CN202538657U - 含二氧化碳烟气水中分散溶解装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种含二氧化碳烟气水中分散溶解装置，包括水平设置的布气管网，包括开放式或封闭式的反应池，所述反应池内设置有多个向上延伸的纵向输气管，所述纵向输气管的下端与设置在反应池外部或内部的布气管网相连通，所述纵向输气管的上端与至少一个水平设置的环形输气管相连通，所述环形输气管上沿周向开设有多个倾斜向下的喷气孔。本实用新型所提供的含二氧化碳烟气水中分散溶解装置结构简单，无复杂的动力系统，气体分散效果好。利用该装置可以增提高工业烟气中二氧化碳在水中的溶解度，利用溶解产生的碳酸和浸泡在水中的稻壳发生反应，达到去除稻壳中金属离子的目的，具有低污染、低减排、低能耗，高效益循环经济特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及稻壳的回收利用技术领域，具体地指一种在稻壳去金属离子反应容器中使用的含二氧化碳烟气水中分散溶解装置。
背景技术
我国是世界上稻谷生产第一大国，2008年，水稻种植面积大约达到4.3亿亩，总产量约1.89亿吨，能产生近4000万吨的稻壳，而全球每年的稻壳总量达到6800多万吨。稻壳由水、有机质(木质素、纤维素、半纤维素)、无定型二氧化硅，还有少量金属离子组成。稻壳在以前往往只磨成糠添加到饲料中，随着科学技术不断发展，稻壳利用不断有新的突破，随之诞生了许多新的产业模式，稻壳发电、稻壳气化制油、稻壳制备纳米产品等，其中非常重要的一个应用产业为利用稻壳制取纳米二氧化硅。
现有利用稻壳制备二氧化硅的方法为，先将稻壳用强酸(如盐酸、硫酸、硝酸等)煮沸，再用超纯水洗涤，然后将其锻烧，去除大部分杂质，再经过强酸浸洗和高纯水洗涤，进一步降低杂质含量，待干燥后，经生物质电厂在一定条件下燃烧发电或化学热分解后，生成产物为纳米二氧化硅。
碳酸是一种弱酸性的溶液，碳酸可以酸化稻壳，与其中的铝、钙、镁、铁、锰等金属离子反应后生成了难溶盐，反应沉淀物主要为金属碳酸盐或者氧化物，从而能高效地去除稻壳中的金属离子。和强酸相比，碳酸酸性弱，对环境污染小，且碳酸溶液在处理稻壳的过程中，析出沉淀物之后，碳酸溶液中还含有钠、钾、氮、磷、硫等可溶物，这些均为植物需要的营养元素，可将该碳酸溶液直接作为植物的营养液，反应沉淀物用于建筑或作为材料添加剂等用途，不造成水体污染；而强酸在处理完稻壳之后，直接排放会造成环境污染，回收处理则成本较高，欠缺经济性。碳酸处理后的稻壳，在经过两次清洗后，再用无盐水清洗挤压，然后干燥，即可直接进入生物质电厂燃烧发电或化学热分解制备纳米二氧化硅；而强酸处理后的稻壳还需高温锻烧、强酸浸洗和高纯水洗涤，进一步降低杂质含量，然后干燥，才能进入生物质电厂燃烧制备纳米二氧化硅。
工业烟气(包括电站烟气或工业尾气)中含有大量的二氧化碳。一台12MW机组生物质电厂一年产生烟气总量67.8万吨，工业烟气含二氧化碳量为12％～15％，按10％计算一年二氧化碳总量6.78万吨。如果将工业烟气中的二氧化碳的作为碳酸的来源，用工业烟气来处理稻壳，以脱去稻壳中的金属离子，则既避免了烟气排放到环境中造成污染，又降低了稻壳的处理成本，是具有很好的经济性和环保性的。但是工业烟气通入水中后其中的二氧化碳很难溶于水生成碳酸，因为二氧化碳(CO2)是非极性分子，溶于极性较强的溶剂中，其溶解度大小与温度、压力和溶剂的性质有关，二氧化碳的溶解度随温度的升高而减少，常温常压下饱和水溶液中所溶解的二氧化碳的体积与水的体积比约为1∶1，大部分二氧化碳是以结合较弱的水合物分子形式存在的，只有一小部分形成碳酸，而该浓度的碳酸无法处理大批量的稻壳。
以上内容表明，要实现上述利用工业烟气处理稻壳的技术方案，就必须增加工业烟气中二氧化碳在水中的溶解度，但是现有技术中还未见有将工业烟气利用于稻壳处理的装置的报道。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的空白，提供一种高效、环保、经济性好的含二氧化碳烟气水中分散溶解装置。
为实现利用碳酸去除稻壳中金属离子的目的，本实用新型提供的含二氧化碳烟气水中分散溶解装置，包括开放式或封闭式的反应池，所述反应池内设置有多个向上延伸的纵向输气管，所述纵向输气管的下端与设置在反应池外部或内部的布气管网相连通，所述纵向输气管的上端与至少一个水平设置的环形输气管相连通，所述环形输气管上沿周向开设有多个倾斜向下的喷气孔，从而可使喷出烟气对水体产生横向涡旋搅动。
优选地，所述喷气孔的轴心线与水平面呈5～35°夹角。
更优选地，所述喷气孔的轴心线与水平面呈20°夹角。
进一步优选地，所述喷气孔的轴心线在水平面上的投影与环形输气管的环形边相切，且多个喷气孔沿顺时针或逆时针方向分布于环形输气管上。
优选地，所述纵向输气管的管壁上设置有多个倾斜向上的喷气口。利用纵向输气管上的喷气口的排布，使得喷气口喷出的气体可以使得水体达到纵向涡旋搅动，使得上下层的水体可以循环流动，以使得气体溶解后分布均匀，进一步增加气体在水中的溶解度。
优选地，所述喷气口的轴心线与竖直方向呈10～45°夹角。
更优选地，所述喷气口的轴心线与竖直方向呈20°夹角。
优选地，所述纵向输气管位于环形输气管的中心，且通过横向输气管与所述环形输气管相连通。
优选地，所述环形输气管包括上层环形输气管、中层环形输气管和下层环形输气管，所述上层环形输气管、中层环形输气管和下层环形输气管的环形直径大小顺序递增，且由上至下顺序设置在纵向输气管上构成塔式结构。塔式结构的环形输气管可以消除工业烟气分散到水中的死角，对水体形成涡旋形搅动，避免水体里尘埃阻塞喷气孔。
优选地，所述喷气孔的孔径大小为0.005～0.012mm，所述喷气口的孔径大小为4～6mm。气体从喷气孔喷出时，符合拉普拉斯公式，既球形液面附加压强与表面张力系数成正比，与球面半径成反比；当表面张力系数一定时，半径越小，附加压强越大。喷头孔径越小，喷出的气泡越小，当小的二氧化碳气泡从喷气嘴喷出后，气泡增大，而表面张力迅速减小，气泡破裂，从而增大二氧化碳与水接触面积，提高水中碳酸形成速度。通过改变喷气孔放置水体中的深度和喷气孔的孔径大小，可调整二氧化碳水中溶解量，进而调整碳酸浓度。
本实用新型的工作原理如下：工业烟气由布气管网进入，并通过纵向输气管和环形输气管喷入反应池中，高速喷出的工业烟气引起水体的横向和纵向的涡旋搅动，使工业烟气中的二氧化碳充分的分散在水体中，并且二氧化碳气体从孔径细小的喷气孔形成小气泡中喷出，小气泡快速破裂后加速碳酸的形成，形成的碳酸又在水体涡旋搅动的作用下均匀分布且与浸泡在水中的稻壳发生反应，稻壳中的金属离子与碳酸生成难容盐沉淀，从而去除了稻壳中的金属离子。
本实用新型的有益效果：所提供的含二氧化碳烟气水中分散溶解装置结构简单，无复杂的动力系统，气体分散效果好。利用含二氧化碳烟气水中分散溶解装置可以增加工业烟气在水中的分散程度，提高工业烟气中二氧化碳的溶解度，利用溶解产生的碳酸和浸泡在水中的稻壳发生反应，达到去除稻壳中金属离子的目的，具有低污染、低减排、低能耗，高效益循环经济特点。
附图说明
图1为本实用新型的含二氧化碳烟气水中分散溶解装置设置在反应池内的剖视结构示意图。
图2为图1的俯视结构示意图。
图3为图1中环形输气管和纵向输气管的放大结构示意图。
图4为图3的俯视结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
如图1～4所示，本实用新型实施例提供了一种含二氧化碳烟气水中分散溶解装置，包括开放式或封闭式的反应池1，反应池1内设置有多个向上延伸的纵向输气管2，纵向输气管2的下端与设置在反应池1外部或内部的布气管网4相连通，纵向输气管2的上端与至少一个水平设置的环形输气管3相连通。
具体地，环形输气管3上沿周向开设有多个倾斜向下的喷气孔(图未示)，从而可使喷出烟气对水体产生横向涡旋搅动。该喷气孔的轴心线与水平面呈20°夹角。喷气孔的轴心线在水平面上的投影与环形输气管3的环形边相切，且多个喷气孔沿顺时针或逆时针方向分布于环形输气管3上。
具体地，纵向输气管2的管壁上设置有多个倾斜向上的喷气口(图未示)，且喷气口的轴心线与竖直方向呈20°夹角。
再如图3、4所示，环形输气管3包括上层环形输气管3.1、中层环形输气管3.2和下层环形输气管3.3，上层环形输气管3.1、中层环形输气管3.2和下层环形输气管3.3的环形直径大小顺序递增，且由上至下顺序设置在纵向输气管2上构成塔式结构。
再如图4所示，纵向输气管2位于环形输气管3的中心，且通过横向输气管6与环形输气管3相连通。
喷气孔的孔径大小为0.01mm，喷气口的孔径大小为4～6mm。
将上述含二氧化碳烟气水中分散溶解装置置于用来脱去稻壳中金属离子的反应池1中，该反应池长宽均为100m，深度为7m。
将布气管网4设置于反应池1的下方，使纵向输气管2穿透反应池1的底部，并保持环形输气管3的高度与池底相距1.5米以上。
使用反应池1来去除稻壳中金属离子时，可先将反应池1蓄满水，然后将稻壳5装袋，抛入反应池1中并将稻壳5压入水面以下，使其浸泡在水中，采用工业烟气作为二氧化碳气体的来源。
将工业烟气输入布气管网4中，并从反应池1内5.5米深处喷入水中。工业烟气流速为200m/s，通气量在0.02～0.5ml/s，由环形输气管3上的喷气孔喷出，并以极大的速度喷射到水体内，使水体以48～56转/min的速度涡旋搅动。这样作用下，工业烟气中的二氧化碳与水体的溶解量为通常时的5倍，溶解度为100克水溶1克二氧化碳，大大增加碳酸形成速度，生成的碳酸溶液可与反应池1中的稻壳5上吸附的金属离子发生反应，生成难溶盐或氧化物，从而去除稻壳5中的金属离子，难溶盐和工业烟气中的尘埃沉淀到反应池1底部形成沉淀层。环形输气管3的高度与池底相距1.5米以上是为了使喷气孔不被沉淀物阻塞。反应池处理稻壳周期6天，经过两次清洗后，再用无盐水清洗挤压，脱去稻壳中60％～75％的金属离子，一次能处理稻壳量2500吨。
本实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，不应理解为对实用新型的限制。对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想在具体实施方式及应用范围上可能在实施过程中会有改变之处。
Claims (10)
1.一种含二氧化碳烟气水中分散溶解装置，包括开放式或封闭式的反应池(1)，其特征在于：所述反应池(1)内设置有多个向上延伸的纵向输气管(2)，所述纵向输气管(2)的下端与设置在反应池(1)外部或内部的布气管网(4)相连通，所述纵向输气管(2)的上端与至少一个水平设置的环形输气管(3)相连通，所述环形输气管(3)上沿周向开设有多个倾斜向下的喷气孔，从而可使喷出烟气对水体产生横向涡旋搅动。
2.根据权利要求1所述的含二氧化碳烟气水中分散溶解装置，其特征在于：所述喷气孔的轴心线与水平面呈5～35°夹角。
3.根据权利要求1所述的含二氧化碳烟气水中分散溶解装置，其特征在于：所述喷气孔的轴心线与水平面呈20°夹角。
4.根据权利要求1或2或3所述的含二氧化碳烟气水中分散溶解装置，其特征在于：所述喷气孔的轴心线在水平面上的投影与环形输气管(3)的环形边相切，且多个所述喷气孔沿顺时针或逆时针方向分布于环形输气管(3)上。
5.根据权利要求1或2或3所述的含二氧化碳烟气水中分散溶解装置，其特征在于：所述纵向输气管(2)的管壁上设置有多个倾斜向上的喷气口。
6.根据权利要求5所述的含二氧化碳烟气水中分散溶解装置，其特征在于：所述喷气口的轴心线与竖直方向呈10～45°夹角。
7.根据权利要求5所述的含二氧化碳烟气水中分散溶解装置，其特征在于：所述喷气口的轴心线与竖直方向呈20°夹角。
8.根据权利要求1或2或3所述的含二氧化碳烟气水中分散溶解装置，其特征在于：所述纵向输气管(2)位于环形输气管(3)的中心，且通过横向输气管(6)与所述环形输气管(3)相连通。
9.根据权利要求1或2或3所述的含二氧化碳烟气水中分散溶解装置，其特征在于：所述环形输气管(3)包括上层环形输气管(3.1)、中层环形输气管(3.2)和下层环形输气管(3.3)，所述上层环形输气管(3.1)、中层环形输气管(3.2)和下层环形输气管(3.3)的环形直径大小顺序递增，且由上至下顺序设置在纵向输气管(2)上构成塔式结构。
10.根据权利要求5所述的含二氧化碳烟气水中分散溶解装置，其特征在于：所述喷气孔的孔径大小为0.005～0.012mm，所述喷气口的孔径大小为4～6mm。
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