專利名稱：以太陽能為能源進行電解循環煙氣脫硫的方法
技術領域：
本發明涉及能源及環境技術領域，是一種以太陽能為能源，利用半干法脫硫產物電解循環利用并資源化的方法。
背景技術：
工業的無續發展使二氧化硫(SO2)大肆排放造成大氣污染，導致酸雨產生和種種生態災難，給社會發展、經濟建設及人民生活帶來嚴重的影響。近年來，這一問題已引起國際社會的廣泛關注，控制二氧化硫排放已經成為全世界共同的行動。半干法煙氣脫硫技術是以氫氧化鈉(NaOH)作為脫硫劑的一種處理方法，其脫硫速度和脫硫效率與濕法煙氣脫硫技術相當，因此，得到業界的廣泛認同并已經成為本技術領域的發展方向之一。半干法煙氣脫硫技術的脫硫產物為粉末狀的亞硫酸鈉(Na2SO3)和硫酸鈉(Na2SO4),同時，由于脫硫劑的用量少，所以處理后煙氣溫度下降小，有利于降低能耗，而且脫硫煙氣壓降小。但是，由于脫硫劑價格遠高于石灰石-石膏，因此，目前以氫氧化鈉作為脫硫劑的半干法煙氣脫硫技術尚未能進行工業化應用。在實驗室中對半干法煙氣脫硫技術進行研究時發現采用離子交換膜電解由脫硫產物Na2SO4粉末配制的溶液并選擇適當的合金電極可以在較低槽電壓和電流密度的條件下高效地制備NaOH、H2和硫酸(&S04)，此時氫氧化鈉可循環脫硫再生，而且在產率、槽電壓分布及能耗上與工業化氯堿生產的條件相近。中國專利文獻“廢氣脫硫方法及裝置”(專利公開號CN138^89)、“脫硫劑可再生的脫硫方法及裝置”(專利公開號CN1382518A)、“電解法脫除二氧化硫”(專利公開號 CN1339332A)和“反式雙膜三室電解槽”(專利公開號CN1369576A)公開了一些采用電解法對脫硫劑進行再生的技術，但是，這些技術基本上都是濕法-電解工藝，是以脫硫的亞硫酸鈉廢水為電解對象，采用氫氧化鈉、亞硫酸鈉、氯化鈉混合液作為脫硫劑，脫硫后的產物為混合脫硫廢液，電解產物為二氧化硫氣體、混合液(含氫氧化鈉、亞硫酸鈉、氯化鈉)，——上述文獻中，“反式雙膜三室電解槽”(專利公開號CN1369576A)除外，其電解產物為氫氧化鈉和二氧化硫氣體，對二氧化硫氣體必須經過進一步反應才能制得硫酸。以上專利文獻公開的技術電解時所需要的能源都來自國家電網通過穩壓穩流電源提供。因此，能耗問題是以氫氧化鈉作為脫硫劑的半干法煙氣脫硫技術尚未能進行大規模工業化應用的主要原因之
ο太陽能是當前地球上最豐富的能源，一年內到達地球表面的太陽能總量折合標準煤共計約1.892X IO13千億噸，是目前地球上主要能源探明儲量的一萬倍，而目前太陽能的大部分能量還沒有得到充分的利用。太陽能不僅是一次能源，而且是可再生能源，它資源豐富，既可無償使用，又無運輸的麻煩，對環境也無任何污染，是人類正在積極利用的綠色能源。這些都促使太陽能產業成為目前發展最快的產業之一。2004年全球安裝的太陽能發電系統容量已超過1000兆瓦。太陽能技術還被用于人造衛星、國際空間站等眾多領域。在眾多能源技術中，太陽能光伏發電技術是當前最清潔的能源技術。太陽能光伏發電是利用光電材料的光電轉換效應將太陽的光輻射能量直接轉換為電能的技術，這一轉換過程是電子介質的物理轉換過程，不涉及化學反應，其轉換過程涉及的時空尺度非常小，在轉換過程中不產生污染，因此不會影響人類的生存環境。所以，如果能將太陽能光伏發電技術與半干法煙氣脫硫技術結合起來，將會產生相當積極的效果。

發明內容
本發明的目的在于解決目前半干法煙氣脫硫技術的能耗問題，提出一種以太陽能為能源進行電解循環煙氣脫硫的方法在電解循環煙氣脫硫過程中利用太陽能光伏發電直接使用太陽能轉換的電能(電能的產生、輸送不與現有的電力電網相連接)，利用電能加熱并轉換為化學能(過程中不涉及化學反應和排放)，采用高濃度氫氧化鈉溶液為脫硫劑，電解對象為配制的硫酸鈉溶液，電解產物分別為高純度氫氧化鈉溶液和硫酸溶液，以提高脫硫速度和脫硫效率，減少污水和廢渣的產生。在整個過程中不涉及石油和碳的消耗，使二氧化碳的排放降到最低。為實現上述目的，本發明采取的技術方案為
以太陽能為能源進行電解循環煙氣脫硫的方法，其特征是，包括以下步驟 (1)設置太陽能光伏發電系統，所述的光伏發電系統包括光伏電池板、太陽能控制器和蓄能器，由太陽能光伏發電系統發電和/或向蓄能器儲備電能；
(2 )設置電解循環脫硫裝置，所述的電解循環脫硫裝置包括直流穩壓器、脫硫塔與電解槽，由太陽能光伏發電系統或蓄能器為電解循環脫硫裝置供電；
(3)將含硫煙氣導入半干法脫硫塔，用質量濃度>10%的氫氧化鈉溶液作為脫硫劑，對含硫廢氣進行半干法脫硫；
(4)將脫硫產物(主要為硫酸鈉粉末)用水溶解后配成電解液；
(5)采用金屬氧化物電極為陽極、鎳或鋼電極為陰極、由陰陽離子交換膜分離的三室體系電解硫酸鈉溶液；
(6)陰極產生的高濃度氫氧化鈉溶液經稀釋至質量濃度為10%后循環用于煙氣脫硫， 陽極產生的高純度濃硫酸可直接作為商品化的硫酸，中間室電解后的稀硫酸鈉溶液用硫酸鈉粉末提高濃度后循環進入中間室進行電解。進一步，步驟(3)采用的氫氧化鈉的質量濃度> 10%，脫硫后不形成廢水，生成的脫硫產物為硫酸鈉粉末。進一步，在步驟(4)后先采用軟水溶解硫酸鈉并進行電解液精制，然后再進入步驟 (5)。進一步，所述的電解液精制過程為對脫硫廢水進行沉淀和過濾。進一步，在步驟(5)中，電解池陰極室導入稀氫氧化鈉溶液、陽極室導入稀硫酸溶液、中間室導入濃硫酸鈉溶液進行電解。進一步，所述的濃硫酸鈉溶液通過中間室進口進入電解槽的中間室，中間室采用陰離子交換膜和陽離子交換膜分別與陰極室和陽極室隔開；電解后陰極室產生的稀氫氧化鈉溶液通過蠕動泵由陰極室進口導入陰極室，電解提濃后由陰極室出口導出濃氫氧化鈉溶液；電解后陽極室產生的稀硫酸溶液通過蠕動泵由陽極室進口導入陽極室，電解提濃后由陽極室出口導出濃硫酸溶液；硫酸鈉電解液電解稀釋后由中間室的出口放出。
進一步，所述的陰極室出口導出的濃氫氧化鈉溶液用軟水稀釋至質量濃度為10% 后可循環用于半干法脫硫；陽極室出口導出的濃硫酸溶液可直接作為商品化的硫酸；中間室出口導出的稀硫酸鈉溶液可重新進入脫硫步驟進行循環利用。本發明以太陽能為能源進行電解循環煙氣脫硫的方法的積極效果是
(1)將太陽能光伏發電技術與電解循環脫硫技術結合起來，解決了電解循環脫硫裝置的能耗問題，更節約資源和有利于環境保護。(2)采用本發明的電解循環煙氣脫硫的方法能有效地脫除含硫廢氣中的二氧化硫，本發明與濕法煙氣脫硫技術相比具有脫硫裝置更小、投資少、運行費用低的優點，而且脫硫后煙氣的溫度下降小，可大大降低脫硫時的能耗，并且不會產生大量的脫硫廢水和廢渣。(3)采用高濃度氫氧化鈉溶液為脫硫劑，電解對象為配制的硫酸鈉溶液，電解產物分別為高純度氫氧化鈉溶液和硫酸溶液(產生的濃硫酸純度高，可直接商品化)，提高了脫硫速度和脫硫效率，減少了污水和廢渣的產生，能滿足工業化應用的要求。


附圖1為本發明以太陽能為能源進行電解循環煙氣脫硫的方法的流程框圖。
具體實施例方式以下結合

本發明以太陽能為能源進行電解循環煙氣脫硫的方法的具體實施方式
，需要指出的是，本發明的實施不限于以下的實施方式。參見附圖1。以太陽能為能源進行電解循環煙氣脫硫的方法，包括以下步驟 (1)設置太陽能光伏發電系統，所述的光伏發電系統包括光伏電池板、太陽能控制器和
蓄能器，太陽能光伏發電系統既可直接供電也可向蓄能器儲備電能，以達到既有太陽能光伏發電系統直接供電，又有蓄能器間接供電。(2)安裝電解循環脫硫裝置，所述的電解循環脫硫裝置包括直流穩壓器、脫硫塔與電解槽，由太陽能光伏發電系統或蓄能器為電解循環脫硫裝置供電；
所述的脫硫塔可以是任何一種能夠使用NaOH脫硫劑的半干法脫硫塔。(3)將含硫煙氣導入半干法脫硫塔，采用質量濃度高于10%的氫氧化鈉溶液作為脫硫劑，對含硫廢氣進行半干法脫硫。(4)將脫硫產生的硫酸鈉粉末用軟水溶解，配制成質量濃度高于15%的硫酸鈉溶液，并對溶液進行精制對脫硫廢水進行沉淀和過濾，去除其中的不溶性物質；溶液精制到何種程度要視離子膜的選擇、膜的計劃更換周期及經濟性等條件具體而定，一般來說，精制程度越高，離子膜的使用壽命越長，但精制部分的運行成本也越高。(5)采用金屬氧化物電極為陽極，鎳或鋼電極為陰極，電解槽的中間室用陰離子交換膜和陽離子交換膜分別與陰極室和陽極室隔開；濃硫酸鈉溶液通過中間室進口導入電解槽的中間室進行電解；電解后陰極室產生的稀氫氧化鈉溶液通過蠕動泵由陰極室進口導入陰極室，電解提濃后由陰極室出口導出濃氫氧化鈉溶液；電解后陽極室產生的稀硫酸溶液通過蠕動泵由陽極室進口導入陽極室，電解提濃后由陽極室出口導出濃硫酸溶液。(6)陰極室內的氫氧化鈉濃度升高后導出，用軟水稀釋至質量濃度為10%后作為脫硫劑對待處理的廢氣進行半干法脫硫，凈化后的廢氣排放至大氣；陽極產生的高純度濃硫酸可直接作為商品化的硫酸；中間室電解后的稀硫酸鈉溶液用硫酸鈉粉末提高濃度后可進入中間室進行循環利用。在具體的操作上，首先，利用太陽能光伏發電系統給整個電解循環脫硫裝置提供電力；其次，將燃煤鍋爐機組排出的含硫煙氣導入半干法脫硫塔，采用質量濃度大于10%的氫氧化鈉為脫硫劑；第三，將所生成的硫酸鈉粉末用軟水配制成質量濃度大于15%的溶液， 經靜置或過濾；最后，將精制后的清液導入三室電解槽的中間室進行電解。應用實施例
向電解槽7的陽極室加入750mL的0. lmol/L H2SO4溶液，向陰極室加入750mL的 0. lmol/L NaOH溶液，向電解槽7的中間室加入500mL的lmol/L硫酸鈉；兩邊室陰極室和陽極室每隔IOmin各取一定體積NaOH溶液和溶液滴定；起始電壓為3. 5 3. 6V，起始電流為1.3 1.4A，三室電解反應時實現循環的蠕動泵的轉速r=50 (換算成流量Q=209. 2 mL/min)；應用的結果見下表
權利要求
1.以太陽能為能源進行電解循環煙氣脫硫的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)設置太陽能光伏發電系統，所述的光伏發電系統包括光伏電池板、太陽能控制器和蓄能器，由太陽能光伏發電系統發電和/或向蓄能器儲備電能；(2 )設置電解循環脫硫裝置，所述的電解循環脫硫裝置包括直流穩壓器、脫硫塔與電解槽，由太陽能光伏發電系統或蓄能器為電解循環脫硫裝置供電；(3)將含硫煙氣導入半干法脫硫塔，用質量濃度>10%的氫氧化鈉溶液作為脫硫劑，對含硫廢氣進行半干法脫硫；(4)將脫硫產物用水溶解后配成電解液；(5)采用金屬氧化物電極為陽極、鎳或鋼電極為陰極、由陰陽離子交換膜分離的三室體系電解硫酸鈉溶液；(6)陰極產生的高濃度氫氧化鈉溶液經稀釋至質量濃度為10%后循環用于煙氣脫硫， 陽極產生的高純度濃硫酸可直接作為商品化的硫酸，中間室電解后的稀硫酸鈉溶液用硫酸鈉粉末提高濃度后循環進入中間室進行電解。
2.根據權利要求1所述的以太陽能為能源進行電解循環煙氣脫硫的方法，其特征在于，步驟(3)采用的氫氧化鈉的質量濃度> 10%，脫硫后不形成廢水，生成的脫硫產物為硫酸鈉粉末。
3.根據權利要求1所述的以太陽能為能源進行電解循環煙氣脫硫的方法，其特征在于，在步驟(4)后先采用軟水溶解硫酸鈉并進行電解液精制，然后再進入步驟(5)。
4.根據權利要求3所述的以太陽能為能源進行電解循環煙氣脫硫的方法，其特征在于，所述的電解液精制過程為對脫硫廢水進行沉淀和過濾。
5.根據權利要求1所述的以太陽能為能源進行電解循環煙氣脫硫的方法，其特征在于，在步驟(5)中，電解池陰極室導入稀氫氧化鈉溶液、陽極室導入稀硫酸溶液、中間室導入濃硫酸鈉溶液進行電解。
6.根據權利要求5所述的以太陽能為能源進行電解循環煙氣脫硫的方法，其特征在于，所述的濃硫酸鈉溶液通過中間室進口進入電解槽的中間室，中間室采用陰離子交換膜和陽離子交換膜分別與陰極室和陽極室隔開；電解后陰極室產生的稀氫氧化鈉溶液通過蠕動泵由陰極室進口導入陰極室，電解提濃后由陰極室出口導出濃氫氧化鈉溶液；電解后陽極室產生的稀硫酸溶液通過蠕動泵由陽極室進口導入陽極室，電解提濃后由陽極室出口導出濃硫酸溶液；硫酸鈉電解液電解稀釋后由中間室的出口放出。
7.根據權利要求6所述的以太陽能為能源進行電解循環煙氣脫硫的方法，其特征在于，所述的陰極室出口導出的濃氫氧化鈉溶液用軟水稀釋至質量濃度為10%后可循環用于半干法脫硫；陽極室出口導出的濃硫酸溶液可直接作為商品化的硫酸；中間室出口導出的稀硫酸鈉溶液可重新進入脫硫步驟進行循環利用。
全文摘要
本發明以太陽能為能源進行電解循環煙氣脫硫的方法，包括以下步驟①設置太陽能光伏發電系統；②設置電解循環脫硫裝置，由太陽能光伏發電系統為電解循環脫硫裝置供電；③將含硫煙氣導入半干法脫硫塔，用氫氧化鈉溶液作為脫硫劑對含硫廢氣進行半干法脫硫；④將脫硫產物用水溶解后配成電解液；⑤采用三室體系電解硫酸鈉溶液；⑥陰極產生的高濃度氫氧化鈉溶液經稀釋至質量濃度為10%后循環用于煙氣脫硫，陽極產生的高純度濃硫酸可作為硫酸產品，中間室電解后的稀硫酸鈉溶液用硫酸鈉粉末提高濃度后可循環進行電解；本發明將太陽能光伏發電技術與電解循環脫硫技術相結合，解決了電解循環脫硫裝置的能耗問題，更節約資源，有利于環境保護。
文檔編號B01D53/80GK102512940SQ20121000821
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者曹禮梅, 楊驥 申請人:華東理工大學