CN116081647B - 利用二氧化碳矿化石膏连续生产硫酸铵和碳酸钙的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了利用二氧化碳矿化石膏连续生产硫酸铵和碳酸钙的装置，包括喷淋塔反应装置和多级釜式反应装置，所述喷淋塔反应装置由下至上依次包括有反应池、第一吸收区、第二吸收区和第三吸收区，所述第一吸收区上部设有氨水喷淋层而下部设有位于所述反应池上方的烟气入口，所述第二吸收区上部设有循环喷淋层，所述循环喷淋层通过循环管路和循环泵从所述反应池抽取液体进行喷淋，所述第三吸收区上部设有石膏喷淋层，所述喷淋塔反应装置通过设有加压泵的输送管路将反应池中的反应浆料输送到所述多级釜式反应装置，所述多级釜式反应装置包括依次串联设置的若干釜式反应器。本发明提高了该系统运行的连续性，并且通过本系统运行过程的可控性，减少氨逃逸。
Description
技术领域
本发明属于碳吸收技术领域，具体涉及利用二氧化碳矿化石膏连续生产硫酸铵和碳酸钙的装置。
背景技术
在现有技术中的一种二氧化碳吸收利用方式是，通过氨水吸收二氧化碳，再对吸收二氧化碳后形成的碳酸铵溶液进行进一步处理，通过加入固废石膏成分在反应器中实现硫酸钙和碳酸铵的反应，由此得到能够回收利用的产物硫酸铵和碳酸钙，碳酸钙能够进一步作为水泥生产系统的原料进行利用，而硫酸铵溶液干燥结晶获得的硫酸铵则作为化肥使用，由此该方法不仅吸收了二氧化碳，并实现对固废石膏的处理，得到能回收利用的硫酸铵和碳酸钙。
具有与上述反应中，一方面要保证二氧化碳被充分吸收，另一方面硫酸钙和碳酸铵的反应，在反应完全之前难以及时从反应容器中将反应产物与原料分离，因此目前一般采用先充分吸收二氧化碳，再将反应产物与对应量固废石膏反应充分后，将反应产物分离；并常通过反应过程的酸碱度变化判断反应程度。但上述方式导致反应过程只能采用间歇式反应实现，在一定量反应原料充分反应后要停止系统运行，将产物取出后才能继续下一轮反应。由此导致系统无法连续运行，运行过程中需要对原料投入量和速度进行调节也难以及时进行，只能在完成一次反应后再进行调节，系统运行的连续性和可控性仍需进一步提高。
发明内容
本发明的目的是提供利用二氧化碳矿化石膏连续生产硫酸铵和碳酸钙的装置，用于解决现有技术中二氧化碳吸收系统中从吸收二氧化碳到与固废石膏反应获得可利用产物的过程中，系统运行的连续性和可控性不足的技术问题。
所述的利用二氧化碳矿化石膏连续生产硫酸铵和碳酸钙的装置，包括喷淋塔反应装置和多级釜式反应装置，所述喷淋塔反应装置由下至上依次包括有反应池、第一吸收区、第二吸收区和第三吸收区，所述第一吸收区上部设有氨水喷淋层而下部设有位于所述反应池上方的烟气入口，所述第二吸收区上部设有循环喷淋层，所述循环喷淋层通过循环管路和循环泵从所述反应池抽取液体进行喷淋，所述第三吸收区上部设有石膏喷淋层用于喷淋固废石膏浆液，所述喷淋塔反应装置通过设有加压泵的输送管路将反应池中的反应浆料输送到所述多级釜式反应装置，所述多级釜式反应装置包括依次串联设置的若干釜式反应器。
优选的，所述釜式反应器中均设有检测反应程度的pH传感器，所述反应池中由下至上均匀布设有若干pH传感器。
优选的，所述反应池下部设有向上输出烟气的鼓泡器，所述鼓泡器设有均匀布设的喷气口，所述鼓泡器与所述烟气入口并联连接到待处理烟气的烟气输入管。
优选的，所述反应池下部还设有位于所述鼓泡器上方的射流器，所述射流器设有若干向下对着所述鼓泡器喷射氨水的射流喷口，所述射流喷口均匀分布在所述射流器的下表面，所述氨水喷淋层包括第一喷淋器，所述第一喷淋器与所述射流器并联到氨水输入管。
优选的，所述循环喷淋层包括第二喷淋器，所述第二喷淋器连接到所述循环管路的出口，所述循环管路经所述循环泵连接到所述喷淋塔反应装置的循环进液口，所述循环进液口低于连通所述输送管路的浆液溢流口而高于射流器位置。
优选的，所述釜式反应器之间均通过设有加压泵的输送管路输送反应浆料，所述釜式反应器设有连接所述输送管路的进料管，所述进料管伸到所述釜式反应器的内侧底部并在出料端设有射流喷头，所述射流喷头朝斜上方设置。
优选的，固废石膏浆液、氨水和喷淋吸收的二氧化碳均由反应池上方进入，因此反应池中液体顶部是反应物的集中反应区域，氨水输入过量以保证二氧化碳被充分吸收，通过pH传感器检测酸碱度能判断不同深度下氨水在反应过程中的消耗情况，并利用射流器在循环进液口下方补充氨水，保证循环进液口所在区域液体持续为富氨混合溶液。
优选的，第一喷淋器和第二喷淋器设置层数右上至下至少两层，石膏喷淋层包括用于添加固废石膏原料和吸收逃逸氨气的第三喷淋器，所述第三喷淋器由上至下至少设置一层。
本发明的优点在于：本方案将烟气的注入、氨水和固废石膏等原料的添加都在喷淋塔反应装置中进行，不必暂停输送以保证加入固废石膏和氨水的混合物充分反应。而本方案中未充分反应的混合浆料则能通过pH传感器检测反应程度，选择是否改变各原料的输入量，保证混合浆料中物质浓度和反应程度的可控。利用多级处理让混合浆料反应完全。
采用多级釜式反应装置，每次从反应池中输入以及在不同釜式反应器间转移的混合浆料体积相对较少，能以较短的时间间隔进行原料的转移和反应，并最终得到充分反应的产物，由此本装置提高了该系统运行的连续性，并且通过检测反应池不同位置和不同釜式反应器中pH值，从而了解各处原料反应程度，进一步利用对原料输送速率的控制实现本系统中碳吸收过程和反应过程的可控性。
附图说明
图1为本发明中喷淋塔反应装置的结构示意图。
图2为本发明中多级釜式反应装置的结构示意图。
图3为本发明利用二氧化碳矿化石膏连续生产硫酸铵和碳酸钙的装置的结构示意图。
附图中的标记为：1、喷淋塔反应装置，2、鼓泡器，3、射流器，4、烟气入口，5、第一喷淋器，6、第二喷淋器，7、第三喷淋器，8、循环进液口，9、循环泵，10、加压泵，11、浆液溢流口，12、釜式反应器，13、射流喷头。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1-3所示，本发明提供了利用二氧化碳矿化石膏连续生产硫酸铵和碳酸钙的装置，包括喷淋塔反应装置1和多级釜式反应装置，所述喷淋塔反应装置1由下至上依次包括有反应池、第一吸收区、第二吸收区和第三吸收区，所述第一吸收区上部设有氨水喷淋层而下部设有位于所述反应池上方的烟气入口4，所述第二吸收区上部设有循环喷淋层，所述循环喷淋层通过循环管路和循环泵9从所述反应池抽取液体进行喷淋，所述第三吸收区上部设有石膏喷淋层用于喷淋固废石膏浆液(含有硫酸钙)，所述喷淋塔反应装置1通过设有加压泵10的输送管路将反应池中的反应浆料输送到所述多级釜式反应装置，所述多级釜式反应装置包括依次串联设置的若干釜式反应器12，所述釜式反应器12之间均通过设有加压泵10的输送管路输送反应浆料，所述釜式反应器12中均设有检测反应程度的pH传感器，所述反应池中由下至上均匀布设有若干pH传感器。石膏喷淋层设于最上部的第三吸收区，不仅用于加入原料固废石膏浆液，而且利用固废石膏浆液呈酸性进行氨气吸收，减少反应中逃逸的氨气对空气造成污染。在喷淋过程中能将下方氨水和氨含量较多的循环喷淋的液体在喷淋过程都会造成氨气逃逸，其中一部分氨气被喷淋液体吸收或与二氧化碳反应，但还有部分氨气会继续逃逸，通过酸性的固废石膏浆液能够较好地吸收这部分氨气，而吸收了氨气的固废石膏浆液会落到反应池中参与反应。
所述反应池下部设有向上输出烟气的鼓泡器2，所述鼓泡器2设有均匀布设的喷气口，所述鼓泡器2与所述烟气入口4并联连接到待处理烟气的烟气输入管。其中鼓泡器2向上输出用于实现鼓泡作用，让反应池上部液体各原料混合更加充分的烟气量占烟气总输入量的20％以下，剩余的不少于80％的烟气由烟气入口4进入第一吸收区。
所述反应池下部还设有位于所述鼓泡器2上方的射流器3，所述射流器3设有若干向下对着所述鼓泡器2喷射氨水的射流喷口，所述射流喷口均匀分布在所述射流器3的下表面，所述氨水喷淋层包括第一喷淋器5，所述第一喷淋器5与所述射流器3并联到氨水输入管。所述喷淋器中或所述喷淋器与所述氨水输入管之间设有射流加压泵10，用于加压从而在反应池的液体中更好地产生氨水射流。经第一喷淋器5喷出的氨水应当能与第一吸收区中输入的烟气充分反应吸收；经射流器3在反应池液体中喷出的氨水应当能与鼓泡用的烟气反应吸收一部分二氧化碳。
这样通过较少部分的鼓泡用烟气和对应输入反应的氨水射流，反应池中的液体及添加的原料能够在液体被鼓泡翻滚的情况下充分混合，增强反应效率，也有利于之后混合浆料在多级釜式反应装置中的反应。向喷淋塔反应装置1输入的氨水大部分从第一喷淋器5喷出吸收烟气中的二氧化碳，少部分从反应池中的液体内喷入。射流器3和鼓泡器2均设于反应池下部，既能保证较好地鼓泡效果，令反应池中大部分反应原料和产物都在鼓泡作用下集中到上部从而被输送管路抽取输送，同时也利用氨水射流在与液体中二氧化碳反应的同时保证氨含量较高，从而让循环管路抽取得到富氨混合溶液，提高对烟气中二氧化碳的吸收效果。
所述循环喷淋层包括第二喷淋器6，所述第二喷淋器6连接到所述循环管路的出口，所述循环管路经所述循环泵9连接到所述喷淋塔反应装置1的循环进液口8，所述循环进液口8低于连通所述输送管路的浆液溢流口11而高于射流器3位置。正常运行时，所述反应池中液体的液面在循环进液口8上方变化高度，如此能保证正常运行时，循环喷淋层能持续将循环管路吸取的富氨混合溶液持续喷出，保证对烟气中二氧化碳的吸收效果稳定。而设于上方的浆液溢流口11则是当反应池中被注入一定量氨水和固废石膏浆液后导致液面上升至一定高度，通过液面检测装置检测液面高度后，由具有加压泵10的输送管路将液面附近的混合浆料输送到多级釜式反应装置，当液面低于浆液溢流口11后停止，由此实现对混合浆料的可控输送。为了检测上述液面变化范围中该区域混合浆料的反应程度，在液面变化范围内设有pH传感器。
本实施例中，组成氨水喷淋层的第一喷淋器5由上至下至少设有两层，组成循环喷淋层第二喷淋器6由上至下也至少设有两层，组成石膏喷淋层的第三喷淋器7可以只设置一层。第一喷淋器5和第二喷淋器6因需要充分吸收烟气中的大量二氧化碳，因此设置层数较多，而用于添加固废石膏浆液和吸收逃逸氨气的第三喷淋器7则可以只设置一层。
所述釜式反应器12设有连接所述输送管路的进料管，所述进料管伸到所述釜式反应器12的内侧底部并在出料端设有射流喷头13，所述射流喷头13朝斜上方设置。这样输入的混合浆料经进料管和射流喷头13，从而釜式反应器12内腔的底部向斜上方喷出形成高压射流，利用高压射流的冲击搅动输入到内腔中的混合浆料，提高反应效率，使混合浆料在釜式反应器12中的有限时间更快地反应，保证多级釜式反应装置能让输入的混合浆料在有限时间内通过多级反应最终反应完全。
本方案的工作原理如下：通过喷淋塔反应装置1实现吸收烟气中二氧化碳、添加反应原料氨水和固废石膏浆液的作用，同时通过反应池实现原料的初步反应，形成混合浆料。在该部分通过pH传感器检测不同深度反应池中原料的反应状况，由于固废石膏浆液、氨水和喷淋吸收的二氧化碳均由反应池上方进入，因此反应池中液体顶部是反应物的集中反应区域，并且由于要保证烟气中二氧化碳尽可能被吸收，因此一般氨水会过量，导致反应中的溶液偏碱性，而加入固废石膏浆液后发生了氨水、吸收的二氧化碳和硫酸钙之间的共同反应，通过pH传感器检测酸碱度能判断不同深度下氨水在反应过程中的消耗情况，富氨混合溶液从反应池中碱性较强的深度抽取并在第二吸收区循环喷淋，以尽可能吸收烟气中的二氧化碳。
由于在喷淋塔反应装置1中烟气不断通入，原料也不断被添加，因此难以在系统连续运行并连续输送烟气的情况下实现反应池中原料的完全反应，在此本方案利用多级釜式反应装置，将反应池中反应程度较高的混合浆料依次输送到各级釜式反应器12中，一般而言混合浆料反应较多的是位于靠近液面的上部，由于新加入原料较多并且混合比较充分，含有的原料和反应产物较多。多级釜式反应装置依据釜式反应器12的容量和反应速度定量从反应池上层获取混合浆料。混合浆料的获取与氨水和固废石膏浆液添加量相配合，保证连续运行过程中反应池中物质量在一定范围内可控地变化。
在每个釜式反应器12中，混合浆料获得一定反应时间，原料反应得到一定量产物，浆液的pH值进一步朝完全反应后的pH值变化，设置足够数量的釜式反应器12，通过混合浆料在各级釜式反应器12中的转移和反应，在减少每次单个釜式反应器12中混合浆液注入量的同时，保证原料在多级反应后能实现充分反应，在末级釜式反应器12中原料完全被转化为硫酸铵溶液和碳酸钙，最终产物输出后再进行后续的分离干燥等处理。
这样烟气的注入、氨水和固废石膏浆液等原料的添加都能在系统运行中连续进行，不必暂停输送以保证加入固废石膏浆液和氨水的混合物充分反应。而本方案中未充分反应的混合浆料则能通过pH传感器检测反应程度，选择是否改变各原料(主要指氨水和固废石膏浆液)的输入量，保证混合浆料中物质浓度和反应程度的可控。而后当反应池中液体总量达到一定程度，即液面超过浆液溢流口11一定高度后，将反应池顶部的混合浆料输送到之后的多级釜式反应装置，利用多级处理让混合浆料反应完全。该过程每次从反应池中输入以及在不同釜式反应器12间转移的混合浆料体积相对较少，能以较短的时间间隔进行原料的转移和反应，因此反应过程既能得到完全反应的最终产物混合物，又能避免单个反应容器中反应时间较长、原料及反应产品数量较大、不能连续输入原料维持上述装置整体连续工作的问题。由此在吸收二氧化碳到与固废石膏浆液反应的过程中，本装置提高了该系统运行的连续性，并且通过检测反应池不同位置和不同釜式反应器12中pH值，从而了解各处原料反应程度，进一步利用对原料输送速率的控制实现本系统中碳吸收过程和反应过程的可控性。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。
Claims (7)
1.利用二氧化碳矿化石膏连续生产硫酸铵和碳酸钙的装置，其特征在于：包括喷淋塔反应装置(1)和多级釜式反应装置，所述喷淋塔反应装置(1)由下至上依次包括有反应池、第一吸收区、第二吸收区和第三吸收区，所述第一吸收区上部设有氨水喷淋层而下部设有位于所述反应池上方的烟气入口(4)，所述第二吸收区上部设有循环喷淋层，所述循环喷淋层通过循环管路和循环泵(9)从所述反应池抽取液体进行喷淋，所述第三吸收区上部设有石膏喷淋层用于喷淋固废石膏浆液，所述喷淋塔反应装置(1)通过设有加压泵(10)的输送管路将反应池中的反应浆料输送到所述多级釜式反应装置，所述多级釜式反应装置包括依次串联设置的若干釜式反应器(12)；
所述釜式反应器(12)中均设有pH传感器，所述反应池中由下至上均匀布设有若干pH传感器；
本装置通过液面检测装置检测液面高度，将反应池中反应程度较高的混合浆料依次输送到各级釜式反应器(12)中，通过pH传感器检测反应程度，选择是否改变各原料的输入量，保证混合浆料中物质浓度和反应程度的可控。
2.根据权利要求1所述的利用二氧化碳矿化石膏连续生产硫酸铵和碳酸钙的装置，其特征在于：所述反应池下部设有向上输出烟气的鼓泡器(2)，所述鼓泡器(2)设有均匀布设的喷气口，所述鼓泡器(2)与所述烟气入口(4)并联连接到待处理烟气的烟气输入管。
3.根据权利要求2所述的利用二氧化碳矿化石膏连续生产硫酸铵和碳酸钙的装置，其特征在于：所述反应池下部还设有位于所述鼓泡器(2)上方的射流器(3)，所述射流器(3)设有若干向下对着所述鼓泡器(2)喷射氨水的射流喷口，所述射流喷口均匀分布在所述射流器(3)的下表面，所述氨水喷淋层包括第一喷淋器(5)，所述第一喷淋器(5)与所述射流器(3)并联到氨水输入管。
4.根据权利要求3所述的利用二氧化碳矿化石膏连续生产硫酸铵和碳酸钙的装置，其特征在于：所述循环喷淋层包括第二喷淋器(6)，所述第二喷淋器(6)连接到所述循环管路的出口，所述循环管路经所述循环泵(9)连接到所述喷淋塔反应装置(1)的循环进液口(8)，所述循环进液口(8)低于连通所述输送管路的浆液溢流口(11)而高于射流器(3)位置。
5.根据权利要求4所述的利用二氧化碳矿化石膏连续生产硫酸铵和碳酸钙的装置，其特征在于：所述釜式反应器(12)之间均通过设有加压泵(10)的输送管路输送反应浆料，所述釜式反应器(12)设有连接所述输送管路的进料管，所述进料管伸到所述釜式反应器(12)的内侧底部并在出料端设有射流喷头(13)，所述射流喷头(13)朝斜上方设置。
6.根据权利要求5所述的利用二氧化碳矿化石膏连续生产硫酸铵和碳酸钙的装置，其特征在于：固废石膏浆液、氨水和喷淋吸收的二氧化碳均由反应池上方进入，因此反应池中液体顶部是反应物的集中反应区域，氨水输入过量以保证二氧化碳被充分吸收，通过pH传感器检测酸碱度能判断不同深度下氨水在反应过程中的消耗情况，并利用射流器(3)在循环进液口(8)下方补充氨水，保证循环进液口(8)所在区域液体持续为富氨混合溶液。
7.根据权利要求6所述的利用二氧化碳矿化石膏连续生产硫酸铵和碳酸钙的装置，其特征在于：第一喷淋器(5)和第二喷淋器(6)设置层数右上至下至少两层，石膏喷淋层包括用于添加固废石膏浆液和吸收逃逸氨气的第三喷淋器(7)，所述第三喷淋器(7)由上至下至少设置一层。
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