[发明专利]脱除废气中二氧化硫的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于废气脱硫领域，具体涉及一种以离子液体为脱硫剂，分别以逆向剪切旋转填料床和旋转填料床为吸收反应器和解吸反应器，连续法脱除废气中二氧化硫的装置及方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，工业废气对环境的影响日益严重，其中SO₂是最主要的工业废气之一，2008-2009年SO₂排放量已占工业废气排放总量的60％以上，控制SO₂排放成为工业废气减排的关键。而工业废气中SO₂的排放又主要集中在电力、热力，金属冶炼，非金属矿物制品，化学化工等行业，分别约占SO₂排放总量的55%、14%、9.5%、5.8%。可见，烟气脱硫是减排SO₂的主要途径。2012年执行了新的火电厂大气污染物排放标准，烟气中SO₂出口浓度从之前的（400～1200）mg/m³降低到（50～200）mg/m³，这使得现有的以湿式石灰石/石灰法为主的烟气脱硫技术很难达标排放或不能经济运行。另一方面，我国硫资源需求不断上升与硫资源相对匮乏间的矛盾日益突出，2012年进口硫磺1120万吨，较上一年增加了17.6%。因此，开发脱硫效率高、成本低，可回收SO₂的烟气脱硫技术迫在眉睫。

现有湿法脱硫工艺主要以填料塔、喷淋塔、鼓泡塔等塔式设备作为吸收反应器，因而，虽具有技术成熟、脱硫效率高(可达90%以上)、处理能力大等优点，但普遍存在系统复杂、设备体积庞大、占地面积广、能耗高、投资和操作费用高，吸收液的挥发性造成吸收液不必要的损耗，在运行过程中需不断补充新鲜吸收液、耗水量大，产生的废水需进一步处理，或产生CaSO₄等废弃物，易产生二次污染等缺点。其次，脱硫副产物等无法进行有效利用，即使有一定的利用价值，也大都需经过加工处理才能利用，且其销路不畅，脱硫副产物大多弃置不用，造成严重的硫资源浪费。因此寻求一种不易挥发、吸收容量大、可循环利用的理想脱硫剂和高效率、低能耗的脱硫装置是未来的研究重点和热点。

离子液体是由有机阳离子和有机或无机阴离子组成的在室温下或接近室温条件下呈液态的盐类，具有低熔点、低蒸汽压、良好的热力学稳定性和化学稳定性以及结构可调性等独特的性质，是一种新型的环境友好溶剂。将离子液体作为脱硫剂脱除二氧化硫不仅吸收容量大，而且由于它不易挥发，不存在吸收液的损失，也不会产生对环境有害的物质，在解吸后还可以循环利用，吸收效率仍很高，工艺绿色化，有望解决现有脱硫方法中副产品处理困难、易产生二次污染等问题。通过加热等方法解吸出的高浓度二氧化硫可作为液体SO₂、硫酸、硫磺和其他硫化工产品的优良原料。既避免了二次污染，又回收了硫资源。目前，离子液体法废气脱硫(中国发明专利CN1698928A、CN1709553A、CN102126968A、CN101745290A、CN101601961A、CN101671259)工艺尚处于实验室研究阶段，吸收反应器以吸收瓶或吸收管为主，通过鼓泡水浴加热控制吸收温度，四甲基胍乳酸盐(Angew.Chem.Int.Ed.2004,43,2415-2417)、醇胺羧酸盐(中国专利申请200510069406.6)、[bmim][BF₄]、[TMG][BF₄]、[TMG][BTA]、[TMGB₂][BTA](Chem.Commun.,4027-4029,2006)、乙醇胺乳酸盐、季铵盐等离子液体均对二氧化硫表现出较好的吸附作用。脱硫效率高达90%以上，平衡时间短，但传质过程未得到强化，限制了脱硫效率的进一步提高，且离该脱硫技术的工业化应用有很大的差距。

超重力技术是通过旋转填料床（RPB）来实现的一种过程强化新技术，即利用旋转填料产生的离心力来模拟超重力环境，使液体流动速度加快，液膜的厚度变薄，特别是高粘度液体，相间面积和表面更新速率得到大幅度地增加，总传质系数提高1～3个数量级，但这主要是因液相的传质系数和相界面积的提高，而对于气相的强化效果和传质系数的提高不明显，且现有旋转填料床的结构还存在液体分布不均等缺陷。而离子液体吸收SO₂属于气膜和液膜共同控制的过程。因而，开发能同时强化气相和液相传质过程的旋转填料床意义重大。

另外，旋转填料床的气液接触方式有逆流、并流和错流之分，其中并流可以借助于离心力产生自吸的作用，来大大降低气相阻力损失，节省气体输送能耗。