钠碱法烟气脱硫废液的膜电解再生技术及机理研究

论文摘要

二氧化硫的大量排放造成严重的大气污染,带来巨额的经济损失。目前常用的脱硫技术普遍存在着投资、运行成本高的问题,严重地制约了脱硫措施的实施。在对膜电解和钠碱脱硫法进行深入研究的基础上,本文提出了低价态膜电解钠碱再生循环烟气脱硫法。利用不同电解单元,以亚硫酸钠和亚硫酸氢钠溶液为模拟吸收富液,对其膜电解再生部分进行了研究。结果表明:在两室单阴膜电解单元中:电流密度越大、阴极液的进口pH值越低、阳极液浓度越大、流速越快吸收液再生和硫回收效果越好。理论模型为单阴膜电解过程中硫的理论电解效率与阴极进出口液酸度关系式,实验证明该模型完全符合实际情况,计算结果亦显示膜电解一次性再生硫的电解效率不会超过50%,且在一定的pH值范围内该模型有较好的稳定性。在三室阴阳膜电解单元中:随着电解溶液浓度、电流密度及阳极液硫酸浓度的增大,系统电流效率有逐渐降低之势。随着电解溶液pH值和阴、阳极液流速的不断增大,系统电流效率有逐渐上升之势。理论推导模型表明:当pH值控制在5.0～5.5范围时,在钠离子和总硫同时迁出的共同作用下中间室溶液的氢离子浓度几乎不改变。当低pH值时,膜电解过程中溶液的pH值不断升高;当高pH值时,膜电解过程中溶液的pH值不断降低。在三室双阳膜电解单元中:电解溶液浓度、pH值对系统电流效率的影响不明显。随着电流密度的增大,中间室电流效率呈逐渐降低之势。随着阳极液硫酸浓度的增大,系统电流效率呈逐渐上升之势,但总体上升幅度不大。理论推导模型表明:中间室进口液pH值在5.0左右时,出口液pH值是最低的。在出口液pH上限接近6、下限接近3时溶液的pH变化减缓,要达到解吸所需的pH值,需要进一步加大膜面积。阴极室钠离子迁移率增加出口液pH提高,再生程度提高,并且有突变,表明要达到高的出口液pH,就需要加大膜电解的膜面积,或加大膜电压,以提高钠离子迁移率,并且尽量控制在pH值发生突变的范围附近再生。通过以上关系式可以通过计算钠离子的迁移量来设计膜电极装置的膜面积,并优化膜电解装置的操作条件和设备大小。本研究提出了膜电解钠碱脱硫废液的工艺流程,实验研究和理论推导了两室单阴膜单元、三室阴阳膜单元和三室双阳膜单元膜电解时电解液的组成和浓度、电流密度、阳极液硫酸浓度、阴、阳极液流速等对电解效果的影响。并与理论模型进行了验证,为设计膜电解组合提供了理论依据。通过计算设计膜电解装置的膜面积,并优化膜电解装置的操作条件和设备,为设计膜电解组合提供了参考条件。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 二氧化硫的污染现状
• 1.2 本课题的研究目的、意义及内容
• 第二章 二氧化硫的危害及其控制
• 2.1 二氧化硫的危害
• 2.2 二氧化硫脱除方法
• 第三章 膜电解在脱硫中的应用研究
• 3.1 膜分离技术及其应用研究
• 3.2 膜分离技术的应用领域
• 3.3 我国膜分离技术发展及其应用研究
• 3.4 离子交换膜技术及其应用
• 3.5 膜技术应用于脱硫领域的尝试性研究
• 3.6 本章小结
• 第四章 两室单阴膜电解研究
• 4.1 实验装置及分析方法
• 4.2 实验结果与分析
• 4.3 单阴膜电解模型及影响因素分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 三室阴阳膜电解研究
• 5.1 实验装置及分析方法
• 5.2 实验结果与分析
• 5.3 三室阴阳膜电解模型及影响因素分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 三室双阳膜电解研究
• 6.1 实验装置及分析方法
• 6.2 实验结果与分析
• 6.3 三室双阳膜电解模型及影响因素分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 创新点
• 7.3 建议
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 附录
• 致谢