[发明专利]一种双极膜电渗析烟气脱硫系统和方法

说明书

技术领域

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

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。

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。世界各国研究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钙法，其次是钠法和氨法。

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。

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。

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。

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、Na₂CO₃、NaHCO₃、Na₂SO₃)作为脱硫剂，吸收烟气中SO₂，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SO₂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

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，SO₂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。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

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。