一种硫酸氢钠捕集二氧化碳同时生产硫酸的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于烟气净化领域，公开了一种硫酸氢钠捕集二氧化碳同时生产硫酸的方法和装置，即利用三格式电渗析装置将脱硫副产物NaHSO

【技术实现步骤摘要】
一种硫酸氢钠捕集二氧化碳同时生产硫酸的方法和装置
本专利技术是一种硫酸氢钠捕集二氧化碳同时生产硫酸的方法和装置，属于烟气净化领域。
技术介绍
我国以煤炭作为主要能源，煤炭燃烧过程中排放SO2引起的大气污染问题尤为显著。钙基湿法烟气脱硫技术(FGD)是目前烟气SO2控制中应用最广泛的技术，但该工艺每脱除1吨的SO2就会产生2.7吨的脱硫石膏。由于脱硫石膏成分复杂、综合利用率低，其堆存量不断增加，给土壤及地下水造成了巨大的环境风险，亦浪费了宝贵的钙、硫资源。在相近的领域中，中国专利CN761617A公开了一种采用硫酸钠溶液制备碳酸氢钠和硫酸铵的方法，利用碳酸氢铵，通过分离、蒸发、冷冻结晶等步骤后得到碳酸氢钠和硫酸铵。然而，该法工艺复杂，能耗高，且无规则排放的氨气等污染物难以控制。此外，中国专利CN101318668A公开了一种芒硝氨碱法生产农用硫酸铵和工业纯碱的方法，将芒硝溶于氨水溶液后，通入二氧化碳，再经过离心、烘干、冷冻结晶等步骤得到硫酸铵和氢氧化钠。但该工艺复杂，若将固态的芒硝替换为稀溶液，能耗大，成本高。近年来，一种新的脱硫工艺，以水吸收SO2经过一定的电化学过程后转化为附加值较高的NaHSO4(Environ.Sci.Technol.2008,42,8585–8590)，因其绿色、经济、高效等特点逐渐得到了市场的认可。但由于脱硫产物NaHSO4的浓度较低，其利用价值受到了一定的限制。为使该技术进一步得到推广，势必要提高脱硫产物的经济效益。对此，本专利一种硫酸氢钠捕集二氧化碳同时生产硫酸的方法和装置，以NaHSO4溶液为原料，通过三格式电渗析装置在阴极捕集烟气中的CO2，同时在阳极回收H2SO4。该法，一方面将脱硫产物转化为附加值更高的硫酸，另一方面在烟气治理中得以应用，有效提高了脱硫副产物的综合利用率。由此看来，本专利技术工艺简单、绿色、经济，在硫酸氢钠溶液综合利用过程中同时捕集了烟气中的二氧化碳，具有较好的环境效益，将促进我国烟气治理技术的换代升级，缓解脱硫石膏治理的压力。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种硫酸氢钠捕集二氧化碳同时生产硫酸的方法和装置，该方法主要是利用脱硫产物产生的含硫离子的电解，制备得到酸性物质，以及碱性物质，同时使用碱性物质对烟气中的二氧化碳进行吸附，即利用三格式电渗析装置将含硫酸根和/或亚硫酸根离子的溶液转换成硫酸，如NaHSO4转化为H2SO4，同时在阴极室捕集烟气中的CO2。具体的，所述的三格式电渗析装置利用阴离子交换膜和阳离子交换膜隔开，依次将反应装置隔成阳极室、中间室和阴极室。其中所述脱硫产物溶液储存于中间室，阳极室用于生产酸性物质，阴极室用于生产碱性物质。所述脱硫产物溶液为含硫酸根和/或亚硫酸根离子的溶液，所述脱硫产物液体为NaHSO4、Na2SO4、Na2SO3、NaHSO3的一种或多种。其中阳极室初始溶液为1wt.％～5wt.％的稀硫酸，阴极室为初始浓度为0.05～0.5mol/L的NaOH溶液。为实现上述目的，本专利技术的具体方案如下：(1)脱硫产物溶液通入中间室中，并通过泵进行循环；在电场驱动和阴离子交换膜的作用下，硫酸根和/或亚硫酸根离子选择性的进入阳极室，与阳极室中电解水产生的H+结合生成H2SO4；同时，在电场驱动和阳离子交换膜的作用下，Na+选择性的进入阴极室，与阴极室中电解水产生的OH-结合生成NaOH。在该过程系统中主要发生以下反应：中间室：NaHSO4→HSO4-+Na+HSO4-→H++SO42-阳极室：2H2O–4e-→O2(g)+4H+H++HSO4-→H2SO42H++SO42-→H2SO4阴极室：2H2O+2e-→H2(g)+2OH-OH-+Na+→NaOH所述的阴离子交换膜耐硫酸浓度>40wt％，阴离子选择率>98％，例如型号AMI-7001的阴离子交换膜；所述阳离子交换膜阳离子选择率>90％，例如型号CMI-7000的阳离子交换膜。所述的电场驱动为阳极和阴极间施加的直流恒流，电流密度为30～1000mA/m2；电极材料为石墨电极，如石墨板、石墨毡等，其中阳极材料可用耐腐的钌-铱涂敷电极。(2)待处理的含CO2气体从阴极室底部通入，与NaOH反应生成Na2CO3和NaHCO3，反应过程中消耗的NaOH由阴极室电解水产生的OH-和中间室迁移至的Na+补充。该过程系统中主要发生以下反应：2NaOH+CO2→Na2CO3+H2O(CO2少量时)NaOH+CO2→NaHCO3(CO2过量时)所述的含CO2气体为经过除尘、脱硫脱硝后的烟气，CO2含量为5％～40％。除NaHSO4外，本专利技术还适用于Na2SO4、Na2SO3、NaHSO3等含硫酸根和亚硫酸根离子的脱硫溶液。其中Na2SO3、NaHSO3等含亚硫酸盐的溶液，在体系中阴离子进入阳极室后会被氧化为硫酸盐，与电解水产生的H+结合后生成H2SO4。主要发生的反应为：本专利技术另一目的在于提供一种硫酸氢钠捕集二氧化碳同时生产硫酸的装置，该装置包括反应器、阳电极、阴电极、电源；所述的阳极板和阴离子交换膜构成阳极室；所述的阴极板和阳离子交换膜组成阴极室；所述的阳离子交换膜和阴离子交换膜之间组成中间室；所述中间室用于储放脱硫产物溶液。所述的阳电极、阴电极分别设置在反应器两端。所述的阳极室、阴极室和中间室至少包括一个液体循环管；所述的阳极室和/或阴极室还包括一个或多个排气口。优选的，阳极室设置一个阳极室排气口，阴极室设置一个阴极室排气口。所述的阳极室、阴极室和中间室包括两个或两个以上的液体循环管。优选的，反应室中液体循环管注入液体的液体循环管设置低于出液的液体循环管高度。所述循环管主要是用于反应器中的各个反应室中的溶液进行循环输送，保证电渗析各个室中溶液的浓度，提高电解效率。设置注入液体的液体循环管设置低于出液的液体循环管高度，能够充分的使得反应液中的浓度均一。所述的阴极板和/或阳极板上至少设置一个液体循环管。所述的阴极室设置有烟气进气口，所述烟气进气口上设置有曝气装置。本专利技术在阴极室设置有烟气进气口，并且在烟气进气口上设置了曝气装置，主要是将含有二氧化碳的废气导入反应器中，对二氧化碳进行吸附，得到碳酸钠和/或碳酸氢钠。所述的曝气装置为曝气石和/或曝气筛板。其特征在于，所述装置还包括直流电源，脱硫产物液体循环槽，阴极室液循环槽，循环泵I和循环泵II；循环泵的设置，配合液体循环管，将反应器中参与反应的液体进行循环，保证整个反应其中溶液的浓度在合理范围，提高电解的效率。所述的直流电源与装置的极板电连接；所述的循环泵I的一端与中间室的液体循环管相连，另一端与脱硫产物液体循环槽连接，脱硫产物液体循环槽同时与中间室的液体循环管相连；所述的循环泵II的一端与阴极室的液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脱硫产物生产硫酸的装置，其特征在于：所述装置包括阳极板、离子交换膜和阴极板；所述的阳极板和阴离子交换膜构成阳极室；所述的阴极板和阳离子交换膜组成阴极室；所述的阳离子交换膜和阴离子交换膜之间组成中间室。/n

【技术特征摘要】
1.一种脱硫产物生产硫酸的装置，其特征在于：所述装置包括阳极板、离子交换膜和阴极板；所述的阳极板和阴离子交换膜构成阳极室；所述的阴极板和阳离子交换膜组成阴极室；所述的阳离子交换膜和阴离子交换膜之间组成中间室。


2.如权利要求1所述的一种脱硫产物生产硫酸的装置，其特征在于，所述的阳极室、阴极室和中间室至少包括一个液体循环管；所述的阳极室和/或阴极室还包括一个或多个排气口；所述中间室用于储放脱硫产物。


3.如权利要求2所述的一种脱硫产物生产硫酸的装置，其特征在于，所述的阳极室、阴极室和中间室包括两个或两个以上的液体循环管。


4.如权利要求2-3任一项所述的一种脱硫产物生产硫酸的装置，其特征在于，所述的阴极板和/或阳极板上至少设置一个液体循环管。


5.如权利要求1-3任一项所述的一种脱硫产物生产硫酸的装置，其特征在于，所述的阴极室设置有烟气进气口，所述烟气进气口上设置有曝气装置。


6.如权利要求5所述的一种脱硫产物生产硫酸的装置，其特征在于，所述的曝气装置为曝气石和/或曝气筛板。


7.如权利要求1-3任一项所述的一种脱硫产物生产硫酸的装置，其特征在于，所述装置还包括直流电源，脱硫产物液体循环槽，阴极室液循环槽，循环泵I和循环泵II；
所述的直流电源与装置的极板电连接；
所述的循环泵I的一端与中间室的液体循环管相连，另一端与脱硫产物液体循环槽连接，脱硫产物液体循环槽同时与中间室的液体循环管相连；
所述的循环泵II的一端与阴极室的液体循环管相连，另一端与阴极室液循环槽连接，阴极室液循环槽同时与阴极室的液体循环管相连。


8.一种脱硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁平，李波，王川，李凯，宋辛，解若松，贾丽娟，王厦，瞿广飞，李婵，
申请(专利权)人：萍乡市华星环保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36