CN106865570A - 亚硫酸铵溶液的氧化装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及烟气脱硫技术领域，具体涉及一种亚硫酸铵溶液的氧化装置及工艺。本发明提供的亚硫酸铵溶液的氧化装置，不需要搅拌装置，一方面采用风机直接鼓入空气，并利用气体分布管将气体均匀分布；另一方面采用循环泵，将液体进行循环氧化，并采用射流器吸入空气，两者相互配合，使空气中的氧气得到了充分利用，提高反应效率。本发明提供的亚硫酸铵溶液的氧化工艺，通过合理控制溶液pH、流速、反应温度等反应参数条件，实现了亚硫酸铵溶液的高效氧化，亚硫酸铵溶液的氧化率高，同时还具有操作简单、便于工业化生产的特点。
Description
技术领域
本发明涉及烟气脱硫技术领域，尤其涉及一种亚硫酸铵溶液的氧化装置及工艺。
背景技术
热电及化工生产过程中会排放大量含SO2的尾气。SO2会造成大气污染，形成酸雨，引发环境问题。随着国家对大气污染防治的日益重视，脱硫已成为环境治理的重要举措。脱硫方法中分为湿法脱硫、干法脱硫和半干法脱硫。其中，湿法脱硫具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点，被广泛应用。氨法脱硫是湿法脱硫方法中的一种，最大特点是可将污染物二氧化硫回收成为高附加值的脱硫副产物，其以氨水或液氨为吸收剂吸收二氧化硫并生成亚硫酸铵。亚硫酸铵也可作为化肥直接使用，但是亚硫酸铵的稳定性比较差，而硫酸铵产品性能稳定，也可以作为氮肥用于作物的生长。因此，为了提高副产品的经济价值，在实际生产过程中通常需要将亚硫酸铵溶液氧化为硫酸铵溶液，如何将亚硫酸铵高效的转化为硫酸铵是氨法脱硫工艺的关键问题。
目前，为了提高亚硫酸铵溶液与空气的反应效率，通常采用搅拌装置促进空气与亚硫酸铵溶液的接触，但是搅拌装置比较大，结构复杂，容易出现故障，同时需要定期清洗叶轮上的沉积物。
有鉴于此，本发明提出一种能够将亚硫酸铵溶液高效氧化为硫酸铵溶液的氧化装置和氧化工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种亚硫酸铵溶液的氧化装置，不需要搅拌装置，一方面采用风机直接鼓入空气，另一方面采用循环泵，将液体进行循环氧化，同时利用射流器再吸入新的空气，实现深度氧化，两者相互配合，使空气中的氧气得到了充分利用，促进了气液传质，提高了反应效率。
本发明的第二个目的在于提供一种应用上述氧化装置的亚硫酸铵溶液的氧化工艺，合理控制溶液pH、流速、反应温度等反应参数条件，亚硫酸铵的氧化率高，同时还具有操作简单、便于工业化生产的特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种亚硫酸铵溶液的氧化装置，包括氧化罐、亚硫酸铵溶液进料管路、氨水进料管路、风机、气体分布管、循环泵、射流器和下液管，其中：
所述氧化罐的顶部设有进料口、循环液进口和气体排出口，所述氧化罐侧壁的中上部设有出料口，所述氧化罐侧壁的下部设有气体进口和循环液出口；
所述亚硫酸铵溶液进料管路和所述氨水进料管路连接所述进料口；
所述风机将气体通过所述气体进口送入位于所述氧化罐内底部的气体分布管；
所述气体分布管上均匀设有气孔；
所述循环泵将所述氧化罐内的液体从循环液出口通过管路送入所述射流器；
所述射流器连接所述下液管；
所述下液管伸入所述氧化罐的中下部。
进一步地，所述氧化罐内部间隔设有多孔隔离板。
进一步地，所述进料口处设有进料液分布器。
更进一步地，所述多孔隔离板的孔径为6－14mm，孔心距为孔径的3－6倍。
进一步地，所述气体分布管上气孔的孔径为6－14mm，孔心距为孔径的3－6倍。
进一步地，所述氧化罐的底部设有排液阀。
一种亚硫酸铵溶液的氧化工艺，包括如下步骤：
亚硫酸铵溶液和氨水亚分别通过亚硫酸铵溶液进料管路和氨水进料管路进入氧化罐中，使氧化罐中亚硫酸铵溶液的pH值为6－6.5；
空气经风机送入气体分布管，通过气体分布管上的气孔进入氧化罐内的亚硫酸铵溶液中；
循环泵将氧化罐底部的液体送入射流器，液体经射流器高速喷射，同时利用高速液体形成真空，从射流器的进气口吸入空气，气液混合，通过下液管进入氧化罐中；
反应后的溶液经出料口流出。
进一步地，所述亚硫酸铵溶液的流速为20－30m/h。
进一步地，通过所述气体分布管的空气流速为10－20m/s。
进一步地，所述氧化罐中溶液的温度为80－90℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明提供的亚硫酸铵溶液的氧化装置，不需要搅拌装置，一方面采用风机直接鼓入空气，并利用气体分布管将气体均匀分布；另一方面采用循环泵，将液体进行循环氧化，并采用射流器进一步吸入新的空气，两者相互配合，使空气中的氧气得到了充分利用，促进了气液传质，提高了反应效率。
2.本发明提供的亚硫酸铵溶液的氧化装置还设有多孔隔离板和进料液分布器，能够增加气液接触面积，促进气液传质，提高亚硫酸铵溶液的氧化率。
3.本发明提供的亚硫酸铵溶液的氧化工艺，通过合理控制溶液pH、流速、反应温度等反应参数条件，实现了亚硫酸铵溶液的高效氧化，亚硫酸铵溶液的氧化率高，同时还具有操作简单、便于工业化生产的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的亚硫酸铵溶液的氧化装置的结构示意图。附图标记：1－氧化罐；2－亚硫酸铵溶液进料管路；3－氨水进料管路；4－风机；5－气体分布管；6－循环泵；7－射流器；8－下液管；9－多孔隔离板；10－进料液分布器；11－进料口；12－循环液进口；13－气体排出口；14－出料口；15－气体进口；16－循环液出口；17－排液阀。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明提供的亚硫酸铵溶液的氧化装置，包括氧化罐1、亚硫酸铵溶液进料管路2、氨水进料管路3、风机4、气体分布管5、循环泵6、射流器7和下液管8，其中：氧化罐1的顶部设有进料口11、循环液进口12和气体排出口13，氧化罐1侧壁的中上部设有出料口14，氧化罐1侧壁的下部设有气体进口15和循环液出口16；亚硫酸铵溶液进料管路2和氨水进料管路3连接进料口11；风机4将气体通过气体进口15送入位于氧化罐1内底部的气体分布管5；气体分布管5上均匀设有气孔；循环泵6将氧化罐1底部的液体从循环液出口16通过管路送入射流器7；射流器7连接下液管8；下液管8伸入氧化罐1的中下部。
通常情况下，为了使亚硫酸铵溶液与氧气的反应更加充分和均匀，在亚硫酸铵的氧化工艺中，常采用搅拌装置，但是搅拌装置比较大，结构复杂，容易出现故障，同时需要定期清洗叶轮上的沉积物。本发明提供的亚硫酸铵溶液的氧化装置，不使用搅拌装置，同时为了提高亚硫酸铵溶液与空气反应的氧化率，一方面采用风机4直接向氧化罐1中鼓入空气，并利用气体分布管5使氧化罐1中的气体分布比较均匀，另一方面采用循环泵6，对亚硫酸铵溶液进行循环氧化，并且利用液体经射流器7高速喷射时形成的真空，从射流器7的进气口吸入新的空气，气液混合，加快气液间传质，两方面相互配合，使空气中的氧气得到充分的利用，提高了反应效率。
图1为本发明提供的亚硫酸铵溶液的氧化装置的结构示意图。如图1所示，本发明提供的亚硫酸铵溶液的氧化装置，包括氧化罐1、亚硫酸铵溶液进料管路2、氨水进料管路3、风机4、气体分布管5、循环泵6、射流器7和下液管8。其中：氧化罐1的顶部设有进料口11、循环液进口12和气体排出口13，氧化罐1侧壁的中上部设有出料口14，氧化罐1侧壁的下部设有气体进口15和循环液出口16；亚硫酸铵溶液进料管路2和氨水进料管路3连接进料口11；风机4将气体通过气体进口15送入位于氧化罐1内底部的气体分布管5；气体分布管5上均匀设有气孔；循环泵6将氧化罐1底部的液体从循环液出口16通过管路送入射流器7；射流器7连接下液管8；下液管8伸入氧化罐1的中下部。
亚硫酸铵溶液和氨水分别经亚硫酸铵溶液进料管路2和氨水进料管路3通过进料口11流入氧化罐1中。
为了使从进料口11进入的溶液能够在氧化罐1中下降时与氧化罐1中的空气进行充分的接触，在进料口11的下方设有进料液分布器10，能够使液体以小液滴的形状下降，增加液体与空气的接触面积，加快气液传质。
风机4将空气通过管路至气体进口15并送入氧化罐1内底部的气体分布管5，气体分布管5上均匀设有气孔，能够使气体均匀分布在氧化罐1中。气泡经气体分布管5上的气孔进入溶液中，并不断上升，在上升过程中与溶液进行气液传质，实现亚硫酸铵溶液的氧化。
气体分布管5可以为一根，也可以设置多根，在氧化罐1中对称均匀分布。
作为本发明的优选实施方式，气体分布管5上气孔的孔径为6－14mm，孔心距为孔径的3－6倍。
本发明中，气体分布管5上气孔的孔径典型但非限定性为：6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mmm、12mm、13mm或14mm。
本发明中，气体分布管5的孔心距为孔径的倍数典型但非限定性为：3倍、4倍、5倍或6倍。
为了将上升过程中逐渐变大的气泡进一步破碎成小气泡，并且分布均匀，使进入溶液中的气体反应更加充分，在氧化罐1内部沿垂直方向间隔设有多孔隔离板9。
多孔隔离板9的个数可根据氧化罐1的大小设定。
作为本发明的优选实施方式，多孔隔离板9的孔径为6－14mm，孔心距为孔径的3－6倍。
本发明中，多孔隔离板9的孔径典型但非限定性为：6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mmm、12mm、13mm或14mm。
本发明中，多孔隔离板9的孔心距为孔径的倍数典型但非限定性为：3倍、4倍、5倍或6倍。
在氧化罐1的顶部设有气体排出口13，使没有参与反应的气体通过气体排出口13排出。
为了增加氧化效率，需要进行循环氧化，循环泵6将氧化罐1底部的液体通过管路送入射流器7，射流器7具有一个真空腔，还包括进液口、出液口和进气口，当液体从进液口进入射流器7，并且在经过利用高速液体形成真空，从射流器7的进气口吸入空气，气液混合，进行气液传质，发生氧化反应，再通过下液管8进入氧化罐1的中下部。当气液混合物从下液管8中流出时，气液分离，气体就会形成气泡，在氧化罐1中上升，进一步与氧化罐1中的溶液发生气液传质反应，使氧气得到充分利用。
氧化罐1中上部设有出料口14，当氧化罐1中的液面超过出料口14时，液体就会从出料口14流出。
为了方便将氧化罐1中溶液的排空，在氧化罐1的底部设有排液阀17。
本发明提供的亚硫酸铵溶液的氧化工艺，包括如下步骤：
亚硫酸铵溶液和氨水亚分别通过亚硫酸铵溶液进料管路2和氨水进料管路3进入氧化罐1中，使氧化罐1中亚硫酸铵溶液的pH值为6－6.5；
空气经风机4送入气体分布管5，通过气体分布管5上的气孔进入氧化罐1内的亚硫酸铵溶液中；
循环泵6将氧化罐1底部的液体送入射流器7，液体经射流器7高速喷射，同时利用高速液体形成真空，从射流器7的进气口吸入空气，气液混合，通过下液管8进入氧化罐1中；
反应后的溶液经出料口14流出。
结合图1所示的氧化装置，具体解释一下该工艺流程：
亚硫酸铵溶液通过亚硫酸铵溶液进料管路2从进料口11进入氧化罐1中，氨水通过氨水进料管路3也从进料口11进入氧化罐1中，在进料口11处，亚硫酸铵溶液和氨水相混合，使进入氧化罐1中的亚硫酸铵溶液的pH值为6－6.5。
溶液通过进料口11下方的进料液分布器10喷淋进入氧化罐1，使溶液能够均匀分布，并以小液滴的形状下降，这样可以增大液体在喷淋下降的过程中与空气的接触面积，增加气液传质的速率。
空气经风机4送入气体分布管5，气体分布管5上的气孔可以使空气以小气泡的形式进入氧化罐1内的亚硫酸铵溶液中，气泡在溶液中上升并发生气液传质，空气与溶液的接触面积变大有利于加快气液传质，促进氧气与亚硫酸铵的反应。
在气体上升的过程中，小气泡会慢慢聚集到一起，形成大气泡，这样气体与溶液的实际接触面积变小，不利于气液传质，当气泡遇到多孔隔离板9时会进一步破裂成小气泡，气液接触面积增加，气液传质速率也增加，进而促进了反应的进行。
没有参与反应的气体通过气体排出口13排出。
同时，氧化罐1底部的液体通过循环泵6又送入氧化罐1顶部，进行循环氧化。
循环泵6将液体通过管路送入射流器7，液体从射流器7的进液口进入，再从射流器7的出液口高速喷射出来，同时利用高速液体形成真空，从射流器7的进气口再吸入新的空气，气液混合，由于液体的快速冲击，使得空气在射流器7中形成细小的气泡，气液传质效果好。
气液混合物再通过下液管8进入氧化罐1的中下部。
从下液管8的出口出来的气液混合物，气液分离，气体继续形成气泡上升，在上升的过程中进一步完成气液传递。
当反应后的溶液液面达到出料口14的高度时，反应后的溶液就经出料口14流出。
溶液的pH值对氧化效果有很大的影响。低pH值时，氧气的氧化能力比较弱，而且溶氧量也低，不利于亚硫酸铵向硫酸铵的转化；高pH值时，亚硫酸盐的溶解度降低，不利于反应的进行。
本发明中，氧化罐1中亚硫酸铵溶液的pH值典型但非限定性为：6.0、6.1、6.2、6.3、6.4或6.5。
作为本发明的优选实施方式，所述亚硫酸铵溶液的流速为20－30m/h。
本发明中，亚硫酸铵溶液的流速典型但非限定性为：20m/h、21m/h、22m/h、23m/h、24m/h、25m/h、26m/h、27m/h、28m/h、29m/h或30m/h。
作为本发明的优选实施方式，通过气体分布管5的空气流速为10－20m/s。
本发明中，通过气体分布管5的空气流速典型但非限定性为：10m/s、11m/s、12m/s、13m/s、14m/s、15m/s、16m/s、17m/s、18m/s、19m/s或20m/s。
作为本发明的优选实施方式，所述氧化罐1中溶液的温度为80－90℃。
本发明中，氧化罐1中溶液的温度典型但非限定为：80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃或90℃。
需要说明的是，为了提高氧化效率，可以根据需要增加多个由循环泵6、射流器7、下液管8及其管路组成的循环氧化系统。
实施例1
本实施例1提供的亚硫酸铵溶液的氧化装置如图1所示，包括氧化罐1、亚硫酸铵溶液进料管路2、氨水进料管路3、风机4、气体分布管5、循环泵6、射流器7、下液管8、多孔隔离板9、进料液分布器10，其中：氧化罐1的顶部设有进料口11、循环液进口12和气体排出口13，氧化罐1侧壁的中上部设有出料口14，氧化罐1侧壁的下部设有气体进口15和循环液出口16；亚硫酸铵溶液进料管路2和氨水进料管路3连接进料口11；风机4将气体通过气体进口15送入位于氧化罐1内底部的气体分布管5；气体分布管5上均匀设有气孔；循环泵6将氧化罐1底部的液体从循环液出口16通过管路送入射流器7；射流器7连接下液管8；下液管8伸入氧化罐1的中下部。在氧化罐1内设有三层多孔隔离板9，间距为2.5m。多孔隔离板9的孔径为8mm，孔心距为孔径的4倍。气体分布管5上气孔的孔径为9mm，孔心距为孔径的5倍。
实施例2
本实施例提供的亚硫酸铵溶液的氧化工艺，采用实施例1中的氧化装置进行氧化，具体步骤为：
亚硫酸铵溶液通过亚硫酸铵溶液进料管路2进入氧化罐1中，亚硫酸铵溶液的流速控制为25m/h，再通过氨水进料管路3加入氨水，控制氧化罐1中亚硫酸铵溶液的pH值为6.3，温度为85℃；空气经风机4送入气体分布管5，通过气体分布管5上的气孔进入氧化罐1内的亚硫酸铵溶液中，通过气体分布管5的空气流速为15m/s，经过循环氧化，出料口14得到的溶液中亚硫酸铵的氧化率为97.2％。
实施例3
本实施例提供的亚硫酸铵溶液的氧化工艺，采用实施例1中的氧化装置进行氧化，具体步骤为：
亚硫酸铵溶液通过亚硫酸铵溶液进料管路2进入氧化罐1中，亚硫酸铵溶液的流速控制为20m/h，再通过氨水进料管路3加入氨水，控制氧化罐1中亚硫酸铵溶液的pH值为6.0，温度为80℃；空气经风机4送入气体分布管5，通过气体分布管5上的气孔进入氧化罐1内的亚硫酸铵溶液中，通过气体分布管5的空气流速为10m/s，经过循环氧化，出料口14得到的溶液中亚硫酸铵的氧化率为95.1％。
实施例4
本实施例提供的亚硫酸铵溶液的氧化工艺，采用实施例1中的氧化装置进行氧化，具体步骤为：
亚硫酸铵溶液通过亚硫酸铵溶液进料管路2进入氧化罐1中，亚硫酸铵溶液的流速控制为30m/h，再通过氨水进料管路3加入氨水，控制氧化罐1中亚硫酸铵溶液的pH值为6.5，温度为90℃；空气经风机4送入气体分布管5，通过气体分布管5上的气孔进入氧化罐1内的亚硫酸铵溶液中，通过气体分布管5的空气流速为20m/s，经过循环氧化，出料口14得到的溶液中亚硫酸铵的氧化率为96.5％。
从实施例中可以看出，采用本发明提供的氧化装置亚硫酸铵的氧化率高，可达到95％以上。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种亚硫酸铵溶液的氧化装置，其特征在于，包括氧化罐、亚硫酸铵溶液进料管路、氨水进料管路、风机、气体分布管、循环泵、射流器和下液管，其中：
所述氧化罐的顶部设有进料口、循环液进口和气体排出口，所述氧化罐侧壁的中上部设有出料口，所述氧化罐侧壁的下部设有气体进口和循环液出口；
所述亚硫酸铵溶液进料管路和所述氨水进料管路连接所述进料口；
所述风机将气体通过所述气体进口送入位于所述氧化罐内底部的气体分布管；
所述气体分布管上均匀设有气孔；
所述循环泵将所述氧化罐内的液体从循环液出口通过管路送入所述射流器；
所述射流器连接所述下液管；
所述下液管伸入所述氧化罐的中下部。
2.根据权利要求1所述的氧化装置，其特征在于，所述氧化罐内部间隔设有多孔隔离板。
3.根据权利要求1所述的氧化装置，其特征在于，所述进料口处设有进料液分布器。
4.根据权利要求2所述的氧化装置，其特征在于，所述多孔隔离板的孔径为6－14mm，孔心距为孔径的3－6倍。
5.根据权利要求1所述的氧化装置，其特征在于，所述气体分布管上气孔的孔径为6－14mm，孔心距为孔径的3－6倍。
6.根据权利要求1所述的氧化装置，其特征在于，所述氧化罐的底部设有排液阀。
7.一种亚硫酸铵溶液的氧化工艺，其特征在于，包括如下步骤：
亚硫酸铵溶液和氨水亚分别通过亚硫酸铵溶液进料管路和氨水进料管路进入氧化罐中，使氧化罐中亚硫酸铵溶液的pH值为6－6.5；
空气经风机送入气体分布管，通过气体分布管上的气孔进入氧化罐内的亚硫酸铵溶液中；
循环泵将氧化罐底部的液体送入射流器，液体经射流器高速喷射，同时利用高速液体形成真空，从射流器的进气口吸入空气，气液混合，通过下液管进入氧化罐中；
反应后的溶液经出料口流出。
8.根据权利要求7所述的氧化工艺，其特征在于，所述亚硫酸铵溶液的流速为20－30m/h。
9.根据权利要求7所述的氧化工艺，其特征在于，通过所述气体分布管的空气流速为10－20m/s。
10.根据权利要求7所述的氧化工艺，其特征在于，所述氧化罐中溶液的温度为80－90℃。
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