CN1124441C - 一种改善有机废碱液燃烧性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改善有机废碱液燃烧性能的方法，其特征是，在有机废碱液中，加入改性剂，使改性后的有机废碱液，在受热干燥过程中形成的固形物的受热膨化性得到明显提高，从而使改性后的有机废碱液在燃烧过程中产生的干燥固形物的空隙增大、孔隙率提高，有利于燃烧表面氧的扩散，有利于燃烧性能的改善。采用本方法在有机废碱液的燃烧的过程中可减少、甚至不用燃料，因而降低有机废碱液的焚烧成本。
Description
本发明涉及一种改善有机废碱液燃烧性能的方法。
有机废碱液通常是高浓度含盐有机废液，COD值较高，对环境污染严重，生化法无法有效处理，目前广泛使用焚烧处理方法。
如环己酮副产的皂化废碱液，其COD值一般高达35万mg/L，用中和萃取法处理后仍然产生COD值在11万mg/L以上的废液，效果不佳。目前较为广泛地采用悬浮燃烧法处理环己酮皂化废碱液，即，将皂化液充分雾化喷入焚烧炉中，在辅助燃料燃烧产生的高温区，细小的皂化液雾滴在空间完成大部分的燃烧，未燃烧的皂化液下落中干燥成为固形物落在炉底垫层上，在燃料燃烧产生的高温作用下，熔融、分解，并继续燃烧。产生的Na2CO3熔体从炉底溜口连续流出，大量的Na2CO3以粉尘形式随燃烧尾气一起排出炉外。由于皂化液在炉底垫层上形成的固形物，加热时会容易板结，膨化性差、孔隙率低，必须燃烧大量的辅助燃料，产生过量的热量才能使板结物及时熔融、分解，维持连续、稳定的燃烧。因此，悬浮燃烧法的辅助燃料消耗高，设备受热面积大，运行成本及一次投入均较大。
与皂化废碱液焚烧相近的技术是使用碱回收炉处理造纸中产生的高浓有机碱性废液(俗称黑液)的垫层燃烧技术，即，含钠盐的造纸黑液喷入炉内，少部分在空间燃烧，大部分干燥后以固形物形式落至炉底垫层上发生垫层燃烧。由于其固形物受热时的膨化度大，形成较多的孔隙，有利于氧气进入固形物内部，因此在垫层熔融物的高温作用下，这些固形物可以稳定自燃，不需辅加燃料。造纸黑液作为一种特殊的有机废碱液，与皂化废碱的主要差异就在于固形物的受热膨化性不同，前者膨化度大，后者几乎不膨化。这种差异成为二者燃烧方式不同的主要原因。
中国发明专利92104443.7中介绍了一种浓缩-焚烧法治理有机废碱液的方法：将有机废碱液蒸发、浓缩，浓缩物放入焚烧炉内加热至250-350℃，此时，浓缩物自燃，停止加热。利用浓缩物燃烧产生的热量浓缩新的有机废碱液。当浓缩物燃烧至不起火焰时，使用燃料于700-800℃温度下加热0.5-2小时，使浓缩物中有机物完全燃烧，焚烧产物为含90％的碳酸钠。该法利用了浓缩物的燃烧热量，可节省燃料，同时得到纯度较高的碳酸钠。但在大规模、连续化的工业装置上未获得应用。
US3885906介绍了一种焚烧处理有机废碱液的方法及相应设备，即：竖立的圆筒形旋风焚烧炉，上部为燃烧产热区，切向装配有燃料喷嘴及配风口；中部为废液燃烧区，装有有机废碱液雾化喷嘴，将废液横向喷入炉内；底部为燃烧气体引出口与尾气引出管相连，尾气引出管上设有熔融物溜出口。燃料喷入旋风炉上部，与过量的空气作用，燃烧产生高温烟气，高温烟气在中部引燃雾化的有机废碱液，烟气中的过量空气在此作为助燃物，燃烧产生的尾气以及金属氧化物熔融物由底部的引出口引出，熔融物通过尾气引出管的溜出口流出，其余尾气则经过除尘后排放。此专利中增加了在旋风炉中部专门为废液配风的喷嘴设计。该法通过制造强烈紊流的空气动力场，使燃烧效率大幅提高，但需要辅助燃料。
旋风炉作为目前最广泛应用的废液和含盐废液焚烧方法，相关专利还有：US2808011；US3837813；US3817192。
本发明的目的在于，提供一种改善有机废碱液燃烧性能的方法。
通过化学改性，使有机废碱液(如皂化废碱液)具有与造纸黑液相似的性能，即其固形物在受热条件下具有较好的膨化性，从而在焚烧处理中垫层燃烧的性能得到改善，以节省辅助燃料乃至不需燃料。
本发明提供了一种改善有机废碱液燃烧性能的方法：向有机废碱液中加入改性剂，改性剂与有机废碱液的重量比为(0.01～50)∶100；其较佳比例范围为：改性剂与有机废碱液的重量比为(0.05～20)∶100；其最佳比例范围为：改性剂与有机废碱液的重量比为(0.15～10)∶100。
其中改性剂可以是木质素、木质素磺酸盐、木质素硫酸盐、木质素硫代硫酸盐、木质素胺，硫酸盐法制浆造纸黑液、亚硫酸盐法制浆造纸黑液、烧碱法制浆造纸黑液、蒽醌法制浆造纸黑液中的一种物质或者几种物质任意比例的混合物。
使用改性剂改性皂化废碱的方法为：将0.01～50份的改性剂，100份皂化废碱液在30℃以上采用常用混合方式混合均匀，使改性剂在皂化废碱液中完全溶解，无沉淀出现。
当改性剂用量＜0.01％(wt)时，皂化废碱改性物固形物的受热膨化度通常＜6，而且膨化表面不规则；当改性剂用量＞50％(wt)时，该方法的实用性下降，并会出现皂化废碱改性物固形物的受热膨化度反而降低的情况。
本发明中采用的对固形物受热膨化度的表征方法为：将改性皂化废碱液样品置于坩埚内，放入内温低于80℃的马弗炉中，同时还放入相同规格的坩埚内装相同体积、相同固形物浓度的未改性皂化废碱液作为比较样。将马弗炉温度平缓升到240℃以上(升温速度＜20℃/min)。入炉15min后取出样品，对比改性皂化废碱液样品与未改性皂化废碱液(比较样)固形物表层离坩埚底部的高度，将二者高度的比值定义为改性皂化废碱液固形物的受热膨化度。
未改性皂化废碱液固形物的受热膨化度可以此法测定：将皂化废碱液在120～130℃，干燥5小时，得到固形物。将固形物置入坩埚内放入马弗炉内，如上所述进行膨化试验。受热后的固形物表层高度与入炉前的固形物表层高度之比即为皂化废碱固形物的受热膨化度，试验测定值≈1。
本发明的积极效果在于：通过实施本发明，有机废碱液燃烧中产生的固形物膨化度可增大6倍以上，相近于木浆造纸黑液的燃烧行为，从而具有充足的燃烧表面积和孔隙率，可大大提高空气进入微观燃烧区的机会，获得良好的垫层燃烧性能，显著降低燃料的消耗。在有机废碱液的热值足够大的条件下，可实现干燥固形物在垫层上自燃。使用本发明，从而使有机废碱液的焚烧成本和处理装置的投资得到显著的降低。例如，木浆造纸黑液0.3份，皂化废碱液100份，于40℃混合均匀。按如上所述进行膨化试验，15min内，马弗炉由70℃升到310℃，样品的膨化度≈9。改性物的干燥固形物在550℃以上能够稳定的自燃，而未改性的有机废碱液，需在600℃以上、燃料用量为0.5kg重油(热值10000kcal/kg)/kg有机废碱液的条件下才能保持稳定的燃烧。
实施例1：蒽醌法木浆造纸黑液0.01份，皂化废碱液100份，于40℃混合均匀。将改性皂化废碱液样品置于坩埚内，放入内温低于80℃的马弗炉中，同时在相同规格的坩埚内装相同体积、相同固形物浓度未改性的皂化废碱液作为比较样。将马弗炉温度平缓升到240℃以上(升温速度＜20℃/min)。入炉15min后取出样品，对比改性皂化废碱液样品与未改性皂化废碱液(比较样)固形物表层离坩埚底部的高度，将二者高度的比值定义为改性皂化废碱液固形物的受热膨化度。改性样品的膨化度≈6。改性物的干燥固形物在550℃以上能够稳定的自燃。
实施例2：木质素磺酸铜5份，皂化废碱液100份，于40℃混合均匀。按实施例1所述进行膨化试验，15min内，马弗炉由70℃升到305℃。样品的膨化度≈9。改性物的干燥固形物在550℃以上能够稳定的自燃。
实施例3：木质素硫酸钡50份，皂化废碱液100份，于40℃混合均匀。按如上所述进行膨化试验，15min内，马弗炉由70℃升到320℃。样品的膨化度≈7；改性物的干燥固形物在550℃以上能够稳定的自燃。
实施例4：木质素6.5份，皂化废碱液100份，于40℃混合均匀。按如上所述进行膨化试验，15min内，马弗炉由70℃升到285℃。样品的膨化度≈9；改性物的干燥固形物在520℃以上能够稳定的自燃。
实施例5：硫代木质素硫酸锗15份，皂化废碱液100份，于40℃混合均匀。按如上所述进行膨化试验，15min内，马弗炉由70℃升到320℃。样品的膨化度≈7；改性物的干燥固形物在580℃以上能够稳定的自燃。
实施例6：硫代木质素硫酸锗和氯化石蜡的混合物0.02份，皂化废碱液100份，于40℃混合均匀。按如上所述进行膨化试验，15min内，马弗炉由70℃升到320℃。样品的膨化度≈10；改性物的干燥固形物在490℃以上能够稳定的自燃。
实施例7：木质素胺9份，皂化废碱液100份，于40℃混合均匀。按如上所述进行膨化试验，15min内，马弗炉由70℃升到320℃。样品的膨化度≈7；改性物的干燥固形物在570℃以上能够稳定的自燃。
实施例8：木质素胺2份，硫代木质素硫酸锗8份，皂化废碱液100份，于40℃混合均匀。按如上所述进行膨化试验，18min内，马弗炉由75℃升到350℃。样品的膨化度≈8；改性物的干燥固形物在570℃以上能够稳定的自燃。
实施例9：木质素5份，木质素磺酸锗3份，皂化废碱液100份，于40℃混合均匀。按如上所述进行膨化试验，15min内，马弗炉由80℃升到330℃。样品的膨化度≈8；改性物的干燥固形物在550℃以上能够稳定的自燃。
实施例10：木质素1份，蒽醌法木浆造纸黑液5份，皂化废碱液100份，于40℃混合均匀。按如上所述进行膨化试验，15min内，马弗炉由80℃升到340℃。样品的膨化度≈9；改性物的干燥固形物在560℃以上能够稳定的自燃。
Claims (3)
1、一种改善有机废碱液燃烧性能的方法，其特征在于：向有机废碱液中加入改性剂，改性剂与有机废碱液的重量比为0.01∶100～50∶100；其中改性剂是木质素、木质素磺酸盐、木质素硫酸盐、木质素硫代硫酸盐、木质素胺、硫酸盐法制浆造纸黑液、亚硫酸盐法制浆造纸黑液、烧碱法制浆造纸黑液、蒽醌法制浆造纸黑液中的一种或者任意几种的混合物。
2、根据权利要求书1所述的改善有机废碱液燃烧性能的方法，其特征在于：改性剂与有机废碱液的重量比为0.05∶100～20∶100。
3、根据权利要求书1或2所述的改善有机废碱液燃烧性能的方法，其特征在于：改性剂与有机废碱液的重量比为0.15∶100～10∶100。
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