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電滲析協(xié)同液相凈化二氧化硫工業(yè)廢氣的裝置的制造方法

文檔序號(hào):8656851閱讀:303來源:國知局
電滲析協(xié)同液相凈化二氧化硫工業(yè)廢氣的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種利用電滲析技術(shù)凈化處理低濃度二氧化硫工業(yè)廢氣的裝置, 屬于環(huán)境工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] SO2是常見的大氣主要污染物之一,SO2污染主要由能源消耗引起,而經(jīng)濟(jì)發(fā)展又 離不開能源的支持,我國能源構(gòu)成又以煤為主,而大量燃燒含硫量較高的煤是導(dǎo)致30 2大量 排放和嚴(yán)重污染的重要因素。《中國環(huán)境狀況公報(bào)》表明,從1990年起我國大中城市的大 氣污染較嚴(yán)重,小城鎮(zhèn)的大氣污染也有加重的趨勢(shì),近年來霧霾天氣的范圍和程度均有所 增強(qiáng)。在SO 2氣體的凈化處理方面,國內(nèi)外已進(jìn)行過大量研究。對(duì)于硫的凈化分燃燒前中 后三種類型,針對(duì)SOJl氣的凈化有固相吸收、液相吸收、固相催化氧化、液相催化氧化等方 法,用電化學(xué)方法凈化SO 2的研究已有電子束脫硫法、等離子體法。在傳統(tǒng)的接觸氧化制硫 酸工藝中,由SO2轉(zhuǎn)化為SO 3的過程要求在高溫和催化劑存在下完成,對(duì)SO 2氣相氧化能量 要求高,成本也高,在液相氧化SO2可使轉(zhuǎn)化能量損耗大幅度降低。
[0003] 電滲析技術(shù)是在直流電場(chǎng)的作用下,以電位差為推動(dòng)力,利用離子交換膜的選擇 透過性,把電解質(zhì)從溶液中分離出來,從而實(shí)現(xiàn)溶液的淡化、濃縮、精制或純化的目的。電滲 析技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn),如:占地面積小,基建投資少,節(jié)省勞動(dòng)力,維修方便,易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 等;它即不像蒸餾將90%以上的水變成水蒸汽那樣須消耗大量燃料,也不同于反滲透須用 高壓泵將大量的水分子擠出半透膜,或離子交換那樣頻繁再生,排出酸堿廢液再度污染環(huán) 境。在這些方面,電滲析具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。
[0004][0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實(shí)用新型的目的是提供一種電滲析協(xié)同液相凈化二氧化硫工業(yè)廢氣的裝置,在 一個(gè)反應(yīng)器中完成催化氧化和富集濃縮,該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,易于操作控制,能夠提高吸收效 率、催化劑活性、硫酸產(chǎn)率并降低生產(chǎn)成本。
[0007] 該裝置包括電滲析室2、電源,其中電滲析室為圓柱形封閉腔室,電滲析室由下隔 板13和上隔板17分隔為下層曝氣室9、中層反應(yīng)室14、上層分離室20,曝氣篩板12安裝在 下隔板13下方,下層曝氣室9上部設(shè)置有陰極液入口 8并位于曝氣篩板12上方,下層曝氣 室下部設(shè)置有混合氣入口 11并位于曝氣篩板12下方;上層分離室20-側(cè)設(shè)置有陰極液出 口 3,上層分離室上部設(shè)置有凈化氣出口 19 ;陽極板、離子交換膜和陰極板螺旋式卷繞在中 層反應(yīng)室14中,離子交換膜5設(shè)置在陰極板4和陽極板6間,離子交換膜和陰極板間的間 隙形成陰極室,陽極板和離子交換膜間的間隙形成陽極室,下隔板13上開有反應(yīng)室陰極液 入口 7并與陰極室連通,上隔板17上開有反應(yīng)室陰極液出口 15并與陰極室連通,陽極液入 口 10和陽極液出口 18分別設(shè)置在電滲析室下部和上部并與陽極室連通,陰極柱1與陰極 板4連接,陽極柱16與陽極板6連接,陰極柱1與電源負(fù)極連接,陽極柱16與電源正極連 接。
[0008] 所述電滲析室由聚四氟乙烯板材制備,陰極板為不銹鋼電極板,陽極板為鈦或鈦 鍍氧化金屬電極板。
[0009] 本裝置使用時(shí),以水為二氧化硫的吸收液,在水中加入過渡金屬鹽催化劑,將配置 好的吸收液從陰極液入口 8注入下層曝氣室,二氧化硫氣體從混合氣入口 11進(jìn)入并通過暴 氣篩板12與吸收液充分混合,然后由陰極液入口 7進(jìn)入電滲析室的陰極室中吸收催化氧 化;二氧化硫與水反應(yīng)生成亞硫酸,要生成硫酸還需使用催化劑將亞硫酸催化氧化為硫酸, 此過程的催化劑為過渡金屬鹽,該催化劑易溶于水,對(duì)于二氧化硫具有較高的催化活性,并 可通過裝置本身的電化學(xué)過程再生使用;在陰極室中經(jīng)催化氧化生成的硫酸在電場(chǎng)的作用 下通過具有強(qiáng)堿性活性交換基團(tuán)的離子交換膜,使硫酸根離子在陽極室富集,硫酸根離子 與陽極電解產(chǎn)生的氫根離子結(jié)合生成高濃度的硫酸,硫酸通過陽極液出口 18收集,陰極室 吸收液通過反應(yīng)室陰極液出口 15進(jìn)入上層分離室,凈化后氣體由凈化氣出口 19排出,吸收 液通過陰極液出口 3排出。
[0010] 本裝置所述富集濃縮過程中所使用的兩電極間的電壓值根據(jù)膜面積大小和極間 距而調(diào)整,使電滲析裝置的工作電流密度保持在l~5A/m2。
[0011] 本裝置能實(shí)現(xiàn)電滲析協(xié)同液相凈化二氧化硫工業(yè)廢氣的方法,該方法是與現(xiàn)有二 氧化硫兩轉(zhuǎn)兩吸凈化工藝完全不同的凈化低濃度二氧化硫廢氣生產(chǎn)硫酸的工藝,該工藝將 催化氧化和富集濃縮集成在一個(gè)反應(yīng)器中完成,且工藝條件溫和,工藝流程簡單,便于廣泛 的工業(yè)化生產(chǎn),降低了凈化成本,減少了二次污染。
[0012] 該方法以水為吸收液,加入過渡金屬鹽作為活性催化劑,在電壓為0. 5~6V條件 下,將流速為20~5000ml/min、二氧化硫濃度為50~5000ppm的廢氣通入電滲析反應(yīng)器, 在曝氣室和陰極室的混合流動(dòng)過程中SO 2被吸收和氧化,陰極室生成的濃度較低的硫酸在 電場(chǎng)作用下通過離子交換膜進(jìn)入陽極室得到濃縮,部分未被完全氧化的亞硫酸也在陽極室 電化學(xué)氧化為硫酸,處理后氣體為凈化氣體。
[0013] 所述過渡金屬鹽為?63+1113+、?62+111 2+、(:〇2+、附2+、2112+鹽中的一種,濃度為0.001~ lmol/L〇
[0014] 所述離子交換膜為全氟磺酸/氧化錳/聚四氟乙烯復(fù)合離子交換膜,該離子交換 膜按如下方法制備得到:
[0015] (1)在質(zhì)量百分比濃度為5%的全氟磺酸溶液中等量加入加入等體積質(zhì)量百分比 濃度0.1-1%表面活性劑溶液混合、攪拌、超聲以使其均勻分布;
[0016] (2)將氧化錳粉末、正硅酸乙酯、無水乙醇和硫酸按質(zhì)量比為0. 1:1:5:0. 1~0.3: 2:5:0. 1的比例混合,高速攪拌10~24小時(shí),形成氧化錳溶膠,將該溶膠加入配置好的等質(zhì) 量全氟磺酸溶液中,得到全氟磺酸/氧化錳溶液;
[0017] (3)將聚四氟乙烯多孔膜用乙醇和去離子水清洗、烘干后放入異丙醇中浸泡12~ 24h并晚干;
[0018] (4)將經(jīng)過處理的聚四氟乙烯多孔膜放入全氟磺酸/氧化錳溶液浸泡24~48h, 取出后滾壓,120°C烘干,然后再浸泡再滾壓如此反復(fù)4~5次,即得到全氟磺酸/氧化錳/ 聚四氟乙烯復(fù)合離子交換膜。
[0019] 所述表面活性劑為Triton X-100。
[0020] 本發(fā)明利用電滲析技術(shù)處理二氧化硫廢氣,以水為主要的二氧化硫的吸收液,二 氧化硫溶于水時(shí),吸收液中存在下列平衡:
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電滲析協(xié)同液相凈化二氧化硫工業(yè)廢氣的裝置,其特征在于:其包括電滲析 室、電源,其中電滲析室為圓柱形封閉腔室,電滲析室由下隔板(13)和上隔板(17)分隔為 下層曝氣室(9)、中層反應(yīng)室(14)、上層分離室(20),曝氣篩板(12)安裝在下隔板(13)下 方,下層曝氣室上部設(shè)置有陰極液入口(8)并位于曝氣篩板(12)上方,下層曝氣室下部設(shè) 置有混合氣入口(11)并位于曝氣篩板(12)下方;上層分離室一側(cè)設(shè)置有陰極液出口(3), 上層分離室上部設(shè)置有凈化氣出口(19);陽極板(6)、離子交換膜(5)和陰極板(4)螺旋式 卷繞在中層反應(yīng)室中,離子交換膜(5)設(shè)置在陰極板(4)和陽極板(6)間,離子交換膜和陰 極板間的間隙形成陰極室,陽極板和離子交換膜間的間隙形成陽極室,下隔板(13)上開有 反應(yīng)室陰極液入口(7)并與陰極室連通,上隔板(17)開有反應(yīng)室陰極液出口(15)并與陰極 室連通,陽極液入口(10)和陽極液出口(18)分別設(shè)置在電滲析室下部和上部并與陽極室 連通,陰極柱(1)與陰極板(4)連接,陽極柱(16)與陽極板(6)連接,陰極柱(1)與電源負(fù) 極連接,陽極柱(16)與電源正極連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電滲析協(xié)同液相凈化二氧化硫工業(yè)廢氣的裝置,其特征在 于:陰極板為不鎊鋼電極板,陽極板為鐵或鐵鍛氧化金屬電極板。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種電滲析協(xié)同液相凈化二氧化硫工業(yè)廢氣的裝置,該裝置包括電滲析室、電源,其中電滲析室為圓柱形封閉腔室,電滲析室由下隔板和上隔板分隔為下層曝氣室、中層反應(yīng)室、上層分離室,曝氣篩板安裝在下隔板下方,下層曝氣室上部設(shè)置有陰極液入口并位于曝氣篩板上方,下層曝氣室下部設(shè)置有混合氣入口并位于曝氣篩板下方;該裝置將電滲析技術(shù)、液相催化氧化技術(shù)相結(jié)合,應(yīng)用于二氧化硫廢氣的吸收與凈化,二氧化硫廢氣通入以水作為吸收液的陰極室,在催化劑和電化學(xué)的協(xié)同氧化作用下在水中生成濃度較低的硫酸,利用電滲析作用將陰極室中催化氧化生成的稀硫酸富集到陽極室,實(shí)現(xiàn)催化氧化、產(chǎn)物的有效分離及產(chǎn)物的富集濃縮,從而得到濃度達(dá)到產(chǎn)品級(jí)要求的濃硫酸;本技術(shù)有助于工業(yè)廢氣資源化利用,可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。
【IPC分類】B01D53-78, B01D53-86, B01D53-74, B01D53-50
【公開號(hào)】CN204365126
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420803007
【發(fā)明人】寧平, 于勇濤, 瞿廣飛, 李軍燕
【申請(qǐng)人】昆明理工大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2014年12月18日
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