摒棄了目前普遍采用的結晶法制備硫酸銨（或亞硫酸銨）工藝帶 來的高能耗和低附加值的問題，降低了運行能耗、提升了副產品品質和附加值，從而有效的 降低煙氣脫硫脫硝的運行成本。
[0024] 有益效果：與現有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0025] 1.電解槽的陰極材料目前主要使用的是鉛陰極。鉛陰極易被電解腐蝕產生硫酸鉛 沉淀，形成鉛泥，對環(huán)境造成一定的污染。本發(fā)明采用尚未見于報道的鈦板材料作為陰極， 其抗腐蝕性很好、穩(wěn)定性較強、無污染、成本低，是一種理想的陰極材料。
[0026] 2.國內過硫酸銨行業(yè)廣泛采用素瓷膜把陰極室和陽極室分隔開來，雖然其安裝方 便，但是槽電壓比較高。本發(fā)明采用了槽電壓低、耗能低且對離子的分離效率高的平板型隔 膜--離子膜。
[0027] 3.國內目前針對氨和尿素溶液同時脫硫脫硝吸收液均采用常規(guī)的硫酸銨或亞硫 酸銨結晶法進行資源化利用，但是結晶法的高耗能以及副產品的低附加值使得煙氣脫硫脫 硝工藝運行成本居高不下，嚴重制約了該工藝的大力推廣與應用。然而，通過將余液電解 合成過硫酸銨工藝具有反應條件溫和、流程簡單、易于實現自動控制、副產物選擇性高、無 二次污染，是綠色合成的關鍵途徑之一。電解產物一過硫酸鹽具有應用范圍廣、市場需求 大、價格高等優(yōu)勢，約為硫酸銨價格的10倍左右，可以大幅度提高副產物的附加值，降低煙 氣脫硫脫硝系統的運行成本。
[0028] 5.對氨和尿素溶液同時脫硫脫硝吸收液通過電解制備過硫酸銨，再由結晶法提純 過硫酸銨，余液再循環(huán)至脫硫脫硝的吸收液循環(huán)系統中作為脫硫脫硝的吸收液，從而形成 一個封閉的脫硫脫硝吸收液循環(huán)與處理系統，實現副產品高附加值利用，且無二次污染排 放的目標。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1為氨和尿素溶液煙氣凈化吸收液制過硫酸銨的裝置平面示意圖。
[0030] 圖2為氨和尿素溶液煙氣凈化吸收液高附加值利用與再循環(huán)的系統裝置圖。
[0031] 圖中有：1.陽極室；2、陰極室；3、鈦鍍鉬陽極板；4、鈦陰極板；5、平板型隔膜；6、 陽極出口；7、陽極進口；8、陰極出口；9、陰極進口；10、液體溫度傳感器；11、陽極液儲液罐； 12、陰極液儲液罐；13、陽極液供液泵；14、陰極液供液泵；15、陽極流量計；16、陰極流量計； 17、直流穩(wěn)壓穩(wěn)態(tài)電源；18、脫硫脫硝吸收塔；19、吸收液儲液槽；20、電解槽；21、結晶器； 22、脫硫脫硝循環(huán)液中和泵；23、中和反應器；24、中和反應液排出泵；25、結晶器供液泵； 26、余液回流泵；27、脫硫脫硝吸收液循環(huán)泵。

【具體實施方式】
[0032] 下面結合說明書附圖和實施例來對本發(fā)明進行詳細闡述。
[0033] 實施例1 :本發(fā)明的氨和尿素溶液煙氣凈化吸收液制過硫酸銨的裝置，包括由設 置在電解槽體中間的平板型隔膜5、陽極室1和陰極室2,陽極室1中設置有陽極室出口 6 和陽極室進口 7,內壁上設置有鈦鍍鉬陽極板3,陰極室2中設置有陰極室出口 8和陰極室 進口 9,內壁上設置有鈦陰極板4,陽極室進口 7連接有陽極液供液泵16和陽極流量計18， 陽極室進口流量由陽極液供液泵16和陽極流量計18來控制，陰極室進口 9連接有陰極液 供液泵17和陰極流量計19,陽極室進口流量由陽極液供液泵17和陽極流量計19來控制， 在陽極室出口 6和陰極室出口 8處分別設有陽極出口處液體溫度傳感器和陰極出口處液體 溫度傳感器1 〇來檢測陽極室和陰極室出口液體的溫度，在陽極室進口 7和陰極室進口 9處 分別設置有液體溫度傳感器10來檢測陽極室和陰極室進口液體的溫度。
[0034] 通過脫硫脫硝循環(huán)液中和泵22將脫硫脫硝吸收塔18下部的吸收液儲液槽19中 的吸收液泵入中和反應器23中，通過加入一定量的氨水將循環(huán)液的pH調節(jié)在4-6之間，由 中和反應液排出泵24將中和后的溶液（溶液中的硫酸銨質量濃度為328g/L，亞硫酸銨質 量濃度為56g/L，硝酸銨質量濃度為12g/L，亞硝酸銨質量濃度為4. 3g/L，尿素質量濃度為 1. 15g/L，二乙醇胺和三乙醇胺的質量百分濃度為0. 015%，陽極抑氧添加劑硫氰酸銨（或 聚磷酸銨）的質量百分濃度為〇. 1% )泵入陽極液儲液罐11，然后由陽極液供液泵13將陽 極溶液送入電解槽20中的陽極室1進行循環(huán)電解反應。同時，陰極液供液泵14將陰極液 儲液槽12中的硫酸溶液泵入電解槽20的陰極室2中進行循環(huán)電解反應，并通過及時的補 充硫fe溶液保證陰極液儲液罐12中硫酸質量百分濃度維持在10%。加在電解槽20上的欽 陰極板4和鈦鍍鉬陽極板3之間的電流為直流電，電壓維持為5 - 7V之間。當陽極電解液 中的過硫酸銨質量濃度達到200g/L以上時，結晶器供液泵25將陽極電解液送入結晶器21 中經過離心分離，得到固體過硫酸銨成品。從結晶器21流出的余液去除雜質后經由余液回 流泵26再進入脫硫脫硝吸收塔18下部的吸收液儲液槽19中，通過及時的補充一定量的氨 /尿素混合溶液后，經由脫硫脫硝吸收液循環(huán)泵27將脫硫脫硝吸收液送入脫硫脫硝吸收塔 18上部的噴淋層中，進行同時脫硫脫硝反應。從而形成一個封閉的吸收液循環(huán)與處理系統， 實現無二次污染排放的目標。
[0035] 實施例2 :通過脫硫脫硝循環(huán)液中和泵22將脫硫脫硝吸收塔18下部的吸收液 儲液槽19中的吸收液泵入中和反應器23中，通過加入一定量的氨水將循環(huán)液的pH調節(jié) 在4-6之間，由中和反應液排出泵24將中和后的溶液（溶液中的硫酸銨濃度為328g/L， 亞硫酸銨質量濃度為56g/L，硝酸銨質量濃度為12g/L，亞硝酸銨質量濃度為4. 3g/L，尿素 質量濃度為1. 15g/L，二乙醇胺和三乙醇胺的質量百分濃度為0. 015%，陽極抑氧添加劑硫 氰酸銨（或聚磷酸銨）占氨和尿素溶液煙氣凈化工藝所獲得的吸收液的質量百分濃度為 0. 01% )泵入陽極液儲液罐11，然后由陽極液供液泵13將陽極溶液送入電解槽20中的陽 極室1進行循環(huán)電解反應。同時，陰極液供液泵14將陰極液儲液槽12中的質量百分濃度 25%硫酸溶液泵入電解槽20的陰極室2中進行循環(huán)電解反應，并通過及時的補充硫酸溶液 保證陰極液儲液罐12中硫酸質量百分濃度維持在10-40%。加在電解槽20上的鈦陰極板 4和鈦鍍鉬陽極板3之間的電流為直流電，電壓維持為5 - 7V之間。當陽極電解液中的過 硫酸銨質量濃度達到200g/L以上時，結晶器供液泵25將陽極電解液送入結晶器21中經過 離心分離，得到固體過硫酸銨成品。從結晶器21流出的余液去除雜質后經由余液回流泵26 再進入脫硫脫硝吸收塔18下部的吸收液儲液槽19中，通過及時的補充一定量的氨/尿素 溶液后，經由脫硫脫硝吸收液循環(huán)泵27將脫硫脫硝吸收液送入脫硫脫硝吸收塔18上部的 噴淋層中，進行同時脫硫脫硝反應。從而形成一個封閉的吸收液循環(huán)與處理系統，實現無二 次污染排放的目標。
[0036] 實施例3中，泵入陰極室2中硫酸溶液的質量百分濃度為40%，泵入陽極室1的抑 氧劑占氨和尿素溶液煙氣凈化工藝所獲得的吸收液的質量百分濃度為〇. 055%。基本流程 和其余參數同實施例1。
[0037] 實施例4中，泵入陰極室2中硫酸溶液的質量百分濃度為30%，泵入陽極室1的抑 氧劑占氨和尿素溶液煙氣凈化工藝所獲得的吸收液的質量百分濃度為〇. 03%?；玖鞒毯?其余參數同實施例2。
[0038] 實施例5中，泵入陰極室2中硫酸溶液的質量百分濃度為15%，泵入陽極室1的抑 氧劑占氨和尿素溶液煙氣凈化工藝所獲得的吸收液的質量百分濃度為〇. 08 %?；玖鞒毯?其余參數同實施例2。
[0039] 上述實施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術 人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和等同替換，這些對本發(fā)明 權利要求進行改進和等同替換后的技術方案，均落入本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1. 一種氨和尿素溶液煙氣凈化吸收液制過硫酸銨的裝置，其特征在于，該裝置為電解 槽，包括由設置在槽體中的平板型隔膜（5)分隔成的電解槽陽極室（1)和陰極室（2)，所述 陽極室（1)中設置有陽極室出口（ 6 )和陽極室進口（ 7 )，內壁上設置有鈦鍍鉬陽極板（3 )，所 述陰極室（2)中設置有陰極室出口（8)和陰極室進口（9)，內壁上設置有鈦陰極板（4)，所述 陽極室進口（ 7 )連接有陽極液供液泵（16 )和陽極流量計（18 )，所述陰極室進口（ 9 )連接有 陰極液供液泵（17)和陰極流量計（19)，在陽極室出口（6)、陽極室進口（7)、陰極室出口（8) 和陰極室進口（9)處分別設置有液體溫度傳感器（10)。
2. 根據權利要求1所述的氨和尿素溶液煙氣凈化吸收液制過硫酸銨的裝置，其特征在 于，所述平板型隔膜（5 )采用離子膜。
3. -種氨和尿素溶液煙氣凈化吸收液制過硫酸銨的方法，其特征在于，該方法基于權 利要求1或2所述裝置，包括以下步驟： 1) 將氨和尿素溶液煙氣凈化工藝所獲得的吸收液與抑氧劑混合后，泵入陽極室（1)， 所述抑氧劑為硫氰酸銨或聚磷酸銨，同時將質量百分濃度10%_40%的硫酸溶液泵入陰極室 (2)中； 2) 通過直流穩(wěn)壓穩(wěn)態(tài)電源（19)在鈦鍍鉬陽極板（3)和鈦陰極板（4)之間施加5-7V的 直流電進行合成過硫酸銨的電解反應； 3) 電解3-5小時后，當陽極電解液中的過硫酸銨質量濃度達到200g/L以上時，將陽極 電解液排出進行結晶，得到高純度的過硫酸銨成品。
4. 根據權利要求3所述的氨和尿素溶液煙氣凈化吸收液制過硫酸銨的方法，其特征在 于，所述步驟1)中，抑氧劑占氨和尿素溶液煙氣凈化工藝所獲得的吸收液的質量百分濃度 為 0· 01%-0· 1%。
【文檔編號】C25B1/28GK104152943SQ201410405163
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權日:2014年8月15日
【發(fā)明者】熊源泉, 王穎, 張平 申請人:東南大學, 南京源紫尚藍能源科技有限公司