CN102512940A

CN102512940A - 以太阳能为能源进行电解循环烟气脱硫的方法

Info

Publication number: CN102512940A
Application number: CN2012100082125A
Authority: CN
Inventors: 杨骥; 曹礼梅
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明以太阳能为能源进行电解循环烟气脱硫的方法，包括以下步骤：①设置太阳能光伏发电***；②设置电解循环脱硫装置，由太阳能光伏发电***为电解循环脱硫装置供电；③将含硫烟气导入半干法脱硫塔，用氢氧化钠溶液作为脱硫剂对含硫废气进行半干法脱硫；④将脱硫产物用水溶解后配成电解液；⑤采用三室体系电解硫酸钠溶液；⑥阴极产生的高浓度氢氧化钠溶液经稀释至质量浓度为10%后循环用于烟气脱硫，阳极产生的高纯度浓硫酸可作为硫酸产品，中间室电解后的稀硫酸钠溶液用硫酸钠粉末提高浓度后可循环进行电解；本发明将太阳能光伏发电技术与电解循环脱硫技术相结合，解决了电解循环脱硫装置的能耗问题，更节约资源，有利于环境保护。

Description

以太阳能为能源进行电解循环烟气脱硫的方法

技术领域

本发明涉及能源及环境技术领域，是一种以太阳能为能源，利用半干法脱硫产物电解循环利用并资源化的方法。

技术背景

工业的无续发展使二氧化硫（SO₂）大肆排放造成大气污染，导致酸雨产生和种种生态灾难，给社会发展、经济建设及人民生活带来严重的影响。近年来，这一问题已引起国际社会的广泛关注，控制二氧化硫排放已经成为全世界共同的行动。

半干法烟气脱硫技术是以氢氧化钠（NaOH）作为脱硫剂的一种处理方法，其脱硫速度和脱硫效率与湿法烟气脱硫技术相当，因此，得到业界的广泛认同并已经成为本技术领域的发展方向之一。半干法烟气脱硫技术的脱硫产物为粉末状的亚硫酸钠（Na₂SO₃）和硫酸钠（Na₂SO₄），同时，由于脱硫剂的用量少，所以处理后烟气温度下降小，有利于降低能耗，而且脱硫烟气压降小。但是，由于脱硫剂价格远高于石灰石-石膏，因此，目前以氢氧化钠作为脱硫剂的半干法烟气脱硫技术尚未能进行工业化应用。

在实验室中对半干法烟气脱硫技术进行研究时发现：采用离子交换膜电解由脱硫产物Na₂SO₄粉末配制的溶液并选择适当的合金电极可以在较低槽电压和电流密度的条件下高效地制备NaOH、H₂和硫酸（H₂SO₄），此时氢氧化钠可循环脱硫再生，而且在产率、槽电压分布及能耗上与工业化氯碱生产的条件相近。

中国专利文献 “废气脱硫方法及装置”（专利公开号CN1389289）、“脱硫剂可再生的脱硫方法及装置”（专利公开号CN1382518A）、“电解法脱除二氧化硫”（专利公开号CN1339332A）和“反式双膜三室电解槽”（专利公开号CN1369576A）公开了一些采用电解法对脱硫剂进行再生的技术，但是，这些技术基本上都是湿法-电解工艺，是以脱硫的亚硫酸钠废水为电解对象，采用氢氧化钠、亚硫酸钠、氯化钠混合液作为脱硫剂，脱硫后的产物为混合脱硫废液，电解产物为二氧化硫气体、混合液（含氢氧化钠、亚硫酸钠、氯化钠），——上述文献中，“反式双膜三室电解槽”（专利公开号CN1369576A）除外，其电解产物为氢氧化钠和二氧化硫气体，对二氧化硫气体必须经过进一步反应才能制得硫酸。以上专利文献公开的技术电解时所需要的能源都来自国家电网通过稳压稳流电源提供。因此，能耗问题是以氢氧化钠作为脱硫剂的半干法烟气脱硫技术尚未能进行大规模工业化应用的主要原因之一。

太阳能是当前地球上最丰富的能源，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共计约1.892×10¹³千亿吨，是目前地球上主要能源探明储量的一万倍，而目前太阳能的大部分能量还没有得到充分的利用。太阳能不仅是一次能源，而且是可再生能源，它资源丰富，既可无偿使用，又无运输的麻烦，对环境也无任何污染，是人类正在积极利用的绿色能源。这些都促使太阳能产业成为目前发展最快的产业之一。2004年全球安装的太阳能发电***容量已超过1000兆瓦。太阳能技术还被用于人造卫星、国际空间站等众多领域。在众多能源技术中，太阳能光伏发电技术是当前最清洁的能源技术。太阳能光伏发电是利用光电材料的光电转换效应将太阳的光辐射能量直接转换为电能的技术，这一转换过程是电子介质的物理转换过程，不涉及化学反应，其转换过程涉及的时空尺度非常小，在转换过程中不产生污染，因此不会影响人类的生存环境。所以，如果能将太阳能光伏发电技术与半干法烟气脱硫技术结合起来，将会产生相当积极的效果。

发明内容

本发明的目的在于解决目前半干法烟气脱硫技术的能耗问题，提出一种以太阳能为能源进行电解循环烟气脱硫的方法：在电解循环烟气脱硫过程中利用太阳能光伏发电直接使用太阳能转换的电能（电能的产生、输送不与现有的电力电网相连接），利用电能加热并转换为化学能（过程中不涉及化学反应和排放），采用高浓度氢氧化钠溶液为脱硫剂，电解对象为配制的硫酸钠溶液，电解产物分别为高纯度氢氧化钠溶液和硫酸溶液，以提高脱硫速度和脱硫效率，减少污水和废渣的产生。在整个过程中不涉及石油和碳的消耗，使二氧化碳的排放降到最低。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

以太阳能为能源进行电解循环烟气脱硫的方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）设置太阳能光伏发电***，所述的光伏发电***包括光伏电池板、太阳能控制器和蓄能器，由太阳能光伏发电***发电和/或向蓄能器储备电能；

（2）设置电解循环脱硫装置，所述的电解循环脱硫装置包括直流稳压器、脱硫塔与电解槽，由太阳能光伏发电***或蓄能器为电解循环脱硫装置供电；

（3）将含硫烟气导入半干法脱硫塔，用质量浓度≥10%的氢氧化钠溶液作为脱硫剂，对含硫废气进行半干法脱硫；

（4）将脱硫产物（主要为硫酸钠粉末）用水溶解后配成电解液；

（5）采用金属氧化物电极为阳极、镍或钢电极为阴极、由阴阳离子交换膜分离的三室体系电解硫酸钠溶液；

（6）阴极产生的高浓度氢氧化钠溶液经稀释至质量浓度为10%后循环用于烟气脱硫，阳极产生的高纯度浓硫酸可直接作为商品化的硫酸，中间室电解后的稀硫酸钠溶液用硫酸钠粉末提高浓度后循环进入中间室进行电解。

进一步，步骤（3）采用的氢氧化钠的质量浓度＞10%，脱硫后不形成废水，生成的脱硫产物为硫酸钠粉末。

进一步，在步骤（4）后先采用软水溶解硫酸钠并进行电解液精制，然后再进入步骤（5）。

进一步，所述的电解液精制过程为对脱硫废水进行沉淀和过滤。

进一步，在步骤（5）中，电解池阴极室导入稀氢氧化钠溶液、阳极室导入稀硫酸溶液、中间室导入浓硫酸钠溶液进行电解。

进一步，所述的浓硫酸钠溶液通过中间室进口进入电解槽的中间室，中间室采用阴离子交换膜和阳离子交换膜分别与阴极室和阳极室隔开；电解后阴极室产生的稀氢氧化钠溶液通过蠕动泵由阴极室进口导入阴极室，电解提浓后由阴极室出口导出浓氢氧化钠溶液；电解后阳极室产生的稀硫酸溶液通过蠕动泵由阳极室进口导入阳极室，电解提浓后由阳极室出口导出浓硫酸溶液；硫酸钠电解液电解稀释后由中间室的出口放出。

进一步，所述的阴极室出口导出的浓氢氧化钠溶液用软水稀释至质量浓度为10%后可循环用于半干法脱硫；阳极室出口导出的浓硫酸溶液可直接作为商品化的硫酸；中间室出口导出的稀硫酸钠溶液可重新进入脱硫步骤进行循环利用。

本发明以太阳能为能源进行电解循环烟气脱硫的方法的积极效果是：

（1）将太阳能光伏发电技术与电解循环脱硫技术结合起来，解决了电解循环脱硫装置的能耗问题，更节约资源和有利于环境保护。

（2）采用本发明的电解循环烟气脱硫的方法能有效地脱除含硫废气中的二氧化硫，本发明与湿法烟气脱硫技术相比具有脱硫装置更小、投资少、运行费用低的优点，而且脱硫后烟气的温度下降小，可大大降低脱硫时的能耗，并且不会产生大量的脱硫废水和废渣。

（3）采用高浓度氢氧化钠溶液为脱硫剂，电解对象为配制的硫酸钠溶液，电解产物分别为高纯度氢氧化钠溶液和硫酸溶液（产生的浓硫酸纯度高，可直接商品化），提高了脱硫速度和脱硫效率，减少了污水和废渣的产生，能满足工业化应用的要求。

附图说明

附图1为本发明以太阳能为能源进行电解循环烟气脱硫的方法的流程框图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明以太阳能为能源进行电解循环烟气脱硫的方法的具体实施方式，需要指出的是，本发明的实施不限于以下的实施方式。

参见附图1。以太阳能为能源进行电解循环烟气脱硫的方法，包括以下步骤：

（1）设置太阳能光伏发电***，所述的光伏发电***包括光伏电池板、太阳能控制器和蓄能器，太阳能光伏发电***既可直接供电也可向蓄能器储备电能，以达到既有太阳能光伏发电***直接供电，又有蓄能器间接供电。

（2）安装电解循环脱硫装置，所述的电解循环脱硫装置包括直流稳压器、脱硫塔与电解槽，由太阳能光伏发电***或蓄能器为电解循环脱硫装置供电；

所述的脱硫塔可以是任何一种能够使用NaOH 脱硫剂的半干法脱硫塔。

（3）将含硫烟气导入半干法脱硫塔，采用质量浓度高于10%的氢氧化钠溶液作为脱硫剂，对含硫废气进行半干法脱硫。

（4）将脱硫产生的硫酸钠粉末用软水溶解，配制成质量浓度高于15%的硫酸钠溶液，并对溶液进行精制：对脱硫废水进行沉淀和过滤，去除其中的不溶性物质；溶液精制到何种程度要视离子膜的选择、膜的计划更换周期及经济性等条件具体而定，一般来说，精制程度越高，离子膜的使用寿命越长，但精制部分的运行成本也越高。

（5）采用金属氧化物电极为阳极，镍或钢电极为阴极，电解槽的中间室用阴离子交换膜和阳离子交换膜分别与阴极室和阳极室隔开；浓硫酸钠溶液通过中间室进口导入电解槽的中间室进行电解；电解后阴极室产生的稀氢氧化钠溶液通过蠕动泵由阴极室进口导入阴极室，电解提浓后由阴极室出口导出浓氢氧化钠溶液；电解后阳极室产生的稀硫酸溶液通过蠕动泵由阳极室进口导入阳极室，电解提浓后由阳极室出口导出浓硫酸溶液。

（6）阴极室内的氢氧化钠浓度升高后导出，用软水稀释至质量浓度为10%后作为脱硫剂对待处理的废气进行半干法脱硫，净化后的废气排放至大气；阳极产生的高纯度浓硫酸可直接作为商品化的硫酸；中间室电解后的稀硫酸钠溶液用硫酸钠粉末提高浓度后可进入中间室进行循环利用。

在具体的操作上，首先，利用太阳能光伏发电***给整个电解循环脱硫装置提供电力；其次，将燃煤锅炉机组排出的含硫烟气导入半干法脱硫塔，采用质量浓度大于10%的氢氧化钠为脱硫剂；第三，将所生成的硫酸钠粉末用软水配制成质量浓度大于15%的溶液，经静置或过滤；最后，将精制后的清液导入三室电解槽的中间室进行电解。

应用实施例

向电解槽7的阳极室加入750mL的0.1mol/L H₂SO₄溶液，向阴极室加入750mL的0.1mol/L NaOH溶液，向电解槽7的中间室加入500mL的1mol/L硫酸钠；两边室阴极室和阳极室每隔10min各取一定体积NaOH溶液和H₂SO₄溶液滴定；起始电压为3.5～3.6V，起始电流为1.3～1.4A，三室电解反应时实现循环的蠕动泵的转速r=50（换算成流量Q=209.2 mL/min）；应用的结果见下表：

Figure 2012100082125100002DEST_PATH_IMAGE001

。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围内。

Claims

1. 以太阳能为能源进行电解循环烟气脱硫的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（4）将脱硫产物用水溶解后配成电解液；

2. 根据权利要求1所述的以太阳能为能源进行电解循环烟气脱硫的方法，其特征在于，步骤（3）采用的氢氧化钠的质量浓度＞10%，脱硫后不形成废水，生成的脱硫产物为硫酸钠粉末。

3. 根据权利要求1所述的以太阳能为能源进行电解循环烟气脱硫的方法，其特征在于，在步骤（4）后先采用软水溶解硫酸钠并进行电解液精制，然后再进入步骤（5）。

4. 根据权利要求3所述的以太阳能为能源进行电解循环烟气脱硫的方法，其特征在于，所述的电解液精制过程为对脱硫废水进行沉淀和过滤。

5. 根据权利要求1所述的以太阳能为能源进行电解循环烟气脱硫的方法，其特征在于，在步骤（5）中，电解池阴极室导入稀氢氧化钠溶液、阳极室导入稀硫酸溶液、中间室导入浓硫酸钠溶液进行电解。

6. 根据权利要求5所述的以太阳能为能源进行电解循环烟气脱硫的方法，其特征在于，所述的浓硫酸钠溶液通过中间室进口进入电解槽的中间室，中间室采用阴离子交换膜和阳离子交换膜分别与阴极室和阳极室隔开；电解后阴极室产生的稀氢氧化钠溶液通过蠕动泵由阴极室进口导入阴极室，电解提浓后由阴极室出口导出浓氢氧化钠溶液；电解后阳极室产生的稀硫酸溶液通过蠕动泵由阳极室进口导入阳极室，电解提浓后由阳极室出口导出浓硫酸溶液；硫酸钠电解液电解稀释后由中间室的出口放出。

7. 根据权利要求6所述的以太阳能为能源进行电解循环烟气脱硫的方法，其特征在于，所述的阴极室出口导出的浓氢氧化钠溶液用软水稀释至质量浓度为10%后可循环用于半干法脱硫；阳极室出口导出的浓硫酸溶液可直接作为商品化的硫酸；中间室出口导出的稀硫酸钠溶液可重新进入脱硫步骤进行循环利用。