CN112871983B - 一种利用垃圾焚烧飞灰制备高纯度液氯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用垃圾焚烧飞灰制备高纯度液氯的方法，包括以下步骤：将垃圾焚烧飞灰与水混合，搅拌均匀，得到飞灰浆；将得到的飞灰浆导入一级电动装置样品区，然后进行电动处置，回收一级电动装置阳极室阳极液，得到氯浓缩液；电动处置过程中将一级电动装置阳极室产生的气体导入洗氯塔，回收洗氯塔洗后的氧气；将氯浓缩液导入曝晒池进行阳光照射，曝晒后液体经过过滤，得到制氯预备液；将制氯预备液导入二级电动装置样品区，将从洗氯塔回收的氧气连续曝入二级电动装置阴极室的电动液中，同时进行电动处置，回收二级电动装置阳极室产生的气体，经干燥、压缩液化得到高纯度液氯。本发明实现了利用垃圾焚烧飞灰制备回收氯气。
Description
技术领域
本发明涉及危险废物资源化处置领域，尤其涉及一种利用垃圾焚烧飞灰制备高纯度液氯的方法。
背景技术
随着我国社会经济稳步发展，城市化进程步入高速，致使垃圾产量逐年增加。我国生活垃圾无害化处理方式主要有卫生填埋、焚烧发电和堆肥三种。其中卫生填埋是垃圾无害化处理的最主要方式，但填埋垃圾易滋生大量细菌和病毒，并潜伏着沼气重金属污染等隐患，对地下水资源构成威胁，且填埋所需场地较多。在此背景下，近年来我国垃圾焚烧发电越发受到青睐。截止到2018年底，全国垃圾焚烧年处理量10184.9万t，是2011年垃圾焚烧年处理量的3.92倍，占到当年生活垃圾无害化处理量的45.12％。垃圾焚烧发电过程中会产生大量的垃圾焚烧飞灰。垃圾焚烧飞灰属于危险废弃物，列于《国家危险废物名录》。垃圾焚烧飞灰中不仅含有重金属和二噁英类有机污染物，也含有大量的5％～25％氯。在高温处置环境下，重金属和二噁英类有机污染物都可以实现无害化处置，但氯离子迁移活性变强其易与金属、重金属元素结合，生成低沸点的金属氯化物，从而加速炉窑腐蚀，增加废气处置成本。水泥中氯含量限值为0.06％，如果将未脱氯垃圾焚烧飞灰当作生料用于水泥生产，必然会导致水泥品质下降，氯含量超标。因此针对垃圾焚烧飞灰，研发高效的氯去除及氯资源化的方法显得迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用垃圾焚烧飞灰制备高纯度液氯的方法，以实现垃圾焚烧飞灰中高含量氯的资源化利用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用垃圾焚烧飞灰制备高纯度液氯的方法，包括以下步骤：
步骤1，将垃圾焚烧飞灰与水混合，搅拌均匀，得到飞灰浆；
步骤2，将步骤1得到的飞灰浆导入一级电动装置样品区，然后进行电动处置，回收一级电动装置阳极室阳极液，得到氯浓缩液；电动处置过程中将一级电动装置阳极室产生的气体导入洗氯塔，回收洗氯塔洗后的氧气；
步骤3，将步骤2得到的氯浓缩液导入曝晒池进行阳光照射，曝晒后液体经过过滤，得到制氯预备液；
步骤4，将步骤3得到的制氯预备液导入二级电动装置样品区，将从洗氯塔回收的氧气连续曝入二级电动装置阴极室的电动液中，同时进行电动处置，回收二级电动装置阳极室产生的气体，经干燥、压缩液化得到高纯度液氯。
进一步的，所述步骤1中，将垃圾焚烧飞灰与水以0.5～2.5mg:1L混合。
进一步的，所述步骤2中，电动处置0.5～2.5小时，电动电压为20～120V，电动电流为100～1000A直流电流。
进一步的，所述步骤2中，一级电动装置样品区和一级电动装置阳极室之间设置有阴离子交换膜。
进一步的，所述步骤3中，阳光照射12～48小时。
进一步的，所述步骤4中，电动处置10～30分钟，电动电压为10～50V，电动电流为1000～5000A直流电流。
进一步的，所述步骤4中，回收的气体通过无水氯化钙干燥剂干燥，然后在0.1～0.75MPa压力条件下压缩液化得到高纯度液氯。
本发明的原理是：将垃圾焚烧飞灰与水混合后，搅拌过程中飞灰中可溶性氯盐溶解到飞灰浆中。将飞灰浆导入一级电动装置样品区中，电动处置过程中样品区飞灰浆中的氯离子在电迁移作用下由样品区迁移至阳极室阳极液中。在电动反应初期，阳极室中部分氯离子吸附到阳极表面，在阳极表面氯离子失去电子转化为氯气。氯气溶于水转化为次氯酸。电动反应中后期后，随着可迁移氯离子逐渐减少，水解变成主反应。阳极表面的水分子失去电子，生成氢离子和氧气。将一级电动装置阳极室产生的气体导入洗氯塔可吸收混合气体中的氯气，提纯氧气。在阳光照射作用下，氯浓缩液中的次氯酸可分解为氯化氢。将制氯预备液导入二级电动装置样品区，同时将从洗氯塔回收的氧气连续曝入二级电动装置阴极室的电解液中，电动过程中制氯预备液中的氯离子快速迁移至阳极室阳极表面产生氯气，而氢离子迁移至阴极室阴极表面得到电子并与曝入的氧气结合生成水分子。二级电动装置阳极室产生的氯气通过无水氯化钙干燥剂干燥、压缩液化得到高纯度液氯
有益效果：本发明为垃圾焚烧飞灰中高含量氯的资源化利用提供了一条途径，同时本发明联用一级、二级电动处置并通过回用一级电动处置过程中产生的氯浓缩液和氧气实现利用垃圾焚烧飞灰制备回收氯气。本发明通过一级电动处置将飞灰中的氯转移至氯浓缩液中并通过阳光照射作用将氯浓缩液中次氯酸重新转化为氯离子，从而实现氯离子的有效转移。本发明通过处置垃圾焚烧飞灰产生氯气过程中无需额外供氧，制备的液氯纯度最高可达99.5％以上。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，本发明的一种利用垃圾焚烧飞灰制备高纯度液氯的方法，包括以下步骤：
步骤1，将垃圾焚烧飞灰与水以0.5～2.5mg:1L混合，搅拌均匀，得到飞灰浆；
步骤2，将步骤1得到的飞灰浆导入一级电动装置样品区，然后进行电动处置0.5～2.5小时，回收一级电动装置阳极室阳极液，得到氯浓缩液；一级电动装置样品区和阳极室之间设置有阴离子交换膜；电动处置过程中将一级电动装置阳极室产生的气体导入洗氯塔，回收洗氯塔洗后的氧气；其中，电动电压为20～120V，电动电流为100～1000A直流电流；
步骤3，将步骤2得到的氯浓缩液导入曝晒池进行阳光照射12～48小时，曝晒后液体经过过滤，得到制氯预备液；
步骤4，将步骤3得到的制氯预备液导入二级电动装置样品区，将从洗氯塔回收的氧气连续曝入二级电动装置阴极室的电动液中，同时进行电动处置10～30分钟，回收二级电动装置阳极室产生的气体，气体通过无水氯化钙干燥剂干燥，然后在0.1～0.75MPa压力条件下压缩液化得到高纯度液氯；其中，电动电压为10～50V，电动电流为1000～5000A直流电流。
下面结合实施例对本发明做进一步说明。根据下述实施例，可以更好的理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
下述实施例中，生活垃圾焚烧飞灰取自重庆某垃圾焚烧发电厂，为布袋除尘器收集。垃圾焚烧飞灰样中含有以下质量百分含量的组分：33.7439％Ca、32.5362％O、16.6467％Cl、4.8491％Na、3.6348％K、2.4572％S、1.9651％Si、1.1437％Mg、0.9634％Fe、0.5287％Zn、0.5044％Al、0.3246％P、0.2743％Ti、0.1987％Pb、0.0945％Br、0.0547％Cu、0.0468％Cd、0.0332％Mn。
实施例1水灰比变化对回收液氯纯度影响
将垃圾焚烧飞灰与水分别按照0.5mg:1L、1mg:1L、1.5mg:1L、2mg:1L、2.5mg:1L混合，搅拌均匀，得到飞灰浆。将飞灰浆导入一级电动装置样品区，然后进行电动处置0.5小时，回收一级电动装置阳极室阳极液，得到氯浓缩液，其中电动电压为20V，电动电流为100A直流电流，一级电动装置样品区和一级电动装置阳极室之间设置有阴离子交换膜。电动处置过程中将一级电动装置阳极室产生的气体导入洗氯塔，回收洗氯塔洗后的氧气。将氯浓缩液导入曝晒池进行阳光照射12小时，将曝晒后液体过滤，得到制氯预备液。将制氯预备液导入二级电动装置样品区，将从洗氯塔回收的氧气连续曝入二级电动装置阴极室的电动液中，同时进行电动处置10分钟，回收二级电动装置阳极室产生的气体，通过无水氯化钙干燥剂干燥、在0.1MPa压力条件下压缩液化得到高纯度氯气，其中电动电压为10V，电动电流为1000A直流电流。
液氯纯度检测：液氯纯度按照《工业用液氯》(GB 5138-2006)规定的方法进行测定。
本实施例试验结果见表1。
表1垃圾焚烧飞灰与水比例变化对回收液氯纯度影响
| 垃圾焚烧飞灰与水比例 | 液氯纯度 | 相对误差 |
| 0.5mg:1L | 99.34％ | ±0.1％ |
| 1mg:1L | 99.63％ | ±0.1％ |
| 1.5mg:1L | 99.75％ | ±0.1％ |
| 2mg:1L | 99.14％ | ±0.1％ |
| 2.5mg:1L | 98.63％ | ±0.2％ |
由表1可看出，垃圾焚烧飞灰与水比例变化对回收氯气纯度存在影响，1.5:1mg:L水飞比条件下液氯纯度最高，可达99.75％。
实施例2一级电动装置电流变化对回收液氯纯度影响
将垃圾焚烧飞灰与水按照1.5mg:1L混合，搅拌均匀，得到飞灰浆。将飞灰浆导入一级电动装置样品区，然后进行电动处置0.5～2.5小时，回收一级电动装置阳极室阳极液，得到氯浓缩液，其中电动电压为70V，电动电流分别为100A、250A、400A、550A、700A、850A、1000A直流电流，一级电动装置样品区和一级电动装置阳极室之间设置有阴离子交换膜。电动处置过程中将一级电动装置阳极室产生的气体导入洗氯塔，回收洗氯塔洗后的氧气。将氯浓缩液导入曝晒池进行阳光照射30小时，将曝晒后液体过滤，得到制氯预备液。将制氯预备液导入二级电动装置样品区，将从洗氯塔回收的氧气连续曝入二级电动装置阴极室的电动液中，同时进行电动处置20分钟，回收二级电动装置阳极室产生的气体，通过无水氯化钙干燥剂干燥、在0.425MPa压力条件下压缩液化得到高纯度液氯，其中电动电压为30V，电动电流为3000A直流电流。
液氯纯度检测：液氯纯度按照《工业用液氯》(GB 5138-2006)规定的方法进行测定。
本实施例试验结果见表2。
表2一级电动装置电流变化对回收液氯纯度影响
| 一级电动装置电流 | 液氯纯度 | 相对误差 |
| 100A | 98.14％ | ±0.1％ |
| 250A | 98.36％ | ±0.2％ |
| 400A | 99.72％ | ±0.1％ |
| 550A | 99.81％ | ±0.1％ |
| 700A | 99.84％ | ±0.1％ |
| 850A | 99.53％ | ±0.1％ |
| 1000A | 97.92％ | ±0.2％ |
由表2可看出，一级电动装置电流变化对回收氯气纯度存在影响，一级电动装置电流为700A时获得的液氯纯度最高，可达99.84％。
实施例3二级电动装置电流变化对回收液氯纯度影响
将垃圾焚烧飞灰与水按照1.5mg:1L混合，搅拌均匀，得到飞灰浆。将飞灰浆导入一级电动装置样品区，然后进行电动处置2.5小时，回收一级电动装置阳极室阳极液，得到氯浓缩液，其中电动电压为120V，电动电流为700A直流电流，一级电动装置样品区和一级电动装置阳极室之间设置有阴离子交换膜。电动处置过程中将一级电动装置阳极室产生的气体导入洗氯塔，回收洗氯塔洗后的氧气。将氯浓缩液导入曝晒池进行阳光照射48小时，将曝晒后液体过滤，得到制氯预备液。将制氯预备液导入二级电动装置样品区，将从洗氯塔回收的氧气连续曝入二级电动装置阴极室的电动液中，同时进行电动处置30分钟，回收二级电动装置阳极室产生的气体，通过无水氯化钙干燥剂干燥、0.75MPa压力条件下压缩液化得到高纯度液氯，其中电动电压为50V，电动电流分别为1000A、2000A、3000A、4000A、5000A直流电流。
液氯纯度检测：液氯纯度按照《工业用液氯》(GB 5138-2006)规定的方法进行测定。
本实施例试验结果见表3。
表3二级电动装置电流变化对回收液氯纯度影响
| 二级电动装置电流 | 液氯纯度 | 相对误差 |
| 1000A | 99.03％ | ±0.2％ |
| 2000A | 99.62％ | ±0.1％ |
| 3000A | 99.89％ | ±0.1％ |
| 4000A | 99.91％ | ±0.1％ |
| 5000A | 99.73％ | ±0.1％ |
由表3可看出，二级电动装置电流变化对回收氯气纯度存在影响，二级电动装置电流为4000A时获得的液氯纯度最高，可达99.91％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种利用垃圾焚烧飞灰制备高纯度液氯的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，将垃圾焚烧飞灰与水以0.5～2.5mg:1L混合，搅拌均匀，得到飞灰浆；
步骤2，将步骤1得到的飞灰浆导入一级电动装置样品区，一级电动装置样品区和一级电动装置阳极室之间设置有阴离子交换膜，然后进行电动处置0.5～2.5小时，电动电压为20～120V，电动电流为100～1000A直流电流；回收一级电动装置阳极室阳极液，得到氯浓缩液；电动处置过程中将一级电动装置阳极室产生的气体导入洗氯塔，回收洗氯塔洗后的氧气；
步骤3，将步骤2得到的氯浓缩液导入曝晒池进行阳光照射12～48小时，曝晒后液体经过过滤，得到制氯预备液；
步骤4，将步骤3得到的制氯预备液导入二级电动装置样品区，将从洗氯塔回收的氧气连续曝入二级电动装置阴极室的电动液中，同时进行电动处置10～30分钟，电动电压为10～50V，电动电流为1000～5000A直流电流，回收二级电动装置阳极室产生的气体，回收的气体通过无水氯化钙干燥剂干燥，然后在0.1～0.75MPa压力条件下压缩液化得到高纯度液氯。
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