CN111003778A - 一种具有气相压力梯度的含重金属污酸硫化反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有气相压力梯度的含重金属污酸硫化反应装置，包括带有锥底的外筒体(7)、同心内筒(5)、文丘里喷射器(1)、循环泵(10)及硫化氢供气管(2)；所述的带有锥底的外筒体(7)内装有待处理污酸，所述的同心内筒(5)置于外筒体(7)内，且两者同心，同心内筒(5)的上部伸出外筒(7)的顶部，上部用盖板密封，在盖板的中心安装文丘里喷射器(1)，内筒(5)的下部置于外筒体(7)内污酸液面以下，并在其筒壁上开有气泡孔(8)，使之直接与外筒体(7)的内部空间联通。与现有技术相比，本发明在提高硫化效率及硫化氢利用率的同时，也保证直接与环境接触的反应器外筒顶部空间始终处在微负压状态，有效避免硫化氢泄露等安全与卫生问题的出现。

Description

一种具有气相压力梯度的含重金属污酸硫化反应装置
技术领域
本发明属于污酸重金属处理技术领域，具体涉及一种具有气相压力梯度的含重金属污酸硫化反应装置。
背景技术
重金属污染带来的严重环境污染问题，具有长期性、累积性和不可逆性等特点，影响着人类及环境的健康和国民经济的发展。有色金属冶炼行业，在提供经济发展所必须的原材料的同时，也伴随着高强度的重金属排放。以铅、锌、铜为代表的有色金属冶炼过程中，以汞、砷为代表的挥发性重金属在高温焙烧烟气中主要以气态形式存在，同时伴随着Pb、Cd等多种重金属颗粒的粉尘或半挥发性组分共同存在焙烧烟气中。烟气经历“除尘-降温洗涤-制酸(或脱硫)”等工艺流程，大部分的As、Hg等重金属会在降温洗涤过程进入废水中形成“污酸”。由于较高浓度硫酸的存在对重金属的去除造成非常不利的影响，同时污酸中重金属的存在又反过来限制了这部分硫酸回收利用，二者相互制约，由此导致污酸处理成为当前有色金属冶炼、硫铁矿制硫酸等行业中的最为棘手的环保问题。
烟气制酸产生的污酸含重金属种类多，成分复杂，尤其砷浓度高、危害性最大，污酸中的砷以亚砷酸为主也最难处理。目前，针对污酸中砷、汞等重金属主要采用石灰中和、HDS中和、硫化法和等方法进行处理，由于污酸废水含有大量的废酸、重金属等污染物，采用石灰中和及HDS中和法处理时不仅需要消耗大量的石灰，而且产生大量的含有铜、锌、砷等污染物的危险废物，污水综合处理成本高。硫化法主要通过硫化沉降再过滤的方法去除污酸中重金属。目前，主要采用的硫化剂为硫化钠和硫化氢。投加硫化钠进入污酸导致钠离子进入污酸体系，难以去除，影响制酸的品质。采用硫化氢直接多相硫化沉降重金属则不会引入钠离子，有利于提高后续的制酸品质。硫化后污酸中仍含有少量的重金属，需进行强化反应处理或进一步加入少量吸附剂进行深度去除重金属。
申请号为201310501529.7的中国专利公布了一种重金属污酸废水资源化回收方法及装置，包括硫化反应器上部设置的射流器，所述的射流器在高速流动的低酸重金属循环液流经时产生的负压使硫化氢气体进入反应器中，并与低酸重金属液中的重金属离子在射流器内混合反应，生成重金属硫化物沉淀。但该设计硫化后污酸中仍含有少量的重金属，其重金属脱除不够彻底，需进行进一步加入少量吸附剂进行深度去除重金属。本发明为提高硫化氢对污酸中砷的硫化效果，提出了一种具有气相压力梯度的含砷污酸硫化反应装置。该装置利用具有气相压力梯度的作用使硫化氢可充分吸收并与污酸中的重金属进行高效的硫化，用以解决现有的硫化氢硫化反应器中硫化效率不够彻底的技术问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可提高硫化氢对污酸中砷的硫化效果的具有气相压力梯度的含重金属污酸硫化反应装置，用以解决现有的硫化氢硫化反应器中硫化效率不够彻底的技术问题。。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种具有气相压力梯度的含重金属污酸硫化反应装置，其特征在于，包括带有锥底的外筒体(7)、同心内筒(5)、文丘里喷射器(1)、循环泵(10)及硫化氢供气管(2)；所述的带有锥底的外筒体(7)内装有待处理污酸，所述的同心内筒(5)置于外筒体(7)内，且两者同心，同心内筒(5)的上部伸出外筒(7)的顶部，上部用盖板密封，在盖板的中心安装文丘里喷射器(1)，内筒(5)的下部置于外筒体(7)内污酸液面以下，并在其筒壁上开有气泡孔(8)，使之直接与外筒体(7)的内部空间联通；在运行时，通过循环泵(10)将待处理污酸连续经过文丘里喷射器(1)喷入同心内筒(5)中，同时通过文丘里喷射器(1)喷射所产生的负压将硫化氢供气管(2)输送来的硫化氢气体以及残留在外筒体(7)上部的硫化氢气体(3)吸入，一起喷入同心内筒(5)中。
所述的污酸与硫化氢气体在文丘里喷射器(1)的喉管、扩散管及同心内筒(5)的上部空间内充分接触，同时，由于文丘里喷射器(1)的喷射作用，使同心内筒(5)中的气体压力逐渐增大，与外筒体(7)上部气体之间构成压力差，形成具有气相压力梯度的反应空间。
所述的外筒体(7)的直径为1～10米，筒高为直径的3～5倍；所述的同心内筒(5)的直径与外筒体(7)的直径比为0.2～0.7：1。
所述的同心内筒(5)的上部伸出外筒(7)的顶部的伸出高度为0.5～1米，同心内筒(5)插入外筒体(7)液面下深度为外筒体(7)高度的0.5～1倍。
所述的同心内筒(5)的下部筒壁上设有高度为0.2～1m的开孔区，开孔区位于污酸液面下，且开孔区开设的气泡孔(8)的直径为2～8mm，相邻气泡孔(8)间的间距为10～25mm。
所述的同心内筒(5)上部的气体压力与外筒体(7)上部的气体压力差为10～80kPa。
所述的外筒体(7)底部为与其一体设置的锥体筒(9)，所述的同心内筒(5)底部端口距锥体筒(9)的顶部的距离为100～300mm。
所述的外筒体(7)的上部气体压力在工作时为微负压状态，压力为-0.1～1kPa。
所述的硫化氢供气管(2)输入的H2S气体体积浓度＞20％。
所述的外筒体(7)下部还设有搅拌器(11)，底部设有硫化渣排放口(12)。
本发明的工作原理为：在运行时，通过循环泵的作用，将待处理污酸连续经过文丘里喷射器(1)，通过所产生的负压将外来的硫化氢气体(2)以及残留在反应器上部硫化氢气体(3)吸入内筒(5)中，使污酸与硫化氢气体在文丘里喷射器(1)的喉管、扩散管及内筒(5)的上部空间内充分接触，实现高效硫化效果。同时，由于文丘里喷射器(1)的喷射作用，使内筒(5)中的气体压力逐渐增大，最终其压力可比外筒上部的气体压力高数十kPa，形成具有气相压力梯度的反应空间，有利于硫化氢的充分吸收及污酸中重金属的高效硫化。通过这种作用，在提高硫化效率及硫化氢利用率的同时，也保证直接与环境接触的反应器外筒顶部始终处在微负压状态，避免硫化氢泄露等安全与卫生问题的出现。
本发明装置之所以在外筒体(7)上部采用同心内筒(5)布置，主要有两个目的：一是为了利用内筒(5)上部文丘里喷射器(1)的高速喷射污酸循环液所产生负压引入高浓度硫化氢气体与污酸溶液在文丘里的喉管、扩散管及内筒的上部空间内充分接触，实现污酸的高效硫化效果；其二，在污酸溶液夹带硫化氢高速喷入内筒(5)的过程中，由于喷射作用，使内筒中的气体压力逐渐增大，最终其压力可比外筒上部的气体压力高数十kPa，有利于硫化氢的充分吸收并与污酸中重金属的深度硫化。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)本发明利用具有压力梯度的含重金属污酸硫化装置通过文丘里喷射器实现污酸中重金属在内筒内实现气液充分接触，实现污酸的高效硫化效果；
2)本发明利用具有压力梯度的含重金属污酸硫化装置通过文丘里的喷射作用，实现内筒上部和外筒上部的气体产生压力梯度差，进而促进硫化氢的进一步充分吸收并与污酸中重金属的深度硫化；
3)本发明装置投资费用低、运行稳定性好、无结垢阻塞风险，在较低的投资成本与运行成本下，可实现对含重金属污酸的深度脱除，本发明装置可以代替常规硫化除重金属的硫化系统；
4)整体结构简单、紧凑，经济实用，投资省，能耗低，除重金属效率高，运行稳定可靠，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明在运行过程中的工艺流程简图；
图2为本发明的反应装置结构示意图；
图中标记说明：
1—文丘里喷射器、2—硫化氢供气管、3—残留在外筒体上部的硫化氢气体、4—硫化后气体出口、5—同心内筒、6—硫化后污酸出口、7—外筒体、8—气泡孔、9—锥体筒、10—循环泵、11—搅拌器、12—硫化渣排放口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
如图1-2所示，一种具有气相压力梯度的含重金属污酸硫化反应装置，包括带有锥底的外筒体7、同心内筒5、文丘里喷射器1、循环泵10及硫化氢供气管2；所述的带有锥底的外筒体7包括上部空心圆筒和下部与其一体设置的锥形状锥体筒9，其内部装有待处理污酸，并在顶部留有气室，下部锥体筒9内设有搅拌器11，底部设有硫化渣排放口12，外筒体7侧壁还设有硫化后污酸出口，以及连接循环泵10的污酸出口，循环泵10通过循环管道连接文丘里喷射器1，文丘里喷射器1还连接硫化氢供气管2以及外筒体7和同心内筒5上部的气室。
所述的同心内筒5置于外筒体7内，且两者同心，同心内筒5的上部伸出外筒7的顶部，伸出高度为0.5～1米，上部用盖板密封，在盖板的中心安装文丘里喷射器1，内筒5的下部置于外筒体7内污酸液面以下，并在同心内筒5的下部筒壁上设有高度为0.6m的开孔区，开孔区位于污酸液面下，且开孔区开设的气泡孔8的直径为5mm，相邻气泡孔8间的间距为25mm。通过开孔区使同心内筒5直接与外筒体7的内部空间联通；外筒体7的外接圆直径为1000mm，高1000mm。同心内筒5直径为300mm，高1000mm。同心内筒5底部距外筒体7底部300mm。
在运行时，通过循环泵10将待处理污酸连续经过文丘里喷射器1喷入同心内筒5中，同时通过文丘里喷射器1喷射所产生的负压将硫化氢供气管2输送来的硫化氢气体以及残留在外筒体7上部的硫化氢气体3以及同心内筒5上部的硫化氢气体吸入，一起喷入同心内筒5中。
所述的污酸与硫化氢气体在文丘里喷射器1的喉管、扩散管及同心内筒5的上部空间内充分接触，同时，由于文丘里喷射器1的喷射作用，使同心内筒5中的气体压力逐渐增大，与外筒体7上部气体之间构成压力差，形成具有气相压力梯度的反应空间，使污酸与硫化氢气体在文丘里喷射器1的喉管、扩散管及内筒5的上部空间内充分接触，实现高效硫化效果。同时，由于文丘里喷射器1的喷射作用，使同心内筒5中的气体压力逐渐增大，最终其压力可比外筒体7上部的气体压力高数十kPa，压力差为10～80kPa，外筒体7的上部气体压力在工作时为微负压状态，压力为-0.1～1kPa，形成具有气相压力梯度的反应空间，有利于硫化氢的充分吸收及污酸中重金属的高效硫化。
所述的硫化氢供气管2输入的H2S气体体积浓度＞20％。
本实施例装置安装于硫化氢污酸除砷的硫化工艺段，含砷等重金属的污酸溶液经循环泵10输送至硫化反应器顶部文丘里喷射器1进入同心内筒5，通过文丘里喷射器1的高速喷射所产生的负压将外来的硫化氢气体以及残留在反应器上部硫化氢气体吸入内筒中。并通过喷射作用使内筒中的气体压力逐渐增大，最终其压力可高于外筒上部的气体压力，形成气相压力梯度。本实施装置处理某铜冶炼厂污酸，酸质量分数(以硫酸计)为10％，铜离子浓度500mg/L，砷浓度10000mg/L，通过本气相压力梯度的重金属污酸硫化反应装置硫化吸收处理后，铜离子浓度＜1mg/L，砷浓度＜1mg/L，砷的去除效率＞99％。
实施例2：
在本实施例中采用的装置结构同实施例1，其中，同心内筒5的上部伸出外筒7顶部的高度为0.5米，内筒5的下部置于外筒体7内污酸液面以下的深度为外筒体7高度的0.5倍，在同心内筒5的下部筒壁上设有高度为0.2m的开孔区，开孔区开设的气泡孔8的直径为10mm，相邻气泡孔8间的间距为15mm。所述的外筒体7的外接圆直径为1000mm，高1000mm；所述的同心内筒5的直径为300mm，高1000mm。所述的同心内筒5底部端口距锥体筒9的顶部的距离为300mm。其余同实施例1。
本实施装置处理某铅冶炼厂污酸，酸质量分数(以硫酸计)为5％，铅离子浓度450mg/L，砷浓度5000mg/L，通过本气相压力梯度的重金属污酸硫化反应装置硫化吸收处理后，铅离子浓度＜1mg/L，砷浓度＜1mg/L，砷的去除效率＞99％。本实施例装置投资费用低、运行稳定性好、污酸硫化效率高，在较低的投资成本与运行成本下，可实现对污酸重金属的高效硫化去除，本发明装置可以代替常规硫化氢污酸硫化除重金属的硫化工艺段的硫化反应罐。
实施例3：
在本实施例中采用的装置结构同实施例1，其中，同心内筒5的上部伸出外筒7顶部的高度为1米，内筒5的下部置于外筒体7内污酸液面以下的深度为外筒体7高度的1倍，在同心内筒5的下部筒壁上设有高度为1m的开孔区，开孔区开设的气泡孔8的直径为8mm，相邻气泡孔8间的间距为25mm。所述的外筒体7的直径为10米，筒高为直径的3～5倍；所述的同心内筒5的直径与外筒体7的直径比为0.7：1。所述的同心内筒5底部端口距锥体筒9的顶部的距离为100mm。其余同实施例1。
本实施装置处理某铜冶炼厂污酸，酸质量分数(以硫酸计)为10％，铜离子浓度500mg/L，砷浓度10000mg/L。
通过本气相压力梯度的重金属污酸硫化反应装置硫化吸收处理后，铜离子浓度＜1mg/L，砷浓度＜1mg/L，砷的去除效率＞99％。
对比例
本实施例中，硫化反应器结构不设同心内筒，其他同实施例1。通过该硫化反应装置硫化吸收处理后，铜离子浓度＜1mg/L，砷浓度＜10mg/L，砷的去除效率＞99％。但与实施例1相比，砷的深度去除效果较差。因此本发明装置在高效去除污酸重金属的同时还可对污酸中的重金属进行进一步的深度去除。有望解决现有的硫化氢硫化反应器中硫化效率不够彻底的技术问题。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有气相压力梯度的含重金属污酸硫化反应装置，其特征在于，包括带有锥底的外筒体(7)、同心内筒(5)、文丘里喷射器(1)、循环泵(10)及硫化氢供气管(2)；所述的带有锥底的外筒体(7)内装有待处理污酸，所述的同心内筒(5)置于外筒体(7)内，且两者同心，同心内筒(5)的上部伸出外筒(7)的顶部，上部用盖板密封，在盖板的中心安装文丘里喷射器(1)，内筒(5)的下部置于外筒体(7)内污酸液面以下，并在其筒壁上开有气泡孔(8)，使之直接与外筒体(7)的内部空间联通；在运行时，通过循环泵(10)将待处理污酸连续经过文丘里喷射器(1)喷入同心内筒(5)中，同时通过文丘里喷射器(1)喷射所产生的负压将硫化氢供气管(2)输送来的硫化氢气体以及残留在外筒体(7)上部的硫化氢气体(3)吸入，一起喷入同心内筒(5)中。
2.根据权利要求1所述的一种具有气相压力梯度的含重金属污酸硫化反应装置，其特征在于，所述的污酸与硫化氢气体在文丘里喷射器(1)的喉管、扩散管及同心内筒(5)的上部空间内充分接触，同时，由于文丘里喷射器(1)的喷射作用，使同心内筒(5)中的气体压力逐渐增大，与外筒体(7)上部气体之间构成压力差，形成具有气相压力梯度的反应空间。
3.根据权利要求1所述的一种具有气相压力梯度的含重金属污酸硫化反应装置，其特征在于，所述的外筒体(7)的直径为1～10米，筒高为直径的3～5倍；所述的同心内筒(5)的直径与外筒体(7)的直径比为0.2～0.7：1。
4.根据权利要求1所述的一种具有气相压力梯度的含重金属污酸硫化反应装置，其特征在于，所述的同心内筒(5)的上部伸出外筒(7)的顶部的伸出高度为0.5～1米，同心内筒(5)插入外筒体(7)液面下深度为外筒体(7)高度的0.5～1倍。
5.根据权利要求1所述的一种具有气相压力梯度的含重金属污酸硫化反应装置，其特征在于，所述的同心内筒(5)的下部筒壁上设有高度为0.2～1m的开孔区，开孔区位于污酸液面下，且开孔区开设的气泡孔(8)的直径为2～8mm，相邻气泡孔(8)间的间距为10～25mm。
6.根据权利要求1所述的一种具有气相压力梯度的含重金属污酸硫化反应装置，其特征在于，所述的同心内筒(5)上部的气体压力与外筒体(7)上部的气体压力差为10～80kPa。
7.根据权利要求1所述的一种具有气相压力梯度的含重金属污酸硫化反应装置，其特征在于，所述的外筒体(7)底部为与其一体设置的锥体筒(9)，所述的同心内筒(5)底部端口距锥体筒(9)的顶部的距离为100～300mm。
8.根据权利要求1所述的一种具有气相压力梯度的含重金属污酸硫化反应装置，其特征在于，所述的外筒体(7)的上部气体压力在工作时为微负压状态，压力为-0.1～1kPa。
9.根据权利要求1所述的一种具有气相压力梯度的含重金属污酸硫化反应装置，其特征在于，所述的硫化氢供气管(2)输入的H2S气体体积浓度＞20％。
10.根据权利要求1所述的一种具有气相压力梯度的含重金属污酸硫化反应装置，其特征在于，所述的外筒体(7)下部还设有搅拌器(11)，底部设有硫化渣排放口(12)。
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