CN113830869B - 一种用于浓碱液处理的折流式气液反应系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于碱性电解液处理技术领域，公开了一种用于浓碱液处理的折流式气液反应系统，包括多级反应池，每级反应池的下方设有泥斗，泥斗连接排泥管路；在第一级反应池的底部从下至上布设有布气管路和布水管路，布气管路用于通入富含二氧化碳的气体，布水管路用于通入浓碱液；在第二级反应池以及后级反应池内均设有折流板，折流板包括竖板和斜板，斜板设置在竖板下端；在第一级反应池的中部设有多层多孔板，多孔板上开有若干个通孔，且相邻两层多孔板上的通孔交错布设。还公开了其工作方法，利用富含二氧化碳的气体对碱性电解制氢的废碱液进行处理，实现了以废治废、碳捕集和废物的资源化回收利用，具有重要的环境保护意义。
Description
技术领域
本发明属于碱性电解液处理技术领域，特别涉及一种用于浓碱液处理的折流式气液反应系统及其工作方法。
背景技术
氢能是一种绿色的二次能源，在能源结构转型、工业碳减排领域具有重要的作用。为了克服传统化石原料制氢碳排放较高的问题，电解水制氢是未来氢气最重要的生产方式。碱性电解水制氢由于技术相对成熟、设备制造成本低、单台设备规模较大，因此是当前应用最为广泛的电解水制氢技术。然而，碱性电解水制氢使用高浓度的碱液(氢氧化钾或氢氧化钠)作为电解质，在设备大修、设备事故、碱液变质等情况下，排放出大量的碱液需要进行处理，目前，一般碱液都是外运，交给有资质单位处理，这样就会增加制氢单位的生产成本，尚无针对碱性电解液直接现场处理的工业方案。碱液的处理、回用等对于碱性电解水制氢系统的运行、维护具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于浓碱液处理的折流式气液反应系统及其工作方法，解决了碱性电解水制氢使用的高浓度碱液排放前暂无现场处理，导致生产成本提高的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种用于浓碱液处理的折流式气液反应系统，包括多级反应池，每级反应池的下方设有泥斗，泥斗连接排泥管路；
多级反应池包括依次连接的第一级反应池、第二级反应池以及若干个后级反应池；
在第一级反应池的底部从下至上布设有布气管路和布水管路，布气管路用于通入反应介质，布水管路用于通入浓碱液；
在第二级反应池以及后级反应池内均设有用于将反应池的反应区分隔为下降区和上升区的折流板，折流板包括竖板和斜板，斜板设置在竖板下端；
在第一级反应池的中部设有多层多孔板，多孔板上开有若干个通孔，且相邻两层多孔板上的通孔交错布设。
进一步，多孔板倾斜设置在反应池内。
进一步，多孔板倾斜角度为45°。
进一步，第二级反应池及后级反应池的上升区的水平截面积大于第一级反应池的截面积。
进一步，泥斗呈锥形，斜板平行于泥斗的侧壁设置。
进一步，布气管路采用非字型结构，包括布气主管和连接于主管两侧的布气支管；
布气主管沿第一级反应池的长边方向布置，布气支管为穿孔管。
进一步，布水管路采用非字型结构，包括布水主管和连接于主管两侧的布水支管；
布水主管沿第一级反应池的长边方向布置，布气支管为穿孔管。
进一步，布气支管的开孔与垂直方向呈30°～60°。
进一步，相邻反应池公用池壁。
本发明还公开了所述的用于浓碱液处理的折流式气液反应系统的工作方法，包括以下过程：
通过布水管路向第一级反应池内通入浓碱液，通过布气管路向第一级反应池内通入富含二氧化碳的气体，二氧化碳在浓碱液中上升，浓碱液与二氧化碳在第一级反应池内进行反应，随着反应的进行，析出沉淀物，沉淀物沉淀至泥斗中；
同时随着浓碱液和气体的上升，浓碱液和气体到达多孔板，液体和气体在通孔内通过时产生扰动，加强气液混合接触；
随着浓碱液的继续上升，溢流后进入第二级反应池，液体在第二级反应池的下降区向下流动，绕过折流板后进入上升区，并向上流动，在第一级反应池未沉淀的沉淀物在第二级反应池内沉淀至泥斗中；
随着浓碱液的继续上升，溢流后进入后级反应池，液体在后级反应池的下降区向下流动，绕过折流板后进入上升区，并向上流动，在后级反应池沉淀物沉淀至泥斗中；
当沉淀物积累一定量后，由排泥管路排出沉淀物。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开了一种用于浓碱液处理的折流式气液反应系统，包括连接于一体的多级反应池，每级反应池的下方设有泥斗，泥斗连接排泥管路；在第一级反应池的底部从下至上布设有布气管路和布水管路，布气管路用于通入富含二氧化碳的气体，布水管路用于通入浓碱液，利用富含二氧化碳的气体，实现了碱性电解制氢废碱液的处理，同时实现了二氧化碳的处理，达到了以废治废的目的；在第二级反应池以及后级反应池内均设有用于将反应池的反应区分隔为下降区和上升区的折流板，折流板下端折弯设计，有利于沉降，同时与反应池的底部结构对应；在第一级反应池的中部设有多层多孔板，多孔板上开有若干个通孔，相邻两层多孔板上的通孔交错布设，液体和气体在孔内通过时产生扰动，强化了气液接触反应过程，提高了反应效率；通过折流板式气液反应器，同步实现了气液的高效反应过程和固体的沉淀分离过程，简化了工艺流程；回收得到了碳酸氢钠或碳酸氢钾，实现了废物的资源化回收。该系统利用富含二氧化碳的气体对碱性电解制氢的废碱液进行处理，实现了废水的处理、二氧化碳的固定、粗碳酸氢物的回收，实现了以废治废、碳捕集和废物的资源化回收利用，具有重要的环境保护意义，同时不再需要外运，也大大降低了制氢单位的生产成本。
进一步，多孔板倾斜设置在反应池内，有益于沉淀物滑落至泥斗内。
进一步，第二级反应池及后级反应池的上升区的水平截面积大于第一级反应池的截面积，增加上升区的面积，降低液体上升流速，有利于沉淀过程。
进一步，布气管路和布水管路采用非字型结构，能够使气体和液体混合均匀，增加布水和布气的均匀程度。
进一步，布气支管的开孔与垂直方向呈30-60°角，避免沉淀物落在上面堵塞开孔，同时，也便于控制气体压出的方位。
附图说明
图1为本发明的一种用于浓碱液处理的折流式气液反应系统的结构示意图；
图2为布气管路的结构示意图。
其中，1为第一级反应池，2为第二级反应池，3为后级反应池，4为布水管路，5为布气管路，6为泥斗，7为排泥管路，8为折流板，9为多孔板；
51为布气主管，52为布气支管，53为出气孔。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1所示，本发明公开了一种用于浓碱液处理的折流式气液反应系统，包括连接于一体的多级反应池，每级反应池的下方设有泥斗6，泥斗6连接排泥管路7；多级反应池包括依次连接的第一级反应池1、第二级反应池2以及若干个后级反应池3；在第一级反应池1的底部从下至上布设有布气管路5和布水管路4，布气管路5用于通入反应介质，布水管路4用于通入浓碱液；反应介质采用富含二氧化碳的气体；在第二级反应池2以及后级反应池3内均设有用于将反应池的反应区分隔为下降区和上升区的折流板8，折流板8包括竖板和斜板，斜板设置在竖板下端；在第一级反应池1的中部设有多层多孔板9，多孔板9上开有若干个通孔，且相邻两层多孔板9上的通孔交错布设。
如图1所示，多孔板9设置两层，两层相互平行，每层板上均匀布置有圆形孔，两层板的开孔错开，由于多孔板9两层交错布置，液体和气体在孔内通过时产生扰动，可以加强气液的混合接触，同时促进气液反应过程。
多孔板9倾斜设置在反应池内，多孔板9倾斜角度为45°，有益于沉淀物滑落至泥斗6内。
第二级反应池2及后级反应池3的上升区的水平截面积大于第一级反应池1的截面积，增加上升区的面积，降低液体上升流速，有利于沉淀过程。
具体地，泥斗6呈锥形，斜板平行于泥斗6的侧壁设置。
更优地，如图2所示，布气管路5采用非字型结构，包括布气主管51和连接于主管两侧的布气支管52；布气主管51沿第一级反应池1的长边方向布置，布气支管52为穿孔管，管道上开有若干个均匀分布的出气孔53。
更优地，布水管路4采用非字型结构，结构与图2相同，包括布水主管和连接于主管两侧的布水支管；布水主管沿第一级反应池1的长边方向布置，布水支管为穿孔管。
布气支管52的开孔与垂直方向呈30-60°角，避免沉淀物落在上面堵塞开孔，同时，也便于控制气体压出的方位。
如图1所示，上级反应池与下级反应池公用池壁，节省材料，相当于是将一个大的反应池用隔板分成了很多个小反应池。
本发明还公开了所述的用于浓碱液处理的折流式气液反应系统的工作方法，包括以下过程：
通过布水管路4向第一级反应池1内通入浓碱液，通过布气管路5向第一级反应池1内通入富含二氧化碳的气体，二氧化碳在浓碱液中上升，浓碱液与二氧化碳在第一级反应池1内进行反应，随着反应的进行，析出沉淀物，沉淀物沉淀至泥斗6中；
同时随着浓碱液和气体的上升，浓碱液和气体到达多孔板9，液体和气体在通孔内通过时产生扰动，加强气液混合接触；
随着浓碱液的继续上升，溢流后进入第二级反应池2，液体在第二级反应池2的下降区向下流动，绕过折流板8后进入上升区，并向上流动，在第一级反应池1未沉淀的沉淀物在第二级反应池2内沉淀至泥斗6中；
随着浓碱液的继续上升，溢流后进入后级反应池3，液体在后级反应池3的下降区向下流动，绕过折流板8后进入上升区，并向上流动，在后级反应池3沉淀物沉淀至泥斗6中；
当沉淀物积累一定量后，由排泥管路7排出沉淀物。
此外，一般排出的沉淀物会进行脱水，脱水后，液体返回处理系统，固体进一步处理或利用。
浓碱液为KOH溶液或NaOH溶液，质量浓度为20％-30％，以NaOH溶液进行说明，NaOH溶液和富含二氧化碳的气体接触，富含二氧化碳的气体中二氧化碳的体积含量为10％-100％，发生如下反应：
2NaOH+CO2→Na2CO3+H2O
Na2CO3+CO2+H2O→2NaHCO3
由于NaHCO3溶解度不高，随着反应的进行，NaHCO3积累到一定浓度后会从溶液中析出，析出的NaHCO3沉淀到泥斗6中。
持续通入二氧化碳后，溶液pH会降低，通过pH计监测溶液pH，气液反应后溶液的pH控制在7-9。
本发明公开的折流式气液反应系统，通过折流板式气液反应器，同步实现了气液的高效反应过程和固体的沉淀分离过程，简化了浓碱液的处理流程，同时，在气液反应过程中加设了多孔板9增强气液的接触反应过程；利用富含二氧化碳的气体对碱性电解制氢的废碱液进行处理，实现了废水的处理、二氧化碳的固定、粗碳酸氢钠的回收，实现了以废治废、碳捕集和废物的资源化回收利用，具有重要的环境保护意义。
Claims (5)
1.一种用于浓碱液处理的折流式气液反应系统，其特征在于，包括多级反应池，每级反应池的下方设有泥斗（6），泥斗（6）连接排泥管路（7）；
多级反应池包括依次连接的第一级反应池（1）、第二级反应池（2）以及若干个后级反应池（3）；
在第一级反应池（1）的底部从下至上布设有布气管路（5）和布水管路（4），布气管路（5）用于通入反应介质，布水管路（4）用于通入浓碱液；
在第二级反应池（2）以及后级反应池（3）内均设有用于将反应池的反应区分隔为下降区和上升区的折流板（8），折流板（8）包括竖板和斜板，斜板设置在竖板下端；
在第一级反应池（1）的中部设有多层多孔板（9），多孔板（9）上开有若干个通孔，且相邻两层多孔板（9）上的通孔交错布设；
多孔板（9）倾斜设置在反应池内；
多孔板（9）倾斜角度为45°；
布气管路（5）采用非字型结构，包括布气主管（51）和连接于主管两侧的布气支管（52）；
布气主管（51）沿第一级反应池（1）的长边方向布置，布气支管（52）为穿孔管；
布气支管（52）的开孔与垂直方向呈30°-60°；
布水管路（4）采用非字型结构，包括布水主管和连接于主管两侧的布水支管；
布水主管沿第一级反应池（1）的长边方向布置，布水支管为穿孔管。
2.根据权利要求1所述的一种用于浓碱液处理的折流式气液反应系统，其特征在于，第二级反应池（2）及后级反应池（3）的上升区的水平截面积大于第一级反应池（1）的截面积。
3.根据权利要求1所述的一种用于浓碱液处理的折流式气液反应系统，其特征在于，泥斗（6）呈锥形，斜板平行于泥斗（6）的侧壁设置。
4.根据权利要求1所述的一种用于浓碱液处理的折流式气液反应系统，其特征在于，相邻反应池公用池壁。
5.权利要求1-4任意一项所述的用于浓碱液处理的折流式气液反应系统的工作方法，其特征在于，包括以下过程：
通过布水管路（4）向第一级反应池（1）内通入浓碱液，通过布气管路（5）向第一级反应池（1）内通入富含二氧化碳的气体，二氧化碳在浓碱液中上升，浓碱液与二氧化碳在第一级反应池（1）内进行反应，随着反应的进行，析出沉淀物，沉淀物沉淀至泥斗（6）中；
同时随着浓碱液和气体的上升，浓碱液和气体到达多孔板（9），液体和气体在通孔内通过时产生扰动，加强气液混合接触；
随着浓碱液的继续上升，溢流后进入第二级反应池（2），液体在第二级反应池（2）的下降区向下流动，绕过折流板（8）后进入上升区，并向上流动，在第一级反应池（1）未沉淀的沉淀物在第二级反应池（2）内沉淀至泥斗（6）中；
随着浓碱液的继续上升，溢流后进入后级反应池（3），液体在后级反应池（3）的下降区向下流动，绕过折流板（8）后进入上升区，并向上流动，在后级反应池（3）沉淀物沉淀至泥斗（6）中；
当沉淀物积累一定量后，由排泥管路（7）排出沉淀物。
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Citations (8)
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2021
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