CN107262501B - 铝灰渣除氮的反应装置及除氮系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种铝灰渣除氮的反应装置及除氮系统，反应装置包括反应箱，沿反应箱的径向，反应箱正对的两侧面上分别设有正对的进料口和出料口；在反应箱靠近进料口的一端，反应箱的顶部通过第一管道连接热水箱；反应箱的顶部通过第二管道连接吸收塔，第二管道连接位于反应箱内部的吸收罩；在反应箱靠近出料口的一端，反应箱的顶部通过第三管道连接冷水箱。除氮系统包括输送装置和上述反应装置。本发明中输送装置提供含铝灰渣的浆料，输送装置将铝灰渣带进反应箱内，经热水喷淋产生氨气，由吸收塔吸收氨气，浆料再经冷水喷淋后带出反应箱，通过收集氨气，去除铝灰渣中的氮元素，实现铝灰渣中氮元素的回收利用。
Description
技术领域
本公开一般涉及氮元素的回收装置，具体涉及一种铝灰渣除氮的反应装置及除氮系统。
背景技术
铝灰渣(铝灰/铝渣)是铝工业中常见的废弃物，产量巨大，其主要来源为熔炼铝及铝合金生产过程中浮于铝熔体表面的不熔夹杂物、氧化物、添加剂以及与添加剂进行物理、化学反应产生的反应产物等，产生于铝发生熔融的所有生产工序。
在铝的冶炼过程中通常要向熔炉里充氮气，加速净化与提纯，一部分氮气在蒸发时被漂浮在铝水表面的铝灰渣吸收，因此铝灰渣含氮；而氮化铝遇水生成氨气，受热易挥发，所以铝灰渣受潮即有刺激性极强的氨味，长期以来给环境稳定和人员健康带来了极大困扰。
目前针对铝灰渣中氮元素的利用方法很多，基本上停留于理论层面，而对铝灰渣中氮元素的回收利用装置极少，亟需提供一种铝灰渣除氮的反应装置。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种铝灰渣除氮的反应装置及除氮系统。
一方面，本发明提供一种铝灰渣除氮的反应装置，包括反应箱，沿所述反应箱的径向，所述反应箱正对的两侧面上分别设有正对的进料口和出料口；
在所述反应箱靠近所述进料口的一端，所述反应箱的顶部通过第一管道连接热水箱；所述反应箱的顶部通过第二管道连接吸收塔，所述第二管道连接位于所述反应箱内部的吸收罩；在所述反应箱靠近所述出料口的一端，所述反应箱的顶部通过第三管道连接冷水箱。
另一方面，本发明提供了一种除氮系统，包括上述反应装置和输送装置，输送装置在所述进料口和所述出料口之间可移动。
本发明提供的铝灰渣除氮的反应装置可与合适的输送装置(输送装置为提供含铝灰渣的浆料的装置)配套使用；反应装置中自进料口至出料口，反应箱的顶部经管道依次连接热水箱、吸收塔和冷水箱。除氮系统中，输送装置可自反应箱的进料口向反应箱的出料口移动，输送装置将浆料带进反应箱内，热水箱提供热水喷淋浆料，产生氨气，由吸收塔吸收氨气，输送装置将铝灰渣带出反应箱之前，冷水箱提供冷水喷淋释放氨气后的浆料，以减少或避免浆料在反应箱外释放氨气。经过收集氨气，去除铝灰渣中的氮元素，实现铝灰渣中氮元素的回收利用。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的铝灰渣除氮的反应装置的结构示意图；
图2为图1所示的装置中第一喷淋板的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的除氮系统的结构示意图；
图4为本发明另一实施例提供的除氮系统的结构示意图；
图5为图4所示的装置中反应箱与输送带配合的结构示意图；
图6为图4所示的装置中输送带的结构示意图；
图7为图4所示的装置中机架的结构示意图；
图8为图4所示的装置中张紧轮的结构示意图；
图9为图4所示的装置中多个滚轮之一连接电动机的结构示意图；
图10为应用图4所示装置进行除氮的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明提供的铝灰渣除氮的反应装置主要通过收集氨气，实现对铝灰渣中氮元素的收集。请参考图1，本发明提供了一种铝灰渣除氮的反应装置，包括反应箱1，沿反应箱的径向，反应箱正对的两侧面上分别设有正对的进料口2和出料口3；
在反应箱靠近进料口的一端，反应箱的顶部通过第一管道4连接热水箱5；反应箱的顶部通过第二管道6连接吸收塔7，第二管道6连接位于反应箱内部的吸收罩8；在反应箱靠近出料口的一端，反应箱的顶部通过第三管道9连接冷水箱10。
本发明提供的铝灰渣除氮的反应装置，用来与输送装置配套使用。进料口至出料口上架设有配套使用的输送装置。
实际使用中，第一管道4伸入反应箱的内部且连接第一喷淋板11，第一喷淋板11通过第一吊臂12安装于反应箱1的内部，第一喷淋板11至少通过两第一吊臂12连接于反应箱1的内侧顶部。铝灰渣水解反应的速度依赖于水解温度，低温基本不反应，通过设置第一喷淋板11，在反应箱1的内部大面积热水喷淋输送装置上装载的含铝灰渣的浆料(铝灰渣与水的混合物)，使得热水喷淋后的浆料能快速反应产生大量的氨气，便于吸收塔8通过第二管道6与吸收罩8大量吸收反应箱内热水喷淋产生的氨气。其中，第一喷淋板11的喷淋面积相比于第一管道或者第三管道的喷淋面积会大得多。
第三管道能够有效对浆料喷淋冷水，以保证输送装置将浆料带出反应箱1时减少或避免浆料在反应箱外产生氨气，极力减少刺激性气体对环境和人员健康的困扰。
为此，在垂直于竖直方向上，第一喷淋板11的喷淋区域与第三管道9的喷淋区域互相分离。第一喷淋板11的喷淋区域互不重叠，即第三管道9喷淋冷水的水流不会被第一喷淋板11遮挡。另外，为保证第三管道正常喷淋冷水，第三管道9喷淋冷水的水流也不会被吸收罩8遮挡。
为此合理布置第一管道、第二管道和第三管道，自反应箱的进料口至反应箱的出料口的方向上，反应箱的顶部依次设有第一管道、第二管道、第三管道。第一管道、第二管道和第三管道上分别设有相应的阀门，用来控制相应管道的开闭。
进一步地，如图2所示，第一喷淋板11呈水平设置；沿反应箱的径向，第一喷淋板上设有单根第一纵向凹槽111，第一纵向凹槽111与第一管道4相连接；在垂直于反应箱的径向方向上，第一纵向凹槽111两侧分别设有多根第一横向凹槽112，第一纵向凹槽与第一横向凹槽相连通；第一横向凹槽112的底部至第一喷淋板11底部的距离大于第一纵向凹槽111的底部至第一喷淋板11底部的距离。第一管道4连通第一纵向凹槽111，将热水箱的热水提供给第一纵向凹槽111，由于第一喷淋板11水平设置，待第一纵向凹槽111内积蓄到一定量的热水，热水沿第一横向凹槽112向外溢出，使第一喷淋板11下方的浆料得到大量的热水，进而在第一喷淋板11的作用下使得铝灰渣能充分分解反应，产生大量的氨气。第一喷淋板11水平设置，便于将第一纵向凹槽111内蓄满水，进而第一纵向凹槽两侧的多个第一横向凹槽能同时排出水，以在第一喷淋板11覆盖的区域内大面积地热淋浆料。
进一步地，第三管道9伸入反应箱的内部连接第二喷淋板(图中未示出)，第二喷淋板通过第二吊臂(图中未示出)安装于反应箱的内部；在垂直于竖直方向上，第一喷淋板的喷淋区域与第二喷淋板的喷淋区域互相分离。
其中，第二喷淋板呈水平设置；在垂直于反应箱的径向方向上，第二喷淋板上设有单根第二纵向凹槽，第二纵向凹槽与第三管道相连接；沿反应箱的径向，第二纵向凹槽的一侧或两侧设有多根第二横向凹槽，第二纵向凹槽与第二横向凹槽相连通；第二横向凹槽的底部至第二喷淋板底部的距离大于第二纵向凹槽的底部至第二喷淋板底部的距离。
第一喷淋板的长度方向沿反应箱的径向，第二喷淋板的长度方向垂直于反应箱的径向。在反应箱的长度方向上，第一喷淋板较第二喷淋板长度占比大的多。
进一步地，在反应箱靠近出料口的一端，反应箱的底部设有排水口，以排出未喷淋在浆料上的水。
如图3所示，本发明一实施例提供了一种除氮系统，包括上述反应装置以及与上述反应装置配套使用的输送装置。输送装置包括架设在进料口2和出料口3上的两平行滑轨(图3中未示出)以及位于两平行滑轨上的托盘13。含铝灰渣的浆料装载在托盘13上，托盘在两平行滑轨上可移动，托盘自进料口移动至出料口，在移动的过程中托盘上的浆料经过热水喷淋，产生氨气，由吸收塔吸收，经过冷水喷淋后穿出反应箱。
本发明中，输送装置输送含铝灰渣的浆料，即铝灰渣与适比例的水(低温，0-30°)混合形成的浆料。当然，下料斗也可以直接提供铝灰渣。
如图4所示，本发明另一实施例提供了一种除氮系统，区别于图3除氮系统，该实施例中所述输送装置包括输送带。
该实施方式中，如图4所示，本发明中输送带为包括支承输送带的机架14以及输送带15。为便于输送浆料，在进料口的一侧且在输送带的上方安装下料斗16，以的方式将浆料置于输送带上。
反应箱1的底部与水平面之间呈一倾斜角度安装于机架14上，输送带自进料口至出料口穿过反应箱；反应箱1靠近下料斗16一侧的下端不低于反应箱1远离下料斗16一侧的下端。这样便于通过反应箱的排水口25排出未喷淋在浆料上的热水或冷水。
该实施方式中进料口、出料口为U型，输送带的横截面呈U型(如图5和图6所示)，便于装载浆料。
进一步地，反应箱1嵌入安装于机架14上；如图7所示，机架14包括至少两根平行设置的第一横梁17以及至少两根平行设置的第二横梁18，反应箱1的底部贴合第一横梁17，且沿输送带的输送方向，反应箱1的两侧面分别贴合至少一根第二横梁18；多根第一横梁17的轴线所在的平面与水平面之间呈上述倾斜角度。其中，上述倾斜角度优选为0～10°。
为保证输送带能平稳传送浆料，自反应箱的进料口至反应箱的出料口，输送带水平设置或者平行于反应箱1底部。
如图8所示，铝灰渣除氮的反应装置还包括一支架19以及由支架19支撑的张紧轮20，张紧轮20抵接于输送带，以绷紧输送带。
输送带由多个滚轮21支撑环绕在机架上，如图9所示，多个滚轮的其中之一连接一从动轴23，电动机22轴连接减速器24，减速器24齿轮传动连接从动轴23。本申请中，连接电动机的滚轮可定义为主动滚轮，其他的滚轮定义为从动滚动，则输送带受主动滚轮的作用力，传力给从动滚轮，进而在多个滚轮21(主动滚轮、从动滚轮)的作用下支承输送带运转。
该实施方式中，滚轮21、张紧轮20均优选为凹轮。
该实施方式中，在反应箱1内，浆料随输送带进入反应箱后首先遇热水反应释放出氨气，为提高氨气的纯度以及吸收塔吸收纯净的氨气，可在连接反应箱1与吸收塔8的第二管道6上依次设置氨气过滤器(图中未示出)和冷凝器(图中未示出)，氨气过滤器过滤掉氨气中的杂质，经冷凝器冷凝成氨水，氨水中挥发出的氨气(水汽较少)经吸收塔吸收。
为了更好地了解本发明提供的铝灰渣除氮的反应装置，进一步介绍应用该铝灰渣除氮的反应装置的铝灰渣除氮方法，其中输送装置以输送带为例，输送带上方安装有下料斗。即应用图4所示的装置，铝灰渣除氮方法包括：通过下料斗16将含铝灰渣的浆料投放平铺在输送带上，浆料随输送带进入反应箱1，反应箱1内依次进行高温热水喷淋、低温冷水喷淋，之后，浆料随输送带带出反应箱；其中在反应箱1内，浆料经高温热水喷淋产生氨气，位于反应箱内的吸收罩8及连接吸收罩8和吸收塔8的第二管道6将氨气引导至吸收塔8。
进一步地，高温热水的温度为60-100℃，加速水解反应速度，使铝灰渣中氮元素以氨气的形式被收集起来。
进一步地，低温冷水的温度为0-30℃，降低水解反应速度，防止铝灰渣中氮元素以氨气形式泄露到空气中污染环境。
进一步地，浆料随输送带带出反应箱之后，还包括：
对带出反应箱之后的浆料进行过滤，得滤液和湿滤渣；
对湿滤渣进行烘干处理得干滤渣和氨气，氨气由吸收塔吸收。
进一步地，上述提及的位于反应箱内的吸收罩及连接吸收罩和吸收塔的第二管道将氨气引导至吸收塔包括：
吸收罩吸收氨气，氨气经设置在第二管道上的氨气过滤器过滤、冷凝器冷凝形成氨水；氨水中挥发出的氨气由吸收塔吸收。
对反应箱内热水喷淋所得的带水氨气进行过滤、冷凝处理，处理得氨水，氨水中挥发出的氨气可由吸收塔吸收；同样对湿铝渣烘干处理所得的氨气也可以先经过过滤、冷凝处理得氨水后，氨水中挥发出的氨气由吸收塔吸收。
进一步地，浆料为铝灰渣与水混合形成的浆料；
在通过下料斗将含铝灰渣的浆料投放平铺在输送带上之前，还包括：将铝灰渣与水搅拌混合，形成浆料。下料斗可以将铝灰渣与水混合的浆料投放在传送带上，也可以直接将铝灰渣投放于传送带上。
如图10所示的铝灰渣除氮方法的工艺流程示意图，将铝灰渣与冷水的混合搅拌，经下料斗投放于输送带，经反应箱内热淋形成带水氨气，在经冷淋穿过反应箱，浆料经过滤形成滤液和湿滤渣，将湿滤渣烘干得干滤渣和带水氨气。其中热淋形成的带水氨气和将湿滤渣烘干得的带水氨气均经过滤、冷凝后，氨水中挥发的氨气通入吸收塔进行吸收；一部分带氨气的水收集起来汇集到滤液，与浆料经过滤形成的滤液一同可应用于净水剂、氨水等方面；干滤渣应用于建筑材料、喷涂材料、工艺品等方面。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (5)
1.一种铝灰渣除氮的反应装置，其特征在于，包括反应箱，沿所述反应箱的径向，所述反应箱正对的两侧面上分别设有正对的进料口和出料口；
在所述反应箱靠近所述进料口的一端，所述反应箱的顶部通过第一管道连接热水箱；所述反应箱的顶部通过第二管道连接吸收塔，所述第二管道连接位于所述反应箱内部的吸收罩；在所述反应箱靠近所述出料口的一端，所述反应箱的顶部通过第三管道连接冷水箱；
所述第一管道伸入所述反应箱的内部且连接第一喷淋板，所述第一喷淋板通过第一吊臂安装于所述反应箱的内部；
在垂直于竖直方向上，所述第一喷淋板的喷淋区域与所述第三管道的喷淋区域互相分离；
所述第一喷淋板呈水平设置；
沿所述反应箱的径向，所述第一喷淋板上设有单根第一纵向凹槽，所述第一纵向凹槽与所述第一管道相连接；
在垂直于所述反应箱的径向方向上，所述第一纵向凹槽两侧分别设有多根第一横向凹槽，所述第一纵向凹槽与所述第一横向凹槽相连通；
所述第一横向凹槽的底部至所述第一喷淋板底部的距离大于所述第一纵向凹槽的底部至所述第一喷淋板底部的距离；
所述第三管道伸入所述反应箱的内部且连接第二喷淋板，所述第二喷淋板通过第二吊臂安装于所述反应箱的内部；
在垂直于竖直方向上，所述第一喷淋板的喷淋区域与所述第二喷淋板的喷淋区域互相分离；
所述第二喷淋板呈水平设置；
在垂直于所述反应箱的径向方向上，所述第二喷淋板上设有单根第二纵向凹槽，所述第二纵向凹槽与所述第三管道相连接；
沿所述反应箱的径向，所述第二纵向凹槽的一侧或两侧设有多根第二横向凹槽，所述第二纵向凹槽与所述第二横向凹槽相连通；
所述第二横向凹槽的底部至所述第二喷淋板底部的距离大于所述第二纵向凹槽的底部至所述第二喷淋板底部的距离。
2.根据权利要求1所述的铝灰渣除氮的反应装置，其特征在于，
在所述反应箱靠近所述出料口的一端，所述反应箱的底部设有排水口。
3.一种除氮系统，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的反应装置和输送装置，输送装置在所述进料口和所述出料口之间可移动。
4.根据权利要求3所述的除氮系统，其特征在于，所述输送装置包括架设在进料口和出料口上的两平行滑轨以及位于两平行滑轨上的托盘。
5.根据权利要求4所述的除氮系统，其特征在于，所述输送装置包括输送带。
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