CN110028085A - 一种利用脱硫灰制取元明粉的工艺及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用脱硫灰制取元明粉的工艺及系统，所述工艺包括：1)将脱硫灰与除盐水混合形成水溶液，使水溶液温度保持在38～42℃；2)加入硫酸对脱硫灰水溶液中的Na2CO3进行中和形成饱和溶液，同时将PH值调整到7；3)对中和后的脱硫灰饱和溶液进行过滤，使其中的悬浮物≤1mg/L，Na2SO4质量百分比≥99.3％；4)将过滤后的脱硫灰饱和溶液送入高温雾化器，在150℃～200℃温度下进行雾化，得到高纯度的元明粉。本发明解决了焦炉脱硫副产物脱硫灰的处理问题，有效地提高了脱硫灰的利用效率及利用价值；且工艺过程简单，操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及元明粉和芒硝制备技术领域，尤其涉及一种利用脱硫灰制取元明粉的工艺及系统。
背景技术
焦炉生产过程中产生大量的焦炉烟气是焦化企业最主要的废气污染源，约60％的SO2和90％的NOX来源于此(焦炉烟气中直接排放SO2的质量浓度为50mg/m3～160mg/m3，直接排放NOX的质量浓度为600mg/m3～900mg/m3)，SO2和NOX是大气中主要污染物，严重污染环境，不仅形成酸雨、破坏臭氧层，而且还是PM2.5的主要气态物质，严重危害人体健康。为减少焦炉烟气中的SO2和NOX等有害物质排放，满足环保排放要求，更好地改善大气环境质量，国家要求所有焦炉必须增设焦炉脱硫脱硝装置才能允许焦炉生产。为此，鞍钢集团工程技术有限公司在国内最先引进并消化吸收的具有世界领先水平的“SDS干法脱硫+中低温SCR脱硝除尘”工艺技术，成功应用于鞍钢集团内多个焦炉，并推广应用到全国各大钢铁企业，效果良好。
在采用“SDS干法脱硫+中低温SCR脱硝除尘”技术的同时，产生大量的脱硫副产物脱硫灰，经过化验，脱硫灰的组成成分为：Na2SO4含量约为90％，Na2CO2含量约为8％，粉尘及其它杂质含量约为2％。由于所采用的脱硫剂NaHCO2纯度在99％以上，焦炉烟气排放的主要成分是SO2、NOX等物质，目前国内外脱硫灰处理大部分作为矿山尾矿固化剂、制砖和水泥添加剂等的原材料或建筑材料。这种处理方法存在以下问题：一是脱硫灰的利用较为低端，不符合国家循环经济的原则；二是由于脱硫灰产生量过大，用作原材料或建筑材料不能够完全消耗产生的脱硫灰。
因此，急需开发一种新的技术，将脱硫灰变废为宝，向环保要效益，实现更高效的利用。
发明内容
本发明提供了一种利用脱硫灰制取元明粉的工艺及系统，解决了焦炉脱硫副产物脱硫灰的处理问题，有效地提高了脱硫灰的利用效率及利用价值；且工艺过程简单，操作方便。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种利用脱硫灰制取元明粉的工艺，所述脱硫灰为焦炉烟气脱硫副产物，其主要成分为：Na2SO4含量≥90％，Na2CO2含量≥8％，粉尘及其它杂质含量≤2％，pH值为11～12；制取工艺包括如下步骤：
1)将脱硫灰与除盐水混合，使脱硫灰溶解后形成的水溶液温度保持在38～42℃；
2)加入硫酸对脱硫灰水溶液中的Na2CO3进行中和形成饱和溶液，反应式为：Na2CO3+H2SO4＝Na2SO4+CO2↑+H2O；同时将pH值调整到6.5～7.5；
3)对中和后的脱硫灰饱和溶液进行过滤，使其中的悬浮物≤1mg/L，Na2SO4质量百分比≥99.3％；
4)将过滤后的脱硫灰饱和溶液送入高温雾化器，在150℃～200℃温度下进行雾化，得到高纯度的元明粉。
所述的一种利用脱硫灰制取元明粉的工艺，用于进一步制备芒硝；将制得的元明粉暴露在空气中进行吸水，即得到芒硝。
所述高温雾化器中用风机将焦炉排放的180～200℃高温烟气引入进行加热。
一种用于实现所述工艺的利用脱硫灰制取元明粉的系统，包括通过管道依次连接的溶解罐、中和罐、板框压滤机、缓冲罐、超滤装置及高温雾化器；所述溶解罐和高温雾化器中分别设加热装置；溶解罐内还设有搅拌装置；溶解罐、中和罐、板框压滤机、缓冲罐、超滤装置及高温雾化器之间的各段管道上分别设有泵；溶解罐上设脱硫灰加入口和除盐水加入口，中和罐上设硫酸加入口。
所述溶解罐及高温雾化器中的加热装置为高温烟气加热盘管，高温烟气加热盘管的烟气入口及烟气出口分别通过烟气输送管道连接焦炉排烟管道，与烟气入口相连的烟气输送管道上设有风机。
所述中和罐上设有pH值检测装置。
所述缓冲罐上设有pH值检测装置及悬浮物检测装置。
所述溶解罐上还设有回流液入口，板框压滤机下游的管道、缓冲罐下游的管道以及超滤装置的浓缩液出口分别通过回流液管道连接溶解罐上的回流液入口。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)解决了焦炉脱硫副产物脱硫灰的处理问题，有效地提高了脱硫灰的利用效率；
2)工艺过程简单，操作方便；
3)系统结构简单，投资少；
4)原脱硫灰处理费用为50元/吨，本发明实施后，产出的高品质元明粉市场价格为400～600元/吨以上，经济效益显著；同时可有效减少固体废弃物排放造成的环境污染。
附图说明
图1是本发明一种利用脱硫灰制取元明粉的工艺流程图/系统结构图。
图2是本发明实施例中Na2SO4溶解度随温度变化的特性曲线。
图中：1.溶解罐 2.中和罐 3.板框压滤机 4.缓冲罐 5.超滤装置 6.高温雾化器7.搅拌装置 8.高温烟气加热盘管 9.焦炉排烟管道 10.风机 11.泵 12.pH值检测装置13.pH值检测装置及悬浮物检测装置
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本发明所述一种利用脱硫灰制取元明粉的工艺，所述脱硫灰为焦炉烟气脱硫副产物，其主要成分为：Na2SO4含量≥90％，Na2CO2含量≥8％，粉尘及其它杂质含量≤2％，pH值为11～12；制取工艺包括如下步骤：
1)将脱硫灰与除盐水混合，使脱硫灰溶解后形成的水溶液温度保持在38～42℃；
2)加入硫酸对脱硫灰水溶液中的Na2CO3进行中和形成饱和溶液，反应式为：Na2CO3+H2SO4＝Na2SO4+CO2↑+H2O；同时将pH值调整到6.5～7.5；
3)对中和后的脱硫灰饱和溶液进行过滤，使其中的悬浮物≤1mg/L，Na2SO4质量百分比≥99.3％；
4)将过滤后的脱硫灰饱和溶液送入高温雾化器6，在150℃～200℃温度下进行雾化，得到高纯度的元明粉。
所述的一种利用脱硫灰制取元明粉的工艺，用于进一步制备芒硝；将制得的元明粉暴露在空气中进行吸水，即得到芒硝。
所述高温雾化器6中用风机将焦炉排放的180～200℃高温烟气引入进行加热。
一种用于实现所述工艺的利用脱硫灰制取元明粉的系统，包括通过管道依次连接的溶解罐1、中和罐2、板框压滤机3、缓冲罐4、超滤装置5及高温雾化器6；所述溶解罐1和高温雾化器6中分别设加热装置；溶解罐1内还设有搅拌装置7；溶解罐1、中和罐2、板框压滤机3、缓冲罐4、超滤装置5及高温雾化器6之间的各段管道上分别设有泵11；溶解罐1上设脱硫灰加入口和除盐水加入口，中和罐2上设硫酸加入口。
所述溶解罐1及高温雾化器6中的加热装置为高温烟气加热盘管8，高温烟气加热盘管8的烟气入口及烟气出口分别通过烟气输送管道连接焦炉排烟管道9，与烟气入口相连的烟气输送管道上设有风机10。
所述中和罐2上设有pH值检测装置12。
所述缓冲罐4上设有pH值检测装置及悬浮物检测装置13。
所述溶解罐1上还设有回流液入口，板框压滤机3下游的管道、缓冲罐4下游的管道以及超滤装置5的浓缩液出口分别通过回流液管道连接溶解罐1上的回流液入口。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例】
如图1，是本实施例中一种利用脱硫灰制取元明粉的系统结构示意图，所述系统由溶解罐1、中和罐2、板框压滤机3、缓冲罐4、超滤装置5、高温雾化器6组成。
经化验，本实施例中的焦炉烟气脱硫副产物(脱硫灰)的成分为：Na2SO4含量90.3％，Na2CO2含量8.1％，粉尘及其它杂质含量1.6％，pH值：11.4。
Na2SO4的溶解度随温度变化的特性如下表所示：
| 温度 | 0℃ | 10℃ | 20℃ | 30℃ | 40℃ | 50℃ | 60℃ | 70℃ | 80℃ | 90℃ | 100℃ |
| 溶解度 | 4.9 | 9.1 | 19.5 | 40.8 | 48.8 | 46.2 | 45.3 | 44.3 | 43.7 | 42.7 | 42.5 |
特性曲线如图2所示，根据图2分析可知：Na2SO4在40℃时溶解度最大。
Na2CO3的特性：Na2CO3的水溶液呈碱性(pH＝11.6)，且有一定腐蚀性，能与酸发生复分解反应，也能与一些钙盐、钡盐发生复分解反应。脱硫灰的pH值在11～12之间，正是由于其中含有Na2CO3成分造成的。
本实施例中，在溶解罐1中加入脱硫灰和除盐水，搅拌使脱硫灰溶解，通过加热装置将焦炉排烟管道中的高温烟气引入溶解罐中，使溶解罐内的液体温度始终保持在40℃，保证Na2SO4达到最大溶解度。
在中和罐2中，加入H2SO4与脱硫灰水溶液中的Na2CO3进行中和反应，将pH值调整到7，使溶液呈现中性，其反应式如下：
Na2CO3+H2SO4＝Na2SO4+CO2↑+H2O；
用pH值检测装置12进行检测，如满足要求(合格)则将溶液送入板框压滤机3中。
将Na2SO4饱和溶液经过板框压滤机3进行粗过滤，主要过滤出Na2SO4饱和溶液中的粉尘及焦粉等固体颗粒物，使Na2SO4饱和溶液中的悬浮物在5mg/L以下；过滤后的Na2SO4饱和溶液送到缓冲罐4中进行缓冲，同时用悬浮物检测装置及pH值检测装置13分别检测悬浮物浓度及pH值，要求pH值为7，悬浮物在5mg/L以下，如不满足要求(不合格)，则将溶液返回到溶解罐内进行重新过滤，直至饱和溶液合格。
本实施例中，过滤后的Na2SO4饱和溶液经缓冲后的pH值为7，悬浮物为3.8mg/L，检验合格；将Na2SO4饱和溶液送到超滤装置5中进行精过滤，再送入高温雾化器，通过加热装置将焦炉排烟管道中的高温烟气引入高温雾化器中，在160℃温度下使饱和溶液气化，制备得到高纯度的元明粉(纯度为99.3％)。将制得的元明粉装入吨袋内，经化验合格后作为元明粉产品。如需要芒硝，只需将元明粉暴露在空气中进行吸水，即可生成十水合硫酸钠(芒硝)。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种利用脱硫灰制取元明粉的工艺，其特征在于，所述脱硫灰为焦炉烟气脱硫副产物，其主要成分为：Na2SO4含量≥90％，Na2CO2含量≥8％，粉尘及其它杂质含量≤2％，pH值为11～12；制取工艺包括如下步骤：
1)将脱硫灰与除盐水混合，使脱硫灰溶解后形成的水溶液温度保持在38～42℃；
2)加入硫酸对脱硫灰水溶液中的Na2CO3进行中和形成饱和溶液，反应式为：Na2CO3+H2SO4＝Na2SO4+CO2↑+H2O；同时将pH值调整到6.5～7.5；
3)对中和后的脱硫灰饱和溶液进行过滤，使其中的悬浮物≤1mg/L，Na2SO4质量百分比≥99.3％；
4)将过滤后的脱硫灰饱和溶液送入高温雾化器，在150℃～200℃温度下进行雾化，得到高纯度的元明粉。
2.根据权利要求1所述的一种利用脱硫灰制取元明粉的工艺，其特征在于，用于进一步制备芒硝；将权利要求1制得的元明粉暴露在空气中进行吸水，即得到芒硝。
3.根据权利要求1所述的一种利用脱硫灰制取元明粉的工艺，其特征在于，所述高温雾化器中用风机将焦炉排放的180～200℃高温烟气引入进行加热。
4.一种用于实现权利要求1或2所述工艺的利用脱硫灰制取元明粉的系统，其特征在于，包括通过管道依次连接的溶解罐、中和罐、板框压滤机、缓冲罐、超滤装置及高温雾化器；所述溶解罐和高温雾化器中分别设加热装置；溶解罐内还设有搅拌装置；溶解罐、中和罐、板框压滤机、缓冲罐、超滤装置及高温雾化器之间的各段管道上分别设有泵；溶解罐上设脱硫灰加入口和除盐水加入口，中和罐上设硫酸加入口。
5.根据权利要求4所述的一种利用脱硫灰制取元明粉的系统，其特征在于，所述溶解罐及高温雾化器中的加热装置为高温烟气加热盘管，高温烟气加热盘管的烟气入口及烟气出口分别通过烟气输送管道连接焦炉排烟管道，与烟气入口相连的烟气输送管道上设有风机。
6.根据权利要求4所述的一种利用脱硫灰制取元明粉的系统，其特征在于，所述中和罐上设有pH值检测装置。
7.根据权利要求4所述的一种利用脱硫灰制取元明粉的系统，其特征在于，所述缓冲罐上设有pH值检测装置及悬浮物检测装置。
8.根据权利要求4所述的一种利用脱硫灰制取元明粉的系统，其特征在于，所述溶解罐上还设有回流液入口，板框压滤机下游的管道、缓冲罐下游的管道以及超滤装置的浓缩液出口分别通过回流液管道连接溶解罐上的回流液入口。
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