本发明涉及气体净化处理技术领域，特别是涉及一种利用哌嗪水溶液吸收烟气中的二氧化硫的装置及方法。
背景技术：
燃料燃烧产生的二氧化硫是大气环境二氧化硫主要来源，其次是冶金、硫酸和炼油和化工制药的等过程。二氧化硫对人有致毒作用，属中等毒类，对眼和呼吸道有强烈刺激作用。中国环境状况公报统计数据表明，近年来我国城市酸雨污染程度有所加重。为此，国家制定了新的法律和法规，对火力发电等燃烧过程排放的二氧化硫作出了更加严格的控制和减排规定。
一般地，火力发电厂等以化石燃料燃烧产生的烟气中的二氧化硫浓度约为几百到几千mg/m3，冶金等行业尾气中的二氧化硫的浓度更高。石灰/石灰石等碱液吸收法是目前烟气中二氧化硫去除的主要方法，但其处理系统复杂，设备投资大，且脱硫产物难以回收利用。
本发明设计和提供了一种二氧化硫的吸收方法，用于从气流中除去二氧化硫气体，并可回收相关副产品。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种利用哌嗪水溶液吸收烟气中的二氧化硫的装置及方法。
本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种利用哌嗪水溶液吸收烟气中的二氧化硫的装置，包括吸收塔塔体、吸收液槽、循环水泵、石墨烯膜状吸收层、进气口、进气管道和边缘凸出t型管道，所述进气口位于所述吸收塔塔体的底部，且与进气管道连通，所述进气管道由吸收塔塔体底部向上贯穿吸收液槽延伸至吸收液槽液面上方，且进气管道顶部设有所述边缘凸出t型管道，所述t型管道的出口插入至吸收液槽的液面下方，所述吸收液槽固定连接在所述吸收塔塔体内壁上，且所述吸收液槽侧壁上设有溢流挡板；所述吸收塔塔体顶部设有出气口，且所述石墨烯膜状吸收层设置在出气口下方的吸收塔塔体内，石墨烯膜状吸收层与吸收塔塔体内壁固定连接，所述吸收塔塔体底部设有出液口，且所述出液口流出的吸收液通过回液管回流至吸收液槽，所述循环水泵连接在所述回液管上，所述吸收塔塔体的底部设有固定连接的倾斜板，且所述倾斜板向出液口方向倾斜。
进一步，所述吸收塔塔体的塔壁上还设有观察口、压强测量仪、温度控制器和气体流量计，且所述压强测量仪、温度控制器和气体流量计与外部控制系统连接。可以被外部控制观察。
进一步，所述倾斜板的倾斜角度为0°-50°。优选的，所述倾斜板的倾斜角度为10°、20°、30°或45°。
优选的，为了提高吸收层的吸收效率，所述石墨烯膜状吸收层的层数至少为一层。
具体的，所述回液管包括循环水泵进液管和循环水泵出液管，所述循环水泵连接在循环水泵进液管和循环水泵出液管之间，所述循环水泵出液管的末端设有进液口。
一种利用哌嗪水溶液吸收烟气中的二氧化硫的方法，包括上述装置，还包括以下步骤：
步骤1：将哌嗪与水混合并搅拌均匀制成的哌嗪水溶液作为二氧化硫的吸收剂，将哌嗪水溶液吸收剂通入吸收液槽内；
步骤2：将含有二氧化硫的烟气由吸收塔塔体底部的进气口输入，经过进气管道由边缘凸出的t型管道通入吸收液槽，使二氧化硫与吸收液槽内的哌嗪水溶液吸收剂充分接触反应；
步骤3：反应后的气体经过石墨烯膜状吸收层二次吸收后从吸收塔塔体顶部的出气口排出；
步骤4：当吸收剂过多超出溢流挡板顶部时，吸收剂由于重力作用流下，经倾斜板流到吸收塔塔体底部的出液口，然后吸收剂经循环水泵循环至吸收液槽内再次利用。
优选的，所述步骤1中哌嗪水溶液的浓度为0.3-0.8mol/l。
优选的，所述步骤2中的吸收反应温度为40℃-50℃。
优选的，所述步骤2中的吸收反应压力为0.1mpa-0.4mpa。
优选的，所述步骤2中的烟气流量为0.6l/min-1.2l/min。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明反应物质少，条件简单，容易控制，反应效率高，高吸收率，反应效率高；
(2)吸收剂制备简单、使用方便，脱硫容量大，无二次污染以及硫资源可回收利用；
(3)本发明采用哌嗪水溶液能有效针对二氧化硫进行高选择性吸收；
(4)t型管道能够使二氧化硫与吸收剂充分接触反应，吸收彻底；
(5)本发明设置了石墨烯膜状吸收层，对烟气进行二次吸收。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明最佳实施例的结构示意图。
图中：1、进气口，2、气体流量计，3、进气管道，4、倾斜板，5、溢流挡板，6、观察口，7、压强测量仪，8、石墨烯膜状吸收层，9、出气口，10、吸收塔塔体，11、温度控制器，12、t型管道，13、吸收液槽，14、进液口，15、循环水泵出液管，16、循环水泵，17、循环水泵进液管，18、出液口。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，本发明的一种利用哌嗪水溶液吸收烟气中的二氧化硫的装置及方法，包括吸收塔塔体10、吸收液槽13、循环水泵16、石墨烯膜状吸收层8、进气口1、进气管道3和边缘凸出t型管道12，所述进气口1位于所述吸收塔塔体10的底部，且与进气管道3连通，所述进气管道3由吸收塔塔体10底部向上贯穿吸收液槽13延伸至吸收液槽13液面上方，且进气管道3顶部设有所述边缘凸出t型管道12，断面类似倒置的“山”字，中间连接进气管道3，边缘为出口，所述t型管道12的出口插入至吸收液槽13的液面下方，所述吸收液槽13固定连接在所述吸收塔塔体10内壁上，且所述吸收液槽13侧壁上设有溢流挡板5；所述吸收塔塔体10顶部设有出气口9，且所述石墨烯膜状吸收层8设置在出气口9下方的吸收塔塔体10内，石墨烯膜状吸收层8与吸收塔塔体10内壁固定连接，所述吸收塔塔体10底部设有出液口18，且所述出液口18流出的吸收液通过回液管回流至吸收液槽13，所述循环水泵16连接在所述回液管上，所述吸收塔塔体10的底部设有固定连接的倾斜板4，且所述倾斜板4向出液口18方向倾斜。所述倾斜板4的倾斜角度为0°-50°。优选的，所述倾斜板4的倾斜角度为10°、20°、30°或45°。
所述吸收塔塔体10的塔壁上还设有观察口6、压强测量仪7、温度控制器11和气体流量计2，且所述压强测量仪7、温度控制器11和气体流量计2与外部控制系统连接。可以被外部控制观察。体流量计2安装在靠近进气口1的进气管道3上。
为了提高吸收层的吸收效率，所述石墨烯膜状吸收层8的层数至少为一层。
具体的，所述回液管包括循环水泵进液管17和循环水泵出液管15，所述循环水泵16连接在循环水泵进液管17和循环水泵出液管15之间，所述循环水泵出液管15的末端设有进液口14。
一种利用哌嗪水溶液吸收烟气中的二氧化硫的方法，包括上述装置，还包括以下步骤：
步骤1：将哌嗪与水混合并搅拌均匀制成的哌嗪水溶液作为二氧化硫的吸收剂，将哌嗪水溶液吸收剂通入吸收液槽13内；
步骤2：将含有二氧化硫的烟气由吸收塔塔体10底部的进气口1输入，经过进气管道3由边缘凸出的t型管道12通入吸收液槽13，使二氧化硫与吸收液槽13内的哌嗪水溶液吸收剂充分接触反应；
步骤3：反应后的气体经过石墨烯膜状吸收层8二次吸收后从吸收塔塔体10顶部的出气口9排出；
步骤4：当吸收剂过多超出溢流挡板5顶部时，吸收剂由于重力作用流下，经倾斜板4流到吸收塔塔体10底部的出液口18，然后吸收剂经循环水泵16循环至吸收液槽13内再次利用。
优选的，所述步骤1中哌嗪水溶液的浓度为0.3-0.8mol/l。
优选的，所述步骤2中的吸收反应温度为40℃-50℃。
优选的，所述步骤2中的吸收反应压力为0.1mpa-0.4mpa。
优选的，所述步骤2中的烟气流量为0.6l/min-1.2l/min。
本发明的工艺流程如下：
如图1所示，实线箭头表示气体走向，虚线箭头表示液体流向，含有二氧化硫的烟气通过进气口1进入进气管道3，气体在通过进气管道3的过程中被气体流量计2测得流量数据，接着气体在横向进气管道3的分岔口进入若干个边缘凸出t型管道12。气体由边缘凸出t型管道12的凸出部分排出经吸收液槽13里哌嗪水溶液的吸收液吸收排出。在气体向上部出气口9排出的过程中再经石墨烯膜状吸收层8进行二次吸收，最后除尽二氧化硫的气体经过出气口9排出。哌嗪水溶液的吸收液从吸收塔塔体10的底部流出通过吸收塔出液口18进入循环水泵进液管17，吸收液经循环水泵16的抽取流经循环水泵出液管15进入吸收塔进液口14流入吸收液槽13。当吸收液过多超出溢流挡板5顶部时吸收液流出，在流下的过程中由于吸收液的重力作用经倾斜板4流到吸收塔塔体10的底部的吸收塔出液口18处进行循环。
在吸收塔内收液槽13中可以放置多个边缘凸出t型管道12来提高吸收效率。在使用该装置的过程中通过温度控制器11控制吸收塔内温度来改变吸收效率。在使用该装置的过程中通过调节进气速度和排气速度来改变吸收塔内的压强来改变吸收效率。
实验条件为：将哌嗪与水混合并搅拌均匀制成0.3-0.8mol/l的哌嗪水溶液作为二氧化硫的吸收剂，其中吸收剂还可以添加腐蚀抑制剂、抗氧剂、消泡剂，吸收环境中反应温度为40-50℃、吸收反应压力为0.1-0.4mpa，烟气流量为0.6-1.2l/min。将配置好的哌嗪水溶液在吸收塔中通过循环流动吸收烟气中的二氧化硫。
具体实施案例1：
(1)将哌嗪与水混合并搅拌均匀制成0.4mol/l的哌嗪水溶液作为二氧化硫的吸收剂。
(2)烟气从吸收塔的下部引入，哌嗪水溶液通过循环水泵16在吸收塔进行循环，气液两相在吸收液槽13内充分接触，烟气中的二氧化硫被吸收到哌嗪水溶液中，在气体排出吸收塔的过程中被石墨烯吸收层二次吸收。此过程的反应温度为47℃，反应压力为0.3mpa。
(3)按照上述脱硫工艺规程实施，烟气在处理前含二氧化硫951mg/l，经过本工艺处理后，出吸收塔的烟气中二氧化硫浓度降低到267mg/l，烟气中二氧化硫的脱除率达到71.9％，烟气中二氧化硫得到充分的降解。
具体实施案例2：
(1)将哌嗪与水混合并搅拌均匀制成0.7mol/l的哌嗪水溶液作为二氧化硫的吸收剂。
(2)烟气从吸收塔的下部引入，哌嗪水溶液通过循环水泵16在吸收塔进行循环，气液两相在吸收液槽13内充分接触，烟气中的二氧化硫被吸收到哌嗪水溶液中，在气体排出吸收塔的过程中被石墨烯吸收层二次吸收。此过程的反应温度为42℃，反应压力为0.2mpa。
(3)按照上述脱硫工艺规程实施，烟气在处理前含二氧化硫982mg/l，经过本工艺处理后，出吸收塔的烟气中二氧化硫浓度降低到298mg/l，烟气中二氧化硫的脱除率达到69.7％，烟气中二氧化硫得到充分的降解。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。