CN103570081B - 一种钛白粉废酸回收利用处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钛白粉废酸回收利用处理系统，其创新点在于：主要包括依次设置的反应器、清洗缓冲罐、气体增压器、气体冷却器、除雾器、储存分配罐和燃氢蒸汽锅炉，反应器底板中心设置有一导料凸起，反应器顶部配备带液封的铁粉加料装置以及液位检测组件，燃氢蒸汽锅炉主要包括炉体、锅筒、水冷壁管、对流管束、省煤器、氢气燃烧器和安全泄压门。反应器内反应生成的氢气携带少量的水蒸气、酸性气体进入清洗缓冲罐，通过碱性清洗液去除杂质气体后，再进入气体增压器进行增压，再通过气体冷却器、除雾器去除水分后，由储存分配罐储存并分配给燃氢蒸汽锅炉燃烧进行预热利用。反应效率高，且氢气不易泄漏、燃爆，使用安全可靠。

Description

一种钛白粉废酸回收利用处理系统

技术领域

本发明涉及一种钛白粉废酸回收利用处理系统。

背景技术

钛白粉学名为二氧化钛， 钛白粉被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，占全部白色颜料使用量的80%，被广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。

目前钛白粉制造方法有两种：硫酸法(Sulphate Process)和氯化法(Chloride Process)。目前国内钛白粉厂家主要以硫酸法为主，其是将钛铁粉与浓硫酸进行酸解反应生产硫酸氧钛，经水解生成偏钛酸，再经煅烧、粉碎即得到钛白粉产品，此法可生产锐钛型和金红石型钛白粉。硫酸法的优点是能以价低易得的钛铁矿与硫酸为原料，技术较成熟，设备简单，防腐蚀材料易解决。

在以硫酸法制备钛白粉的过程中，会产生副产品稀硫酸，稀硫酸的浓度在20~25%左右，目前国外通过浓缩设备将其浓缩到70%以上进行回收利用；而国内由于国内浓缩设备的结构、防腐材质限制，在浓缩时能耗大，且需要频繁的清洗，因此对该副产品的回收利用价值较低。而通过稀硫酸与铁屑、铁粉反应生成硫酸亚铁，既可以消耗稀硫酸，又可以生产硫酸亚铁等产品，达到环保与经济效益的双丰收。铁粉与稀硫酸反应生产硫酸亚铁的过程中，会副产大量的氢气，而氢气易燃易爆，其对用于实现该回收再利用的过程中涉及到的反应以及燃烧设备的安全性能要求非常高，另外，铁粉与废酸反应时，易沉积在反应器底部，无法充分反应，降低反应效率。因此研发一种适用于钛白粉废酸回收利用且安全可靠的设备势在必行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种反应效率高且安全可靠的钛白粉废酸回收利用处理系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种钛白粉废酸回收利用处理系统，其创新点在于：主要包括依次设置的反应器、清洗缓冲罐、气体增压器、气体冷却器、除雾器、储存分配罐和燃氢蒸汽锅炉，反应器用于钛白粉废酸与铁粉的还原反应，主要包括反应器壳体、搅拌装置、铁粉加料装置，反应器壳体为一由倒锥形筒体的上、下端设置顶板和底板构成的倒圆台形；顶板上设置加液管、铁粉加料装置和出气管，底板的中心设置有一半球形导料凸起，底板的非导料凸起区域具有一个放料口；搅拌装置包括搅拌轴、搅拌桨叶、驱动电机，搅拌轴垂直设置在反应器壳体内，搅拌轴上端伸出反应器壳体并与安装在反应器壳体顶端的驱动电机连接，搅拌轴的下端安装搅拌桨叶，该搅拌桨叶为一由横杆两端设置竖叶的H形搪瓷桨叶；铁粉加料装置包括加料管、加料斗、定量卸料组件、安全截止阀、液位检测组件、补水管和液位控制器；加料管垂直安装在反应器的顶部，加料管的上端设置加料斗，加料管中部设置定量卸料组件，该定量卸料组件具有一个驱动定量加料的伺服驱动电机，加料管底部安装安全截止阀；液位检测组件，包括上液位传感器、中液位传感器、下液位传感器、中液位传感器套管和下液位传感器套管，中液位传感器套管和下液位传感器套管均为一倾斜设置的管体，管体的上端设置中液位传感器、下液位传感器，管体的下端与加料管上部连通；上液位传感器设置在加料斗内；补水管的出水口位于加料斗的上方，补水管上具有一个补水电磁阀；液位控制器信号输入端与上、中、下液位传感器连接，液位控制器的信号输出端与补水电磁阀、安全截止阀、伺服驱动电机连接；清洗缓冲罐的罐体顶部具有一个进气管和一个出气口，进气管的下端伸入罐体底部且位于清洗液液位以下，进气管的上端与反应器出气管连通；清洗缓冲罐的出气口依次通过气体增压器、气体冷却器、除雾器后进入储存分配罐，所述储存分配罐为燃氢蒸汽锅炉提供可燃烧氢气；燃氢蒸汽锅炉主要包括炉体、锅筒、水冷壁管、对流管束、省煤器、氢气燃烧器和安全泄压门，炉体包括左燃烧室、右燃烧室、左对流室、右对流室和公共对流室，炉体整体由一对左、右燃烧室之间设置公共对流室，并在公共对流室与两侧的左、右燃烧室之间通过独立的左、右对流室连通构成一个M形；在左燃烧室、右燃烧室、公共对流室的两侧以及左对流室、右对流室的外侧均设置安全泄压门；锅筒包括一个上筒体、两个下筒体以及连通上、下筒体的对流管束、水冷壁；所述的上筒体水平设置在炉体左、右对流室上方，且其轴线与左、右对流室的长轴方向平行；所述的两下筒体分别水平设置在公共对流室与左、右燃烧室之间的间隙下方，且其轴线与左、右对流室的长轴方向平行；对流管束穿过左对流室、右对流室和公共对流室；水冷壁布置在燃烧室、左对流室、右对流室以及公共对流室的炉体侧壁上；省煤器设置在炉体烟道出口内。

本发明的优点在于：

硫酸法制备钛白粉工艺中产生的副产品稀硫酸通过加液管引入反应器中，通过铁粉加料装置在反应器内安全加入铁粉，反应生成硫酸亚铁和氢气，硫酸亚铁溶液从反应器底部放料口排出，氢气携带少量的水蒸气、酸性气体从反应器顶部出气管进入清洗缓冲罐，在清洗缓冲罐内通过碱性清洗液去除杂质气体后，再进入气体增压器进行增压，再进入气体冷却器将氢气中的水蒸气冷凝去除，然后进入除雾器进一步去除水分，最终脱水后的氢气通过储存分配罐储存并分配给燃氢蒸汽锅炉燃烧进行预热利用。使得副产品稀硫酸得到中和，降低排放PH值，并在制得硫酸亚铁的同时将产生的氢气充分利用。

反应器的导向凸起使得沉淀在反应器壳体底部的铁粉会分散到导向凸起的四周，而搅拌桨叶在转动时，能够充分的搅拌该部分区域，进而确保反应充分。通过液位检测组件的上、下液位传感器检测加料管、加料斗内的水位，并由液位控制器控制相应的补水电磁阀启闭，使得液位保持在一个安全的高度，确保实现水封；安全截止阀的设置可避免补水管无法顺利补水造成水封失效后氢气溢出，确保安全。

炉体采用双燃烧室进行氢气的燃烧，单个氢气燃烧器可适当降低供气量，同时通过双对流室与公共对流室内的水冷壁、对流管束配合吸收辐射热和对流热产生蒸汽，确保热能能够充分被对流管束、冷水壁吸收，提高热能利用率。锅筒的上筒体水平设置在炉体的左、右对流室上方，使得上筒体具有很大的液面，蒸发量大，液位波动小，为提高蒸汽参数提供了可能。多处安全卸压门的设置能够对炉体内爆燃的压力及时泄出，以免损伤炉体造成更严重的事故。

附图说明

图1为本发明钛白粉废酸回收利用处理系统示意图。

图2为本发明中反应器结构示意图。

图3为本发明中铁粉加料装置结构示意图。

图4为本发明燃氢蒸汽锅炉结构示意图。

图5为本发明中锅筒结构示意图。

图6为本发明氢气燃烧器结构示意图。

图7为本发明中燃烧套管、燃烧头、燃气供气管道和辅助燃气体供气管道连接关系示意图。

具体实施方式

实施例

请参阅图1，本发明揭示了一种钛白粉废酸回收利用处理系统，其创新点在于：主要包括依次设置的反应器1、清洗缓冲罐2、气体增压器3、气体冷却器4、除雾器5、储存分配罐6和燃氢蒸汽锅炉7。

如图2所示，反应器主要包括反应器壳体、搅拌装置、铁粉加料装置，反应器壳体为一由倒锥形筒体112的上、下端设置顶板111和底板113构成的倒圆台形；顶板111上设置加液管116、铁粉加料装置12和出气管，底板113的中心设置有一半球形导料凸起114，底板113的非导料凸起区域具有一个放料口115。搅拌装置包括搅拌轴131、搅拌桨叶132、驱动电机133，搅拌轴131垂直设置在反应器壳体内，搅拌轴131上端伸出反应器壳体并与安装在反应器壳体顶端的驱动电机133连接，搅拌轴131的下端安装搅拌桨叶133，该搅拌桨叶133为一由横杆两端设置竖叶的H形搪瓷桨叶，且该两竖叶位于导料凸起114的两侧。铁粉加料装置12，如图3所示，包括加料管121、加料斗122、定量卸料组件、安全截止阀124、液位检测组件、补水管126、补水电磁阀127和液位控制器128；加料管121垂直安装在反应器的顶部，加料管111的上端设置加料斗122；该定量卸料组件具有一个驱动定量加料的伺服驱动电机1232，安全截止阀124安装在加料管121的底部；液位检测组件包括上液位传感器1251、中液位传感器1252、下液位传感器1253、中液位传感器套管1254和下液位传感器套管1255，中液位传感器套管1254和下液位传感器套管1255均为一倾斜设置的管体，管体的上端设置中液位传感器1252、下液位传感器1253，管体的下端与加料管121上部连通；上液位传感器1251设置在加料斗122内；补水管126的出水口位于加料斗122的上方，补水管126上设置补水电磁阀127；液位控制器128信号输入端与上液位传感器1251、中液位传感器1252、下液位传感器1253连接，液位控制器128的信号输出端与补水电磁阀127、安全截止阀124、伺服驱动电机1232连接。

清洗缓冲罐2的罐体顶部具有一个进气管和一个出气口，进气管的下端伸入罐体底部且位于碱性清洗液液位以下，进气管的上端与反应器出气管连通；清洗缓冲罐2的出气口依次通过气体增压器3、气体冷却器4、除雾器5后进入储存分配罐6，储存分配罐6为燃氢蒸汽锅炉7提供可燃烧氢气。

如图4所示，燃氢蒸汽锅炉7主要包括炉体、锅筒、水冷壁管73、对流管束74、省煤器75、氢气燃烧器76和安全泄压门77。

炉体包括左燃烧室71a、右燃烧室71b、左对流室71c、右对流室71d和公共对流室71e，炉体1整体由一对左燃烧室71a、右燃烧室71b之间设置公共对流室71e，并在公共对流室71e与两侧的左燃烧室71a、右燃烧室71b之间通过独立的左对流室1c、右对流室71d连通构成一个M形。在左燃烧室71a、右燃烧室71b、公共对流室71e的两侧以及左对流室71c、右对流室71d的外侧均设置安全泄压门77。

如图5所示，锅筒包括一个上筒体721、两个下筒体722以及连通上筒体721、下筒体722的对流管束73、水冷壁74；上筒体721水平设置在炉体左对流室71c、右对流室71d上方，且其轴线与左对流室71c、右对流室71d的长轴方向平行；两下筒体722分别水平设置在公共对流室71e与左燃烧室71a、右燃烧室71b之间的间隙下方，且其轴线与公共对流室71e的长轴方向平行；对流管束73穿过左对流室71c、右对流室71d和公共对流室71e；水冷壁74布置在左燃烧室71a、右燃烧室71b、左对流室71c、右对流室71d和公共对流室71e的炉体侧壁上；省煤器75设置在炉体烟道出口内。

左燃烧室71a、右燃烧室71b分别配备一个独立的氢气燃烧器76，其主要包括助燃气体供气仓、燃烧套管、燃烧头、燃气供气管道、辅助燃气体供气管道、点火组件和燃烧控制系统。

具体的：如图6、7所示，助燃气体供气仓761，该仓体的前端设置有燃烧套管762，仓体下部内置风量风压开关以及由伺服电机7651驱动的风门调节挡板组765，仓体下端设置有由变频电机7641驱动的助燃气体供气风机764。燃烧套管762设置在助燃气体供气仓的侧壁上，且其前端伸出助燃气体供气仓761侧壁。燃烧套管762由同轴设置的内管7622和外管7621构成，内管7622、外管7621的末端与助燃气体供气仓761连通；外管7621的前端螺纹连接有一导流罩7623，该导流罩7623的前端内折向内管侧。燃烧头763焊接在内管前端，该燃烧头763具有一个位于燃烧头中心的球面形凸起以及一个位于球面形凸起外的环形平面；球面形凸起中心设置一个大圆形通孔，并在大圆形通孔外沿球面形凸起的球面均匀分布若干小圆形通孔，且小圆形孔的轴线穿过球面形凸起的球心；在环形平面上设置有若干以燃烧头中心为圆心呈环形阵列分布的弧形孔。燃气供气管道766具有一个主燃气供气管道7661以及若干以主燃气供气管道7661为中心呈环形分布的辅燃气供气管道7662；主燃气供气管道7661设置在内管7622中，主燃气供气管道7661的前端与燃烧头球面形凸起的环形边沿连接固定，并与燃烧头球面形凸起的小圆形通孔连通；辅燃气供气管道7662分布在内管7622与外管7621之间，辅燃气供气管道7662的前端伸出内管7622前端且倾斜向内管侧。辅燃气供气管道7662的末端与主燃气供气管道7661的中部连通，主燃气供气管道7661末端具有一个燃气流量调节阀7663；辅助燃气体供气管道767内置于主燃气供气管道7661中心，其前端与燃烧头球面形凸起的大圆形通孔连通。该辅助燃气体供气管道767由助燃气体供气风机764通过独立的流量调节阀767供气。

工作原理：

硫酸法制备钛白粉工艺中产生的副产品稀硫酸通过加液管引入反应器中，然后关闭安全截止阀，在加料斗内投入定量的铁粉，通过补水管在加料斗内加水进行液封，使得反应器内腔不与外界导通，当水位高度上液位传感器后，液位控制器控制补水电磁阀关闭；连续投料时，打开安全截止阀，由伺服驱动电机驱动转轴转动，进而实现铁粉的连续投料；在连续投料过程中，部分水随着铁粉进入反应器内，水位下降；当水位低于中液位传感器后，液位控制器控制补水电磁阀打开进行补水，若不能够及时补水，使得水位低于下液位传感器后，液位控制器控制安全截止阀关闭，避免水封失效造成氢气溢出。反应时，驱动电机带动搅拌桨叶转动，将铁粉与反应液充分搅拌混合，易沉淀的铁粉落在导向凸起上后通过导向凸起的斜面滑落到导向凸起的四周，再次被搅拌，进而确保所有铁粉均能够与反应液充分反应；

反应生成硫酸亚铁和氢气，硫酸亚铁溶液从反应器底部放料口排出，氢气携带少量的水蒸气、酸性气体从反应器顶部出气管进入清洗缓冲罐，在清洗缓冲罐内通过碱性清洗液去除杂质气体后，再进入气体增压器进行增压，再进入气体冷却器将氢气中的水蒸气冷凝去除，然后进入除雾器进一步去除水分，最终脱水后的氢气通过储存分配罐储存并分配给燃氢蒸汽锅炉燃烧进行预热利用。

氢气进入燃氢蒸汽锅炉的氢气燃烧器，氢气燃烧器采用一个多层环绕的助燃气体与氢气混合出风形式，混合均匀；点火元件通过点火变压器提供的高压电进行放电，进而产生电弧点燃混合气体进行燃烧；燃烧率达到100%，杜绝了剩余氢气的发生、积聚，提高安全性能。

Claims (1)

1.一种钛白粉废酸回收利用处理系统，其特征在于：主要包括依次设置的反应器、清洗缓冲罐、气体增压器、气体冷却器、除雾器、储存分配罐和燃氢蒸汽锅炉，

反应器用于钛白粉废酸与铁粉的还原反应，主要包括反应器壳体、搅拌装置、铁粉加料装置，反应器壳体为一由倒锥形筒体的上、下端设置顶板和底板构成的倒圆台形；顶板上设置加液管、铁粉加料装置和出气管，底板的中心设置有一半球形导料凸起，底板的非导料凸起区域具有一个放料口；搅拌装置包括搅拌轴、搅拌桨叶、驱动电机，搅拌轴垂直设置在反应器壳体内，搅拌轴上端伸出反应器壳体并与安装在反应器壳体顶端的驱动电机连接，搅拌轴的下端安装搅拌桨叶，该搅拌桨叶为一由横杆两端设置竖叶的H形搪瓷桨叶；铁粉加料装置包括加料管、加料斗、定量卸料组件、安全截止阀、液位检测组件、补水管和液位控制器；加料管垂直安装在反应器的顶部，加料管的上端设置加料斗，加料管中部设置定量卸料组件，该定量卸料组件具有一个驱动定量加料的伺服驱动电机，加料管底部安装安全截止阀；液位检测组件，包括上液位传感器、中液位传感器、下液位传感器、中液位传感器套管和下液位传感器套管，中液位传感器套管和下液位传感器套管均为一倾斜设置的管体，管体的上端设置中液位传感器、下液位传感器，管体的下端与加料管上部连通；上液位传感器设置在加料斗内；补水管的出水口位于加料斗的上方，补水管上具有一个补水电磁阀；液位控制器信号输入端与上、中、下液位传感器连接，液位控制器的信号输出端与补水电磁阀、安全截止阀、伺服驱动电机连接；

清洗缓冲罐的罐体顶部具有一个进气管和一个出气口，进气管的下端伸入罐体底部且位于碱性清洗液液位以下，进气管的上端与反应器出气管连通；清洗缓冲罐的出气口依次通过气体增压器、气体冷却器、除雾器后进入储存分配罐，所述储存分配罐为燃氢蒸汽锅炉提供可燃烧氢气；

燃氢蒸汽锅炉主要包括炉体、锅筒、水冷壁管、对流管束、省煤器、氢气燃烧器和安全泄压门，炉体包括左燃烧室、右燃烧室、左对流室、右对流室和公共对流室，炉体整体由一对左、右燃烧室之间设置公共对流室，并在公共对流室与两侧的左、右燃烧室之间通过独立的左、右对流室连通构成一个M形；在左燃烧室、右燃烧室、公共对流室的两侧以及左对流室、右对流室的外侧均设置安全泄压门；锅筒包括一个上筒体、两个下筒体以及连通上、下筒体的对流管束、水冷壁；所述的上筒体水平设置在炉体左、右对流室上方，且其轴线与左、右对流室的长轴方向平行；所述的两下筒体分别水平设置在公共对流室与左、右燃烧室之间的间隙下方，且其轴线与左、右对流室的长轴方向平行；对流管束穿过左对流室、右对流室和公共对流室；水冷壁布置在燃烧室、左对流室、右对流室以及公共对流室的炉体侧壁上；省煤器设置在炉体烟道出口内。