CN115253641A - 二次铝灰处理中气体收集方法及资源化利用技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了二次铝灰处理中气体收集方法及资源化利用技术，涉及危险固废处理技术领域，其中设备包括相互连通的气体发生单元、气体预处理单元和气体收集单元，所述气体发生单元包括化学反应釜一、化学反应釜二和上料机，所述气体预处理单元包括喷淋塔组一、喷淋塔组二和氨水收集罐，所述气体收集单元包括储气罐。本发明能够解决现有技术中二次铝灰处理方法简单粗放、尾气直排且未经处理、气体含量不可监测和调节、气体产物未被收集利用等技术问题，具有可同时实现二次铝灰的无害化处理和气体收集再利用的优点。
Description
技术领域
本发明涉及危险固废处理技术领域，具体涉及二次铝灰处理中气体收集方法及资源化利用技术。
背景技术
冶金业产生的固体废物和危险废物的增加目前已成为一个全球性的环境问题。二次铝灰就是其中之一，二次铝灰是铝冶炼加工过程中产生的一种有害危险废物。我国是铝制品生产和消费大国，并且目前仍处于铝工业发展上升阶段，伴随着制铝产业的发展，原铝的制备、加工和再生过程中排放出大量二次铝灰，二次铝灰不仅对环境安全是一种危害，还存在着二次资源浪费的问题。针对二次铝灰选择经济可行、污染物可防可控的环境友好型工艺技术方案，变废为宝，推动二次铝灰资源化利用，是近年亟待解决的问题。
二次铝灰具有与水反应的危险特性。反应主要是由于含有的氮化铝和金属铝与水之间的反应，反应生成氨气和氢气。根据相关文献报道显示，氢气和甲烷的产生量较小，但是经过实验证明，二次铝灰与水反应释放的氨气量和氢气量较大。氨气是一种有刺激性的气体，空气中氨气浓度较高时会对人体有害。二次铝灰中所含毒性物质主要为氟化物、氰化物、碳化铝、氮化铝、氯化物等。在实验过程中二次铝灰中氯化氢、氟化氢产生的浓度较高，超过标准限值，具有浸出毒性。
现有技术针对二次铝灰本身的处理方式大都是粗放的，处理过程中产生的气体也只是停留在简单处置，基本以直排为主，其结果严重污染周边地区的空气和环境，并没有针对处理过程中产生的气体有一个很好的收集、处理、再利用的工艺，大量的有价值的气体并没有得到有效的资源再利用。这种直排的方式如果不经过预处理无法满足国家环保要求。
发明内容
针对现有技术中的二次铝灰处理方法简单粗放、尾气直排且未经处理、气体含量不可监测和调节、气体产物未被收集利用等技术问题，本发明提供了二次铝灰处理中气体收集方法及资源化利用技术，可实现二次铝灰的无害化处理和气体收集再利用。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：二次铝灰处理中气体资源化利用设备，包括相互连通的气体发生单元、气体预处理单元和气体收集单元，所述气体发生单元包括化学反应釜一、化学反应釜二和上料机，所述气体预处理单元包括喷淋塔组一、喷淋塔组二和氨水收集罐，所述气体收集单元包括储气罐。
可选地，所述气体发生单元还包括与所述化学反应釜一连接的液碱药剂罐，所述化学反应釜一和所述化学反应釜二相互连接且均为密闭式搅拌反应釜，所述上料机与所述化学反应釜一连接，二次铝灰通过所述上料机送入所述化学反应釜一，来自液碱药剂罐的液碱与所述二次铝灰在所述化学反应釜一中被搅拌混合并反应；所述化学反应釜一和/或所述化学反应釜二设有换热结构。
可选地，所述化学反应釜二的出料口连接至破碎机，所述化学反应釜一的出气口通过管道连接至所述喷淋塔组一，所述喷淋塔组一连接所述储气罐，化学反应釜一产生的气体经过喷淋塔组一后进入储气罐中，所述化学反应釜二的出气口通过管道连接至所述喷淋塔组二，水溶性气体在喷淋塔组一和喷淋塔组二中被水吸收，所述喷淋塔组一和所述喷淋塔组二均连接至所述氨水收集罐，所述氨水收集罐至少有一台。
可选地，所述喷淋塔组一和所述喷淋塔组二均设有液体浓度检测仪，所述氨水收集罐通过输送泵分别与所述喷淋塔组一和所述喷淋塔组二连接，所述氨水收集罐上设有电子液位计，所述化学反应釜一和所述化学反应釜二上均设有温度传感器和压力传感器，所述换热结构连接有循环水系统，所述化学反应釜一的出气口连接管道上设有电子流量计，所述液体浓度检测仪、所述电子液位计、所述温度传感器、所述压力传感器和所述电子流量计均与设备运行控制台连接。
可选地，所述化学反应釜二与所述破碎机之间和/或所述破碎机的出料口设有烘干系统，所述化学反应釜一和/或所述化学反应釜二的出气口连接的管道与所述烘干系统连通，处理后铝灰在所述烘干系统中被烘干而降低含水率，所述破碎机连接包装机。
可选地，所述喷淋塔组一和所述喷淋塔组二的排气口均连接有引风机，所述喷淋塔组二的排气口设有气体浓度检测仪并通过管道连接至烟囱，所述气体浓度检测仪与所述设备运行控制台连接。
可选地，所述化学反应釜一和/或所述储气罐连接至工业尾气发电机组和/或氢气提纯装置和/或水泥窑炉，所述喷淋塔组一和所述喷淋塔组二内设有填料和雾化喷嘴，所述雾化喷嘴位于所述填料上方。
本发明还提供二次铝灰处理中气体收集方法，采用所述的二次铝灰处理中气体资源化利用设备，包括开启设备运行控制台和引风机，从化学反应釜一产生的气体受引风机提供的负压驱动进入喷淋塔组一，从化学反应釜二产生的气体受引风机提供的负压驱动进入喷淋塔组二，经过喷淋塔组一吸收水溶性气体后排出的气体进入储气罐，经过喷淋塔组二吸收处理后的气体达标后送往烟囱排放，根据化学反应釜一的出气口测得的气体流量调节化学反应釜一内的温度。
可选地，还包括采集喷淋塔组一和喷淋塔组二的液体浓度参数和氨水收集罐的液位参数，若喷淋塔组一内的液体浓度达到阈值，则将喷淋塔组一内的液体送往氨水收集罐，或者将氨水收集罐内液体浓度未达到阈值的液体送往喷淋塔组一。
可选地，还包括将化学反应釜一和/或化学反应釜二产生的气体送往烘干系统，气体再经过烘干系统送往喷淋塔组一。
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)对于二次铝灰中产生的大量氨气、氢气、甲烷进行收集，再资源化利用。在二次铝灰处理过程中产生的气体主要有氨气、氢气、甲烷、氯化氢、氟化氢，其中氯化氢、氟化氢为有害气体，经过本发明的预处理将有害气体的浓度处理达标，经过预处理除去水溶性有害气体后的氨气、氢气、甲烷混合气体被收集后作为资源实现再利用，大部分氯化氢和氟化氢通过喷淋塔被吸收干净；
(2)混合气体发电，根据需求量将经过预处理后的氨气、氢气、甲烷混合气体直接输送至工业尾气发电机组进行发电，产生的电可以用于本发明的整个处理工艺，实现能量的绿色循环，不再需要额外用电，在处理危险固废的同时减少碳排放；
(3)混合气体提供给水泥窑炉，产生的一部分氨气、氢气、甲烷混合气体也可以通过管道输送的形式直接连接至水泥窑炉或者垃圾焚烧厂，作为一种替代能源，可减少水泥厂和垃圾焚烧厂对于天然气和燃煤的消耗，环保效益十分显著；
(4)氢提纯，由于氨气、氢气、甲烷中氢气的占比较大，具有一定的回收价值，所以将混合气体中大量的氢气提纯出来，作为一种氢能源，可以进行二次销售；首先对氨氢混合气体进行分离操作，分离的氢气通过压缩机压缩进入装置提纯，然后输出；分离的氨气进行裂解，裂解后产生氮气、氢气以及残留的氨气组成，通过降温后，进入吸附、脱附塔，除去残余氨气，氢气与氮气混合气体通过后进入压缩机，再通过纯化器，除去氮气，最后获得99.9％氢气；
(5)本发明中具备采集各种运行参数的功能，通过调整反应条件可以调节气体产生的流量，从而能够掌握最优反应参数，也能够适应变化的外部气体需求，同时也利用了反应热对处理后铝灰进行烘干，更加节能环保，两组喷淋塔组净化了气体，同时也副产氨水或氯化铵。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更易于理解，提供部分较佳实施例，作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明实施例提出的二次铝灰处理中气体收集方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解术语的具体含义。
本发明实施例公开了二次铝灰处理中气体资源化利用设备，如图1所示的工艺流程图，包括相互连通的气体发生单元、气体预处理单元和气体收集单元，气体发生单元包括化学反应釜一、化学反应釜二和上料机，上料机可以是螺旋上料机，气体预处理单元包括喷淋塔组一、喷淋塔组二和氨水收集罐，气体收集单元包括储气罐，储气罐为拱顶式储气罐或圆形封头卧式储气罐。还包括能够对整套气体资源化利用设备进行控制的设备运行控制台。
气体发生单元还包括与化学反应釜一连接的液碱药剂罐和与化学反应釜二连接的催化剂罐，液碱药剂罐中装有烧碱溶液，催化剂罐中装有硫酸溶液或其他氧化性酸，化学反应釜一和化学反应釜二相互连接且均为密闭式搅拌反应釜，上料机与化学反应釜一连接，二次铝灰通过上料机送入化学反应釜一，来自液碱药剂罐的液碱与二次铝灰在化学反应釜一中被搅拌混合并反应；化学反应釜一和化学反应釜二均设有换热结构，换热结构为设于反应釜外壁的夹套或盘管，换热结构还可以设置于反应釜内的搅拌桨中。化学反应釜一通过密闭式传送带与化学反应釜二连接。
化学反应釜二的出料口连接至破碎机，化学反应釜一的出气口通过管道连接至喷淋塔组一，喷淋塔组一连接储气罐，化学反应釜一产生的气体经过喷淋塔组一后进入储气罐中，化学反应釜二的出气口通过管道连接至喷淋塔组二，水溶性气体氨气、氟化氢、氯化氢、氰化氢在喷淋塔组一中被吸收，水溶性气体氯化氢和可能产生的少量氯气在喷淋塔组二中被水吸收，喷淋塔组一和喷淋塔组二均连接至氨水收集罐，氨水收集罐有1～8台；喷淋塔组一排出的气体含有氢气和甲烷以及少量氨气，被送往储气罐，喷淋塔组二排出的气体符合排放标准。喷淋塔组一和喷淋塔组二产生的氨水和盐酸溶液均可被储存在氨水收集罐中，两种溶液可以分别储存，也可以在同一个氨水收集罐或喷淋塔中混合后转化为氯化铵。
喷淋塔组一和喷淋塔组二均设有液体浓度检测仪，氨水收集罐通过输送泵分别与喷淋塔组一和喷淋塔组二连接，氨水收集罐上设有电子液位计，化学反应釜一和化学反应釜二上均设有温度传感器和压力传感器，换热结构连接有循环水系统，化学反应釜一的出气口连接管道上设有电子流量计，液体浓度检测仪、电子液位计、温度传感器、压力传感器和电子流量计均与设备运行控制台连接。优选地，还可以在化学反应釜一的出气口设置与该设备运行控制台连接的另一个温度传感器。
化学反应釜二与破碎机之间和破碎机的出料口设有烘干系统，化学反应釜一和化学反应釜二的出气口连接的管道与烘干系统连通，处理后铝灰在烘干系统中被烘干而降低含水率，破碎机连接包装机，处理后铝灰在包装以后不易散逸，便于送往轻型墙板厂或砖厂制造轻型墙板或免烧砖，或作为水泥厂原料送往水泥厂。
喷淋塔组一包括串联的2～3台喷淋塔，喷淋塔组二包括串联的2台喷淋塔，喷淋塔组一和喷淋塔组二的排气口均连接有引风机，也即是引风机连接在最后一台喷淋塔的排气口，由引风机产生负压提供气体流动的驱动力，气体不易向外泄漏；喷淋塔组二的最后一台喷淋塔的排气口设有气体浓度检测仪并通过管道连接至烟囱，气体浓度检测仪与设备运行控制台连接。该气体浓度检测仪用于检测喷淋塔组二排出的气体组分是否达标，若不达标，则暂停排放，或将气体送往备用喷淋塔或应急水池。
化学反应釜一或储气罐连接至工业尾气发电机组和/或氢气提纯装置和/或水泥窑炉，喷淋塔组一和喷淋塔组二内设有填料和雾化喷嘴，雾化喷嘴位于填料上方，气体与液体在填料上接触，雾化喷嘴喷出的水雾也可以改善水气接触，增强了气体吸收效果。若工业尾气发电机组专为燃烧氨气而设计，则化学反应釜一产生的气体在经过颗粒过滤器过滤后即可送往工业尾气发电机组，或者气体经过喷淋塔组一吸收氟化氢、氯化氢和氨气后，输出氢、甲烷和少量残余氨气的混合气体，通过变压吸附分离装置，分离出甲烷、氨气和氢气，氨气经过裂解产生氮气、氢气和残余氨气，再经过纯化器除去氮气获得氢气，提纯后的氢气进行出售。
在另一种实施方式中，化学反应釜一或化学反应釜二设有换热结构。
在另一种实施方式中，化学反应釜二与破碎机之间或破碎机的出料口设有烘干系统，化学反应釜一或化学反应釜二的出气口连接的管道与该烘干系统连通。
在另一种实施方式中，化学反应釜一和储气罐均连接至工业尾气发电机组和氢气提纯装置和水泥窑炉。
本发明实施例还提供二次铝灰处理中气体收集方法，采用所述的二次铝灰处理中气体资源化利用设备，包括开启设备运行控制台和引风机，从化学反应釜一产生的气体受引风机提供的负压驱动进入喷淋塔组一，从化学反应釜二产生的气体受引风机提供的负压驱动进入喷淋塔组二，经过喷淋塔组一吸收水溶性气体后排出的气体进入储气罐，经过喷淋塔组二吸收处理后的气体达标后送往烟囱排放，根据化学反应釜一的出气口测得的气体流量调节化学反应釜一内的温度。
应用本发明的二次铝灰处理中气体资源化利用设备和气体收集方法，经过试验研究，获取到某一种含铝量为10～15％的二次铝灰的气体产生量数据，如下表所示。
二次铝灰处理中气体收集方法还包括采集喷淋塔组一和喷淋塔组二的液体浓度参数和氨水收集罐的液位参数，若喷淋塔组一内的液体浓度达到阈值，则将喷淋塔组一内的液体送往氨水收集罐，或者将氨水收集罐内液体浓度未达到阈值的液体送往喷淋塔组一。还可以将氨水收集罐内的氨水送往喷淋塔组二与吸收了氯化氢的盐酸溶液反应，消耗盐酸，从而达到扩大溶液吸收容量的目的，盐酸浓度降低以后，喷淋塔二内的pH值也升高，进入喷淋塔二的含氯化氢气体可以被继续吸收。
二次铝灰处理中气体收集方法还包括将化学反应釜一产生的气体送往烘干系统，气体再经过烘干系统送往喷淋塔组一。气体带着反应热进入烘干系统提供热量，这部分反应热可以被用于烘干处理后铝灰，而且降低温度后的气体进入喷淋塔组一后更利于被吸收。烘干处理后铝灰完成包装后还可用于制备水泥混凝土砌块。
设备运行控制台记录液体浓度检测仪、气体浓度检测仪、电子液位计、温度传感器、压力传感器和电子流量计采集的参数，建立气体产生量与反应参数之间的对应关系，通过调整反应釜的反应参数获得不同的气体流量，还可以检测投入化学反应釜一的二次铝灰的成分，建立二次铝灰、反应参数和气体产生量之间的对应关系，后续可根据外部气体需求，调整反应参数以满足不同需求。
在另一种实施方式中，化学反应釜一和化学反应釜二产生的气体均被送往烘干系统。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.二次铝灰处理中气体资源化利用设备，其特征在于，包括相互连通的气体发生单元、气体预处理单元和气体收集单元，所述气体发生单元包括化学反应釜一、化学反应釜二和上料机，所述气体预处理单元包括喷淋塔组一、喷淋塔组二和氨水收集罐，所述气体收集单元包括储气罐。
2.根据权利要求1所述的二次铝灰处理中气体资源化利用设备，所述气体发生单元还包括与所述化学反应釜一连接的液碱药剂罐，所述化学反应釜一和所述化学反应釜二相互连接且均为密闭式搅拌反应釜，所述上料机与所述化学反应釜一连接，二次铝灰通过所述上料机送入所述化学反应釜一，来自液碱药剂罐的液碱与所述二次铝灰在所述化学反应釜一中被搅拌混合并反应；所述化学反应釜一和/或所述化学反应釜二设有换热结构。
3.根据权利要求2所述的二次铝灰处理中气体资源化利用设备，所述化学反应釜二的出料口连接至破碎机，所述化学反应釜一的出气口通过管道连接至所述喷淋塔组一，所述喷淋塔组一连接所述储气罐，化学反应釜一产生的气体经过喷淋塔组一后进入储气罐中，所述化学反应釜二的出气口通过管道连接至所述喷淋塔组二，水溶性气体在喷淋塔组一和喷淋塔组二中被水吸收，所述喷淋塔组一和所述喷淋塔组二均连接至所述氨水收集罐，所述氨水收集罐至少有一台。
4.根据权利要求3所述的二次铝灰处理中气体资源化利用设备，所述喷淋塔组一和所述喷淋塔组二均设有液体浓度检测仪，所述氨水收集罐通过输送泵分别与所述喷淋塔组一和所述喷淋塔组二连接，所述氨水收集罐上设有电子液位计，所述化学反应釜一和所述化学反应釜二上均设有温度传感器和压力传感器，所述换热结构连接有循环水系统，所述化学反应釜一的出气口连接管道上设有电子流量计，所述液体浓度检测仪、所述电子液位计、所述温度传感器、所述压力传感器和所述电子流量计均与设备运行控制台连接。
5.根据权利要求4所述的二次铝灰处理中气体资源化利用设备，所述化学反应釜二与所述破碎机之间和/或所述破碎机的出料口设有烘干系统，所述化学反应釜一和/或所述化学反应釜二的出气口连接的管道与所述烘干系统连通，处理后铝灰在所述烘干系统中被烘干而降低含水率，所述破碎机连接包装机。
6.根据权利要求5所述的二次铝灰处理中气体资源化利用设备，所述喷淋塔组一和所述喷淋塔组二的排气口均连接有引风机，所述喷淋塔组二的排气口设有气体浓度检测仪并通过管道连接至烟囱，所述气体浓度检测仪与所述设备运行控制台连接。
7.根据权利要求1至6任一项所述的二次铝灰处理中气体资源化利用设备，所述化学反应釜一和/或所述储气罐连接至工业尾气发电机组和/或氢气提纯装置和/或水泥窑炉，所述喷淋塔组一和所述喷淋塔组二内设有填料和雾化喷嘴，所述雾化喷嘴位于所述填料上方。
8.二次铝灰处理中气体收集方法，其特征在于，采用权利要求1至7任一项所述的二次铝灰处理中气体资源化利用设备，包括开启设备运行控制台和引风机，从化学反应釜一产生的气体受引风机提供的负压驱动进入喷淋塔组一，从化学反应釜二产生的气体受引风机提供的负压驱动进入喷淋塔组二，经过喷淋塔组一吸收水溶性气体后排出的气体进入储气罐，经过喷淋塔组二吸收处理后的气体达标后送往烟囱排放，根据化学反应釜一的出气口测得的气体流量调节化学反应釜一内的温度。
9.根据权利要求8所述的二次铝灰处理中气体收集方法，还包括采集喷淋塔组一和喷淋塔组二的液体浓度参数和氨水收集罐的液位参数，若喷淋塔组一内的液体浓度达到阈值，则将喷淋塔组一内的液体送往氨水收集罐，或者将氨水收集罐内液体浓度未达到阈值的液体送往喷淋塔组一。
10.根据权利要求8或9所述的二次铝灰处理中气体收集方法，还包括将化学反应釜一和/或化学反应釜二产生的气体送往烘干系统，气体再经过烘干系统送往喷淋塔组一。
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