專(zhuān)利名稱(chēng)：以太陽(yáng)能為能源進(jìn)行電解循環(huán)煙氣脫硫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能源及環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，是一種以太陽(yáng)能為能源，利用半干法脫硫產(chǎn)物電解循環(huán)利用并資源化的方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)的無(wú)續(xù)發(fā)展使二氧化硫(SO2)大肆排放造成大氣污染，導(dǎo)致酸雨產(chǎn)生和種種生態(tài)災(zāi)難，給社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)建設(shè)及人民生活帶來(lái)嚴(yán)重的影響。近年來(lái)，這一問(wèn)題已引起國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注，控制二氧化硫排放已經(jīng)成為全世界共同的行動(dòng)。半干法煙氣脫硫技術(shù)是以氫氧化鈉(NaOH)作為脫硫劑的一種處理方法，其脫硫速度和脫硫效率與濕法煙氣脫硫技術(shù)相當(dāng)，因此，得到業(yè)界的廣泛認(rèn)同并已經(jīng)成為本技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展方向之一。半干法煙氣脫硫技術(shù)的脫硫產(chǎn)物為粉末狀的亞硫酸鈉(Na2SO3)和硫酸鈉(Na2SO4),同時(shí)，由于脫硫劑的用量少，所以處理后煙氣溫度下降小，有利于降低能耗，而且脫硫煙氣壓降小。但是，由于脫硫劑價(jià)格遠(yuǎn)高于石灰石-石膏，因此，目前以氫氧化鈉作為脫硫劑的半干法煙氣脫硫技術(shù)尚未能進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)半干法煙氣脫硫技術(shù)進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)采用離子交換膜電解由脫硫產(chǎn)物Na2SO4粉末配制的溶液并選擇適當(dāng)?shù)暮辖痣姌O可以在較低槽電壓和電流密度的條件下高效地制備N(xiāo)aOH、H2和硫酸(&S04)，此時(shí)氫氧化鈉可循環(huán)脫硫再生，而且在產(chǎn)率、槽電壓分布及能耗上與工業(yè)化氯堿生產(chǎn)的條件相近。中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)“廢氣脫硫方法及裝置”(專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN138^89)、“脫硫劑可再生的脫硫方法及裝置”(專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN1382518A)、“電解法脫除二氧化硫”(專(zhuān)利公開(kāi)號(hào) CN1339332A)和“反式雙膜三室電解槽”(專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN1369576A)公開(kāi)了一些采用電解法對(duì)脫硫劑進(jìn)行再生的技術(shù)，但是，這些技術(shù)基本上都是濕法-電解工藝，是以脫硫的亞硫酸鈉廢水為電解對(duì)象，采用氫氧化鈉、亞硫酸鈉、氯化鈉混合液作為脫硫劑，脫硫后的產(chǎn)物為混合脫硫廢液，電解產(chǎn)物為二氧化硫氣體、混合液(含氫氧化鈉、亞硫酸鈉、氯化鈉)，——上述文獻(xiàn)中，“反式雙膜三室電解槽”(專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN1369576A)除外，其電解產(chǎn)物為氫氧化鈉和二氧化硫氣體，對(duì)二氧化硫氣體必須經(jīng)過(guò)進(jìn)一步反應(yīng)才能制得硫酸。以上專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)的技術(shù)電解時(shí)所需要的能源都來(lái)自國(guó)家電網(wǎng)通過(guò)穩(wěn)壓穩(wěn)流電源提供。因此，能耗問(wèn)題是以氫氧化鈉作為脫硫劑的半干法煙氣脫硫技術(shù)尚未能進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的主要原因之
ο太陽(yáng)能是當(dāng)前地球上最豐富的能源，一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤共計(jì)約1.892X IO13千億噸，是目前地球上主要能源探明儲(chǔ)量的一萬(wàn)倍，而目前太陽(yáng)能的大部分能量還沒(méi)有得到充分的利用。太陽(yáng)能不僅是一次能源，而且是可再生能源，它資源豐富，既可無(wú)償使用，又無(wú)運(yùn)輸?shù)穆闊瑢?duì)環(huán)境也無(wú)任何污染，是人類(lèi)正在積極利用的綠色能源。這些都促使太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)成為目前發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一。2004年全球安裝的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)容量已超過(guò)1000兆瓦。太陽(yáng)能技術(shù)還被用于人造衛(wèi)星、國(guó)際空間站等眾多領(lǐng)域。在眾多能源技術(shù)中，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)是當(dāng)前最清潔的能源技術(shù)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是利用光電材料的光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)將太陽(yáng)的光輻射能量直接轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)，這一轉(zhuǎn)換過(guò)程是電子介質(zhì)的物理轉(zhuǎn)換過(guò)程，不涉及化學(xué)反應(yīng)，其轉(zhuǎn)換過(guò)程涉及的時(shí)空尺度非常小，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中不產(chǎn)生污染，因此不會(huì)影響人類(lèi)的生存環(huán)境。所以，如果能將太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)與半干法煙氣脫硫技術(shù)結(jié)合起來(lái)，將會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)積極的效果。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決目前半干法煙氣脫硫技術(shù)的能耗問(wèn)題，提出一種以太陽(yáng)能為能源進(jìn)行電解循環(huán)煙氣脫硫的方法在電解循環(huán)煙氣脫硫過(guò)程中利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電直接使用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換的電能(電能的產(chǎn)生、輸送不與現(xiàn)有的電力電網(wǎng)相連接)，利用電能加熱并轉(zhuǎn)換為化學(xué)能(過(guò)程中不涉及化學(xué)反應(yīng)和排放)，采用高濃度氫氧化鈉溶液為脫硫劑，電解對(duì)象為配制的硫酸鈉溶液，電解產(chǎn)物分別為高純度氫氧化鈉溶液和硫酸溶液，以提高脫硫速度和脫硫效率，減少污水和廢渣的產(chǎn)生。在整個(gè)過(guò)程中不涉及石油和碳的消耗，使二氧化碳的排放降到最低。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為
以太陽(yáng)能為能源進(jìn)行電解循環(huán)煙氣脫硫的方法，其特征是，包括以下步驟 (1)設(shè)置太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，所述的光伏發(fā)電系統(tǒng)包括光伏電池板、太陽(yáng)能控制器和蓄能器，由太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電和/或向蓄能器儲(chǔ)備電能；
(2 )設(shè)置電解循環(huán)脫硫裝置，所述的電解循環(huán)脫硫裝置包括直流穩(wěn)壓器、脫硫塔與電解槽，由太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)或蓄能器為電解循環(huán)脫硫裝置供電；
(3)將含硫煙氣導(dǎo)入半干法脫硫塔，用質(zhì)量濃度>10%的氫氧化鈉溶液作為脫硫劑，對(duì)含硫廢氣進(jìn)行半干法脫硫；
(4)將脫硫產(chǎn)物(主要為硫酸鈉粉末)用水溶解后配成電解液；
(5)采用金屬氧化物電極為陽(yáng)極、鎳或鋼電極為陰極、由陰陽(yáng)離子交換膜分離的三室體系電解硫酸鈉溶液；
(6)陰極產(chǎn)生的高濃度氫氧化鈉溶液經(jīng)稀釋至質(zhì)量濃度為10%后循環(huán)用于煙氣脫硫， 陽(yáng)極產(chǎn)生的高純度濃硫酸可直接作為商品化的硫酸，中間室電解后的稀硫酸鈉溶液用硫酸鈉粉末提高濃度后循環(huán)進(jìn)入中間室進(jìn)行電解。進(jìn)一步，步驟(3)采用的氫氧化鈉的質(zhì)量濃度> 10%，脫硫后不形成廢水，生成的脫硫產(chǎn)物為硫酸鈉粉末。進(jìn)一步，在步驟(4)后先采用軟水溶解硫酸鈉并進(jìn)行電解液精制，然后再進(jìn)入步驟 (5)。進(jìn)一步，所述的電解液精制過(guò)程為對(duì)脫硫廢水進(jìn)行沉淀和過(guò)濾。進(jìn)一步，在步驟(5)中，電解池陰極室導(dǎo)入稀氫氧化鈉溶液、陽(yáng)極室導(dǎo)入稀硫酸溶液、中間室導(dǎo)入濃硫酸鈉溶液進(jìn)行電解。進(jìn)一步，所述的濃硫酸鈉溶液通過(guò)中間室進(jìn)口進(jìn)入電解槽的中間室，中間室采用陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜分別與陰極室和陽(yáng)極室隔開(kāi)；電解后陰極室產(chǎn)生的稀氫氧化鈉溶液通過(guò)蠕動(dòng)泵由陰極室進(jìn)口導(dǎo)入陰極室，電解提濃后由陰極室出口導(dǎo)出濃氫氧化鈉溶液；電解后陽(yáng)極室產(chǎn)生的稀硫酸溶液通過(guò)蠕動(dòng)泵由陽(yáng)極室進(jìn)口導(dǎo)入陽(yáng)極室，電解提濃后由陽(yáng)極室出口導(dǎo)出濃硫酸溶液；硫酸鈉電解液電解稀釋后由中間室的出口放出。
進(jìn)一步，所述的陰極室出口導(dǎo)出的濃氫氧化鈉溶液用軟水稀釋至質(zhì)量濃度為10% 后可循環(huán)用于半干法脫硫；陽(yáng)極室出口導(dǎo)出的濃硫酸溶液可直接作為商品化的硫酸；中間室出口導(dǎo)出的稀硫酸鈉溶液可重新進(jìn)入脫硫步驟進(jìn)行循環(huán)利用。本發(fā)明以太陽(yáng)能為能源進(jìn)行電解循環(huán)煙氣脫硫的方法的積極效果是
(1)將太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)與電解循環(huán)脫硫技術(shù)結(jié)合起來(lái)，解決了電解循環(huán)脫硫裝置的能耗問(wèn)題，更節(jié)約資源和有利于環(huán)境保護(hù)。(2)采用本發(fā)明的電解循環(huán)煙氣脫硫的方法能有效地脫除含硫廢氣中的二氧化硫，本發(fā)明與濕法煙氣脫硫技術(shù)相比具有脫硫裝置更小、投資少、運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，而且脫硫后煙氣的溫度下降小，可大大降低脫硫時(shí)的能耗，并且不會(huì)產(chǎn)生大量的脫硫廢水和廢渣。(3)采用高濃度氫氧化鈉溶液為脫硫劑，電解對(duì)象為配制的硫酸鈉溶液，電解產(chǎn)物分別為高純度氫氧化鈉溶液和硫酸溶液(產(chǎn)生的濃硫酸純度高，可直接商品化)，提高了脫硫速度和脫硫效率，減少了污水和廢渣的產(chǎn)生，能滿(mǎn)足工業(yè)化應(yīng)用的要求。
附圖1為本發(fā)明以太陽(yáng)能為能源進(jìn)行電解循環(huán)煙氣脫硫的方法的流程框圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合
本發(fā)明以太陽(yáng)能為能源進(jìn)行電解循環(huán)煙氣脫硫的方法的具體實(shí)施方式
，需要指出的是，本發(fā)明的實(shí)施不限于以下的實(shí)施方式。參見(jiàn)附圖1。以太陽(yáng)能為能源進(jìn)行電解循環(huán)煙氣脫硫的方法，包括以下步驟 (1)設(shè)置太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，所述的光伏發(fā)電系統(tǒng)包括光伏電池板、太陽(yáng)能控制器和
蓄能器，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)既可直接供電也可向蓄能器儲(chǔ)備電能，以達(dá)到既有太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)直接供電，又有蓄能器間接供電。(2)安裝電解循環(huán)脫硫裝置，所述的電解循環(huán)脫硫裝置包括直流穩(wěn)壓器、脫硫塔與電解槽，由太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)或蓄能器為電解循環(huán)脫硫裝置供電；
所述的脫硫塔可以是任何一種能夠使用NaOH脫硫劑的半干法脫硫塔。(3)將含硫煙氣導(dǎo)入半干法脫硫塔，采用質(zhì)量濃度高于10%的氫氧化鈉溶液作為脫硫劑，對(duì)含硫廢氣進(jìn)行半干法脫硫。(4)將脫硫產(chǎn)生的硫酸鈉粉末用軟水溶解，配制成質(zhì)量濃度高于15%的硫酸鈉溶液，并對(duì)溶液進(jìn)行精制對(duì)脫硫廢水進(jìn)行沉淀和過(guò)濾，去除其中的不溶性物質(zhì)；溶液精制到何種程度要視離子膜的選擇、膜的計(jì)劃更換周期及經(jīng)濟(jì)性等條件具體而定，一般來(lái)說(shuō)，精制程度越高，離子膜的使用壽命越長(zhǎng)，但精制部分的運(yùn)行成本也越高。(5)采用金屬氧化物電極為陽(yáng)極，鎳或鋼電極為陰極，電解槽的中間室用陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜分別與陰極室和陽(yáng)極室隔開(kāi)；濃硫酸鈉溶液通過(guò)中間室進(jìn)口導(dǎo)入電解槽的中間室進(jìn)行電解；電解后陰極室產(chǎn)生的稀氫氧化鈉溶液通過(guò)蠕動(dòng)泵由陰極室進(jìn)口導(dǎo)入陰極室，電解提濃后由陰極室出口導(dǎo)出濃氫氧化鈉溶液；電解后陽(yáng)極室產(chǎn)生的稀硫酸溶液通過(guò)蠕動(dòng)泵由陽(yáng)極室進(jìn)口導(dǎo)入陽(yáng)極室，電解提濃后由陽(yáng)極室出口導(dǎo)出濃硫酸溶液。(6)陰極室內(nèi)的氫氧化鈉濃度升高后導(dǎo)出，用軟水稀釋至質(zhì)量濃度為10%后作為脫硫劑對(duì)待處理的廢氣進(jìn)行半干法脫硫，凈化后的廢氣排放至大氣；陽(yáng)極產(chǎn)生的高純度濃硫酸可直接作為商品化的硫酸；中間室電解后的稀硫酸鈉溶液用硫酸鈉粉末提高濃度后可進(jìn)入中間室進(jìn)行循環(huán)利用。在具體的操作上，首先，利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)給整個(gè)電解循環(huán)脫硫裝置提供電力；其次，將燃煤鍋爐機(jī)組排出的含硫煙氣導(dǎo)入半干法脫硫塔，采用質(zhì)量濃度大于10%的氫氧化鈉為脫硫劑；第三，將所生成的硫酸鈉粉末用軟水配制成質(zhì)量濃度大于15%的溶液， 經(jīng)靜置或過(guò)濾；最后，將精制后的清液導(dǎo)入三室電解槽的中間室進(jìn)行電解。應(yīng)用實(shí)施例
向電解槽7的陽(yáng)極室加入750mL的0. lmol/L H2SO4溶液，向陰極室加入750mL的 0. lmol/L NaOH溶液，向電解槽7的中間室加入500mL的lmol/L硫酸鈉；兩邊室陰極室和陽(yáng)極室每隔IOmin各取一定體積NaOH溶液和溶液滴定；起始電壓為3. 5 3. 6V，起始電流為1.3 1.4A，三室電解反應(yīng)時(shí)實(shí)現(xiàn)循環(huán)的蠕動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速r=50 (換算成流量Q=209. 2 mL/min)；應(yīng)用的結(jié)果見(jiàn)下表
權(quán)利要求
1.以太陽(yáng)能為能源進(jìn)行電解循環(huán)煙氣脫硫的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)設(shè)置太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，所述的光伏發(fā)電系統(tǒng)包括光伏電池板、太陽(yáng)能控制器和蓄能器，由太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電和/或向蓄能器儲(chǔ)備電能；(2 )設(shè)置電解循環(huán)脫硫裝置，所述的電解循環(huán)脫硫裝置包括直流穩(wěn)壓器、脫硫塔與電解槽，由太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)或蓄能器為電解循環(huán)脫硫裝置供電；(3)將含硫煙氣導(dǎo)入半干法脫硫塔，用質(zhì)量濃度>10%的氫氧化鈉溶液作為脫硫劑，對(duì)含硫廢氣進(jìn)行半干法脫硫；(4)將脫硫產(chǎn)物用水溶解后配成電解液；(5)采用金屬氧化物電極為陽(yáng)極、鎳或鋼電極為陰極、由陰陽(yáng)離子交換膜分離的三室體系電解硫酸鈉溶液；(6)陰極產(chǎn)生的高濃度氫氧化鈉溶液經(jīng)稀釋至質(zhì)量濃度為10%后循環(huán)用于煙氣脫硫， 陽(yáng)極產(chǎn)生的高純度濃硫酸可直接作為商品化的硫酸，中間室電解后的稀硫酸鈉溶液用硫酸鈉粉末提高濃度后循環(huán)進(jìn)入中間室進(jìn)行電解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以太陽(yáng)能為能源進(jìn)行電解循環(huán)煙氣脫硫的方法，其特征在于，步驟(3)采用的氫氧化鈉的質(zhì)量濃度> 10%，脫硫后不形成廢水，生成的脫硫產(chǎn)物為硫酸鈉粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以太陽(yáng)能為能源進(jìn)行電解循環(huán)煙氣脫硫的方法，其特征在于，在步驟(4)后先采用軟水溶解硫酸鈉并進(jìn)行電解液精制，然后再進(jìn)入步驟(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的以太陽(yáng)能為能源進(jìn)行電解循環(huán)煙氣脫硫的方法，其特征在于，所述的電解液精制過(guò)程為對(duì)脫硫廢水進(jìn)行沉淀和過(guò)濾。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以太陽(yáng)能為能源進(jìn)行電解循環(huán)煙氣脫硫的方法，其特征在于，在步驟(5)中，電解池陰極室導(dǎo)入稀氫氧化鈉溶液、陽(yáng)極室導(dǎo)入稀硫酸溶液、中間室導(dǎo)入濃硫酸鈉溶液進(jìn)行電解。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的以太陽(yáng)能為能源進(jìn)行電解循環(huán)煙氣脫硫的方法，其特征在于，所述的濃硫酸鈉溶液通過(guò)中間室進(jìn)口進(jìn)入電解槽的中間室，中間室采用陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜分別與陰極室和陽(yáng)極室隔開(kāi)；電解后陰極室產(chǎn)生的稀氫氧化鈉溶液通過(guò)蠕動(dòng)泵由陰極室進(jìn)口導(dǎo)入陰極室，電解提濃后由陰極室出口導(dǎo)出濃氫氧化鈉溶液；電解后陽(yáng)極室產(chǎn)生的稀硫酸溶液通過(guò)蠕動(dòng)泵由陽(yáng)極室進(jìn)口導(dǎo)入陽(yáng)極室，電解提濃后由陽(yáng)極室出口導(dǎo)出濃硫酸溶液；硫酸鈉電解液電解稀釋后由中間室的出口放出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的以太陽(yáng)能為能源進(jìn)行電解循環(huán)煙氣脫硫的方法，其特征在于，所述的陰極室出口導(dǎo)出的濃氫氧化鈉溶液用軟水稀釋至質(zhì)量濃度為10%后可循環(huán)用于半干法脫硫；陽(yáng)極室出口導(dǎo)出的濃硫酸溶液可直接作為商品化的硫酸；中間室出口導(dǎo)出的稀硫酸鈉溶液可重新進(jìn)入脫硫步驟進(jìn)行循環(huán)利用。
全文摘要
本發(fā)明以太陽(yáng)能為能源進(jìn)行電解循環(huán)煙氣脫硫的方法，包括以下步驟①設(shè)置太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)；②設(shè)置電解循環(huán)脫硫裝置，由太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)為電解循環(huán)脫硫裝置供電；③將含硫煙氣導(dǎo)入半干法脫硫塔，用氫氧化鈉溶液作為脫硫劑對(duì)含硫廢氣進(jìn)行半干法脫硫；④將脫硫產(chǎn)物用水溶解后配成電解液；⑤采用三室體系電解硫酸鈉溶液；⑥陰極產(chǎn)生的高濃度氫氧化鈉溶液經(jīng)稀釋至質(zhì)量濃度為10%后循環(huán)用于煙氣脫硫，陽(yáng)極產(chǎn)生的高純度濃硫酸可作為硫酸產(chǎn)品，中間室電解后的稀硫酸鈉溶液用硫酸鈉粉末提高濃度后可循環(huán)進(jìn)行電解；本發(fā)明將太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)與電解循環(huán)脫硫技術(shù)相結(jié)合，解決了電解循環(huán)脫硫裝置的能耗問(wèn)題，更節(jié)約資源，有利于環(huán)境保護(hù)。
文檔編號(hào)B01D53/80GK102512940SQ20121000821
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者曹禮梅, 楊驥 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)