一种双极膜电渗析烟气脱硫系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种烟气脱硫工艺，特别是一种双极膜电渗析烟气脱硫系统和方法， 属于环保技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前，在我国能源资源结构中，煤炭占主导地位。燃煤排放的二氧化硫是主要的污 染物，连续十多年超过2000万吨，居世界首位。二氧化硫是造成酸雨的一个主要原因，酸雨 会使得森林枯萎，土壤和湖泊酸化，农作物减产，金属和建筑材料被腐蚀。因此将烟气中的 二氧化硫进行回收利用具有十分重要的意义。
[0003] 烟气脱硫是控制二氧化硫排放和酸雨污染的最有效、最主要的技术手段。世界各 国研宄开发的烟气脱硫技术上百种，但商业应用的不超过20种。在国内，烟气脱硫技术应 用最广的是妈法，其次是钠法和氨法。
[0004] 钙法以石灰/石灰石为脱硫剂，按有无液相介入，又可以分为湿法，半干法和干 法。湿法脱硫技术成熟，脱硫效率高，运行可靠，操作简单，但脱硫产物的处理比较麻烦，占 地面积和投资较大；干法、半干法的脱硫产物为干粉状，处理容易，工艺较简单，投资一般低 于传统湿法，但用石灰（石灰石）做脱硫剂的干法、半干法的Ca/S比高，脱硫效率和脱硫剂 的利用率低，调峰能力差，脱硫后的产物同样难以处理。
[0005] 钠法以氢氧化钠、碳酸钠或碳酸氢钠等钠碱为脱硫剂，钠碱对二氧化硫的吸收速 率比钙碱快，所需要的液气比低很多，可以节省动力消耗，而且系统内所有化合物均是溶液 状态，可以避免设备和管道的结垢与堵塞问题；但由于钠碱价格较贵，如果钠碱在系统内不 能再生，会导致运行费用高，并且产生高浓度含盐废水，其排放同样会对环境造成影响。
[0006] 氨法以合成氨为脱硫剂，气相条件下氨、水和二氧化硫迅速反应，产物是硫酸铵， 可用作化肥，无二次污染。但是脱硫系统温度高，造成氨逃逸；另外脱硫产物有一部分是气 溶胶状态的不稳定的亚铵盐，回收十分困难，氨法的经济性不能体现，排空后又会有部分分 解成二氧化硫，形成二次污染。
[0007] 美国专利US4082835和US4107015公开了多种以双极膜电渗析技术为基础的烟气 脱硫技术。该技术包括：（1)采用钠碱（NaOH、Na 2C03、NaHC03、Na2SO3)作为脱硫剂，吸收烟 气中SO 2，饱和后为亚硫酸氢钠 NaHSO3; (2)吸收饱和液通入一个双极膜电渗析（双极膜/ 阳膜组合或双极膜/阳膜/阴膜组合）中，产生两股水流，一股富含亚硫酸，一股富含钠碱； (3)富含亚硫酸的水流进入减压蒸馏装置，产生高纯SO 2气体，储存用作他用；(4)富含钠 碱的水流和减压蒸馏的部分残液返回钠碱储液罐，继续吸收烟气中SO2; (5)减压蒸馏的另 一部分部分残液进入蒸汽蒸发装置，产生含SO2蒸汽为减压蒸馏装置提供热源并一起回收 SO2，残液多次蒸发后将系统中的硫酸钠富集，最后排出整个系统。另外美国专利US4629545 也公开了一种双极膜电渗析烟气脱硫方法，与上述两个专利不同的是：吸收饱和液先经过 预热后进入减压蒸馏装置，减压蒸馏后的残液一部分进入双极膜电渗析制取酸和碱。这些 方法使用钠碱吸收烟气中二氧化硫，吸收效率高，调峰能力强；同时能再生吸收液，碱得到 循环利用，节省原料的使用；二氧化硫得到富集，产生一定的经济价值；但是还存在以下缺 点：（1)烟气的热量没有很好的利用；（2)系统需要使用蒸汽，对设备要求更高，同时增加运 行费用；（3)系统产生的高浓硫酸钠废水最后外排，造成二次污染；(4)外排硫酸钠造成钠 损失，需要额外补充钠碱维持系统正常运行，增加运行费用；（5)烟气中氧含量过高严重影 响系统正常运行。
【发明内容】
[0008] 为了避免上述脱硫技术工艺中存在的缺点和不足之处，本发明设计了双极膜电渗 析烟气脱硫工艺，本发明具有工艺流程简洁，脱硫效率高，脱硫剂能够循环利用，SO 2能够综 合利用，避免二次污染，烟气余热回收综合利用等优点。
[0009] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0010] 一种双极膜电渗析烟气脱硫系统，该系统主要包括烟气冷却装置、脱硫塔、脱硫剂 储罐、缓冲罐、氧化池、盐水储罐、盐水箱、酸水箱、双极膜电渗析器和碱液储罐等，所述的烟 气冷却装置、脱硫塔、缓冲罐、氧化池、盐水储罐和盐水箱依次串连，所述的盐水箱通过双极 膜电渗析器的碱室与碱液储罐连接，所述的碱液储罐与脱硫剂储罐连接，所述的脱硫剂储 罐与脱硫塔连接，所述的酸水箱与双极膜电渗析器的酸室连接。
[0011] 所述的烟气冷却装置为气液换热方式，冷媒介质为常温自来水。该烟气冷却装置 还包括清水泵和清水管道。
[0012] 所述的脱硫塔包括浆池区、填料区、喷淋区和除雾区，具有循环喷淋功能。
[0013] 所述的氧化池与盐水储罐之间还设置过滤器；所述的过滤器过滤精度为0. 5~ 10 μ m〇
[0014] 所述的双极膜电渗析器为双极膜/阴膜的二隔室结构，双极膜电渗析器中双极 膜、阴膜均为均相膜。
[0015] -种双极膜电渗析烟气脱硫方法，包含以下步骤：
[0016] A烟气余热回收：除尘后的烟气首先经过烟气冷却装置，与自来水换热，温度降至 40 ~70°C ;
[0017] B烟气吸收：冷却后的烟气经风机进入脱硫塔，脱硫塔包括浆池区、填料区、喷淋 区和除雾区，烟气垂直向上穿过填料区，脱硫剂经循环泵通入脱硫塔上部从喷淋管的喷嘴 喷出，均匀的分散在填料区中填料表面上，与烟气逆流接触吸收其中的二氧化硫，反应生成 亚硫酸钠，汇集到位于脱硫塔底部的浆池区，继续循环喷淋，直至吸收液的pH值达到2~7 排出；脱硫后的烟气经除雾区去除液滴后，通过烟道排入大气，烟气出口平均含硫量控制在 100mg/m 3 以下；
[0018] C吸收液预处理：脱硫塔浆池区的吸收液排出后，储存在缓冲罐中，再通入氧化 池，氧化池采用空气对吸收液中的亚硫酸根进行氧化，氧化后吸收液转变成为硫酸钠溶液， 该硫酸钠溶液经过滤器过滤进入双极膜电渗析系统的盐水储罐中；
[0019] D双极膜电渗析再生碱：盐水储罐中的硫酸钠溶液通入到双极膜电渗析系统中的 盐水箱，再进入双极膜电渗析器的碱室，双极膜电渗析器采用双极膜/阴膜的二隔室结构， 硫酸钠在碱室中转变为氢氧化钠，达到一定浓度后排入碱液储罐中，而双极膜电渗析器的 酸室初始通入纯水，在运行过程中逐渐产生硫酸，达到一定浓度后排出，然后补充纯水；
[0020] E再生碱的循环利用：碱液储罐中的碱液输送到脱硫剂储罐作为脱硫剂使用，用 于吸收塔烟气脱硫。
[0021] 初始脱硫剂可以使用氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠溶液中的一种或任两种任一比 例的搭配组合，脱硫剂的质量百分浓度为3~8%。
[0022] 本发明各步骤涉及的化学反应过程：
[0023] 步骤B烟气吸收过程中，吸收液吸收烟气中的酸性气体，吸收液的pH值是逐渐降 低的，化学反应方程如下：
[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] 烟气中 02部分氧化：2Na 2S03+02- 2Na 2S04
[0030] 步骤C预处理阶段，氧化池中通压缩空气强制氧化，化学反应如下：
[0031] 2SO 广+02-2S0 42-
[0032] 步骤D双极膜电渗析再生碱过程，化学反应如下：
[0033] 双极膜水解离：H20 - H++OH-
[0034] 碱室：Na++OF- NaOH
[0035] 酸室：SO 广+2H+- H2SO4
[0036] 本发明具有以下优点：
[0037] 1、采用烟气换热器对烟气进行冷却，回收烟气中的余热。
[0038] 2、使用钠碱作为脱硫剂，吸收效率高，脱硫塔液气比低，节省动力消耗，脱硫产物 都保持在溶液，可以避免设备与管道的结垢与堵塞问题。
[0039] 3、采用双极膜电渗析对脱硫产物进行再生，脱硫剂循环利用，减少了脱硫剂使用， 避免脱硫产物的二次污染，降低运行费用。
[0040] 4、烟气中二氧化硫通过本发明方法脱硫最终转变成硫酸溶液，可用于离子交换树 脂再生，钢铁清洗等方面，产生一定的经济价值，实现了硫资源的综合利用。
【附图说明】
[0041] 图1是双极膜电渗析烟气脱硫系统示意图和工艺流程图。
[0042] 主要附图标记说明：
[0043] 1除尘烟气 2烟气冷却