本发明涉及分离装置技术领域，尤其涉及一种用于废弃scr催化剂活性组分回收的分离装置及其分离方法。
背景技术：
选择性催化还原法(scr)脱硝技术是目前燃煤电厂控制氮氧化物(nox)排放的主流技术。作为一种燃烧后控制nox的方法，scr技术以其脱硝率高，选择性好，技术成熟可靠等优点，在世界各地的燃煤电厂发电机组中得到广泛的应用。整个scr脱硝系统的核心为催化剂，火电行业在运行的催化剂一般为温度窗口为300～400℃、成分为v2o5-wo3/tio2、v2o5-moo3/tio2的氧化物型催化剂。由于燃煤飞灰中重金属、碱性氧化物造成的化学中毒、飞灰的物理冲刷以及机组负荷不同造成的高温烧结等原因，通常该催化剂使用3～5年脱硝效率就满足不了设计要求。
scr催化剂失活后即需要对其进行更换，更换下来的废旧催化剂按失活类型一般分两种。一种是理化性质得到不可逆破坏导致的失活，一种是孔道结构等物理性质没有得到破坏，催化剂活性位抑制导致的失活。前者一般作为废弃物进行处理，而后者可通过一定再生手段处理后重新投入使用。但是由于循环使用飞灰的持续破坏和目前主流浸渍再生技术对强度的影响，决定催化剂不是可无限制再生下去的，所有的scr脱硝催化剂最终均将废弃。按照《“十三五”循环经济行业投资分析报告》的预测，至2020年底我国每年平均产出约200,000m3的废弃催化剂，如此大体量危险废物的产生既造成贵重金属资源的浪费，同时也给环境带来巨大的负担。
若能够建立一种废弃scr催化剂活性组分的回收方法，不仅能够完成整个scr催化剂行业的良性循环，而且能带来巨大的环境和经济效益。目前已有的回收工艺一般是将废弃催化剂除灰经粉碎研磨以后，采用高温碱浸、酸浸、混合碱煅烧水浸等一种或多种混合工艺，将钛与活性组分钒钨或钒钼分离。以专利cn104772318a、cn104726713a两个专利为例，第一个专利以草酸提取钒，分离后再以碱液提取钨，最后固液分离钛，该提取路线虽然简单但是由于草酸提取杂质带入较多，同时碱提钨也会造成硅、铝等大量杂质的进入，因此该专利获得的钒钨钛回收产品纯度极差。而第二个专利首先以碱液提取分离钛和钒钨，而后以加入铵盐的形式利用溶解度不同来分离钒钨，这种化学沉淀方法同样存在分离效果差、产品纯度低、再利用困难等问题。
技术实现要素：
本发明针对现有技术中产品纯度差、循环利用效果不好，活性组分损失率高而产生的废液又不利于处理的缺点，提供了一种产品纯度优良、循环利用效果好，活性组分损失率低而产生的废液又利于处理的用于废弃scr催化剂活性组分回收的分离装置及其分离方法。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
用于废弃scr催化剂活性组分回收的分离装置，包括交前液处理系统、分离柱系统、第一结晶系统，交前液处理系统包括ph调节槽和与ph调节槽连接的第一泵，分离柱系统包括第一高位槽、第一洗脱液储槽、第一离子交换柱、第一洗脱液收集槽和第一分离液收集槽，第一泵和第一高位槽连接，第一结晶系统包括第一结晶槽和循环管路。
第一洗脱液储槽依次通过第一离子交换柱和第一流量计与第一洗脱液收集槽相连，第一洗脱液收集槽包括第二洗脱液收集槽、第三洗脱液收集槽、第四洗脱液收集槽，第二洗脱液收集槽通过循环管路回接于第一高位槽形成分离装置的第一条循环，第四洗脱液收集槽回接于第一洗脱液储槽形成分离装置的第二条循环，第一结晶槽与第三洗脱液收集槽连接，并通过管路回连于ph调节槽形成分离装置的第三条循环，第一高位槽依次通过第一离子交换柱和第二流量计与第一分离液收集槽相连，第一分离收集槽包括第二分离液收集槽和第三分离液收集槽，第二流量计和第一分离收集槽连接的管路上设有第一观察口和第一取样口。
还包括与第一分离液收集槽连接的转型柱系统，转型柱系统包括第二高位槽、第二洗脱液储槽、第二离子交换柱、第五洗脱液收集槽、第四分离液收集槽、第二结晶槽，第二高位槽和第二洗脱液储槽均与第二离子交换柱连接，第二高位槽通过第三流量计与第四分离液收集槽连接。
第五洗脱液收集槽包括第六洗脱液收集槽、第七洗脱液收集槽、第八洗脱液收集槽，第六洗脱液收集槽回接于第二高位槽形成转型柱系统的第一条循环，第八洗脱液收集槽回接于第二洗脱储槽，形成转型柱系统的第二条循环，第二结晶槽通过管路与交前液ph调节槽连接形成转型柱系统的第三条循环，第二洗脱液储槽通过第四流量计与第五洗脱液收集槽连接，第四分离液收集槽和第三流量计连接的管路上设有第二观察口和第二取样口。
用于废弃scr催化剂活性组分回收的分离装置的分离方法，包括以上所述的用于废弃scr催化剂活性组分回收的分离系统，还包括以下步骤：s1，取废弃scr催化剂，经除灰、粉碎、研磨后，提取活性组分，获得水提液，将水提液置于交前液ph调节槽中；s2，将ph调节剂通过管路泵入交前液ph调节槽中，调节交前液ph值为5～12，调节完成后通过第一泵泵入到第一高位槽中；s3，在第一离子交换柱中填入处理好的交换树脂，关闭第一洗脱液储槽和第一洗脱液收集槽的各截止阀，同时打开第一分离通路，通过第二流量计控制分离液流速，使离子交换液在第一离子交换柱内保留时间为50—120min，同时打开第二分离液收集槽，每隔一定时间从第一取样口取一定液体检测，直至离子流出，关闭第二分离液收集槽阀门，打开第三分离液收集槽阀门收集离子交换液，通过第一观察口流出液自无色变成黄色时，关闭第一分离通路各阀门。
s4，打开第一洗脱通路阀门，保证第三洗脱液收集槽和第四洗脱液收集槽阀门处于关闭状态，打开第二洗脱液收集槽并通过第一流量计控制洗脱液流速，待流出液体积与柱体积相同时，关闭第二洗脱液收集槽阀门同时打开第三洗脱液收集槽阀门，收集洗脱液，待洗脱液颜色接近无色时关闭第三洗脱液收集槽，打开第四洗脱液收集槽阀门直到流出液体积为第一离子交换柱柱体积两倍时，关闭第一洗脱通路各阀门，将第三洗脱液收集槽液体泵入第一结晶槽中，第二洗脱液收集槽的液体回流至第一高位槽，第四洗脱液收集槽液体回流至第一洗脱液储槽中，同时通过第二泵将第三分离液收集槽中液体泵入第二高位槽中。
s5，在第二离子交换柱中填入处理好的强碱性阴离子交换树脂，打开转型柱系统第二分离通路，通过第三流量计控制分离液流速，一定时间后自第二取样口收集液体检测，直到离子流出，关闭第二分离通路阀门，打开第二洗脱液储槽和第六洗脱液收集槽阀门，保持第七洗脱液收集槽和第八洗脱液收集槽阀门呈关闭状态，通过第四流量计使第二洗脱液储槽中的铵盐溶液以一定流速通过第二离子交换柱，待流出液体积与第二离子交换柱体积相同时，关闭第六洗脱液收集槽阀门同时打开第七洗脱液收集槽阀门，直到收集洗脱液体积为第二离子交换柱体积的四倍时，关闭第七洗脱液收集槽，打开第八洗脱液收集槽阀门直到流出液体积为第二离子交换柱体积的两倍时，关闭第二洗脱通路各阀门。
s6，向第一结晶槽中加入一定量的铵盐溶液，与第二结晶槽同时搅拌加热，放冷后分别分离两槽中的晶体，同时将结晶母液通过泵循环至交前液ph调节槽中，完成循环。
交前液ph调节槽中的液体为废弃scr催化剂经碱浸、酸浸或者高温煅烧水浸中的一种或几种方法得到的提取液。
交前液中活性组分的离子存在形式为阴离子，ph值为7～10。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：(1)第一离子交换柱和第二离子交换柱的主要作用为分离活性组分钒、钨/钼或者完成钨酸盐/钼酸盐的转型，分离度高、产品纯度好，利用离子交换柱对活性组分交换能力的不同，同时实时监测分离液的状态，可保证活性组分的完全分离。
(2)活性组分损失率低。该分离系统一方面将洗脱通路产生的洗脱液分类收集，既浓缩了产品液利于结晶，也将低浓度的产品液回流至高位槽和洗脱液储槽中循环利用，另一方面产品液结晶后母液也循环至交前液ph调节槽中，利用系统提供的该两套循环极大的降低了活性组分的损失。
(3)废液产生量小且易于处理，含有有害重金属离子等废弃scr催化剂中杂质离子的废液和整个分离系统产生的易于处理的废液可通过第二分离液收集槽和第四分离液收集槽分别收集，与常规化学沉淀等方法所有废水统一处理相比，可大大减少有害重金属等离子废液的体量，同时也与普通处理直排废液很好分类。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
附图中各数字标号所指代的部位名称如下：1—交前液ph调节槽1、2—第一泵、3—第一高位槽、4—第一洗脱液储槽、5—第一离子交换柱、6—第一流量计、7—第二流量计、8—第一观察口、9—第一取样口、10—第二洗脱液收集槽、11—第三洗脱液收集槽、12—第四洗脱液收集槽、13—第二分离液收集槽、14—第三分离液收集槽、15—第一结晶槽、16—第二泵、17—第二高位槽、18—第二洗脱液储槽、19—第二离子交换柱、20—第二取样口、21—第二观察口、22—第三流量计、23—第四流量计、24—第四分离液收集槽、25—第六洗脱液收集槽、26—第七洗脱液收集槽、27—第八洗脱液收集槽、28—第二结晶槽。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
用于废弃scr催化剂活性组分回收的分离装置，如图1所示，包括交前液处理系统、分离柱系统、第一结晶系统，交前液处理系统包括ph调节槽1和与ph调节槽1连接的第一泵2，分离柱系统包括第一高位槽3、第一洗脱液储槽4、第一离子交换柱5、第一洗脱液收集槽和第一分离液收集槽，第一泵2和第一高位槽3连接，第一结晶系统包括第一结晶槽15和循环管路。
第一洗脱液储槽4依次通过第一离子交换柱5和第一流量计6与第一洗脱液收集槽相连，第一洗脱液收集槽包括第二洗脱液收集槽10、第三洗脱液收集槽11、第四洗脱液收集槽12，第二洗脱液收集槽10通过循环管路回接于第一高位槽3形成分离装置的第一条循环，第四洗脱液收集槽12回接于第一洗脱液储槽4形成分离装置的第二条循环，第一结晶槽15与第三洗脱液收集槽11连接，并通过管路回连于ph调节槽1形成分离装置的第三条循环，第一高位槽3依次通过第一离子交换柱5和第二流量计7与第一分离液收集槽相连，第一分离收集槽包括第二分离液收集槽13和第三分离液收集槽14，第二流量计7和第一分离收集槽连接的管路上设有第一观察口8和第一取样口9。第一高位槽3、第一离子交换柱5、第一分离液收集槽形成第一分离通路，第一洗脱液储槽4、第一离子交换柱5、第一洗脱液收集槽形成第一洗脱通路。
还包括与第一分离液收集槽连接的转型柱系统，转型柱系统包括第二高位槽17、第二洗脱液储槽18、第二离子交换柱19、第五洗脱液收集槽、第四分离液收集槽24、第二结晶槽28，第二高位槽17和第二洗脱液储槽18均与第二离子交换柱19连接，第二高位槽17通过第三流量计22与第四分离液收集槽24连接。
第五洗脱液收集槽包括第六洗脱液收集槽25、第七洗脱液收集槽26、第八洗脱液收集槽27，第六洗脱液收集槽25回接于第二高位槽17形成转型柱系统的第一条循环，第八洗脱液收集槽27回接于第二洗脱储槽18，形成转型柱系统的第二条循环，第二结晶槽28通过管路与交前液ph调节槽1连接形成转型柱系统的第三条循环，第二洗脱液储槽18通过第四流量计23与第五洗脱液收集槽连接，第四分离液收集槽24和第三流量计22连接的管路上设有第二观察口21和第二取样口20。
第一离子交换柱5和第二离子交换柱19的数量均为一根或多根串联，第一离子交换柱5和第二离子交换柱19内均设有固相填充物，固相填充物为大孔型或凝胶型的阴离子交换树脂，阴离子交换树脂的骨架由苯乙烯系或丙烯酸系组成，，阴离子交换树脂为氯型、氢氧根型或硫酸根型。第二高位槽17、第二离子交换柱19、第四分离液收集槽24形成第二分离通路，第二洗脱液储槽18、第二离子交换柱19、第五洗脱液收集槽形成第二洗脱通路。
用于废弃scr催化剂活性组分回收的分离装置的分离方法，包括以上所述的用于废弃scr催化剂活性组分回收的分离装置，还包括以下步骤：s1，取活性组分为v2o5-wo3/tio2的蜂窝状废弃scr催化剂，经除灰、粉碎、研磨后，以混合碱煅烧水提法提取活性组分，分离钛渣后，将水提液置于交前液ph调节槽1中；s2，将碱液槽中的naoh溶液通过管路泵入交前液ph调节槽1中，调节交前液ph值为9，调节完成后通过第一泵2泵入到第一高位槽3中。
s3，在第一离子交换柱5中填入处理好的氢氧根型d201强碱性阴离子交换树脂，关闭第一洗脱液储槽4、第一分离液收集槽各截止阀，同时打开第一分离通路，通过第二流量计7控制分离液流速，使离子交换液在第一离子交换柱5内保留时间为110min，同时打开第二分离液收集槽13，每隔一定时间从第一取样口9取一定液体检测，直至钨酸根离子流出，关闭第二分离液收集槽13阀门，打开第三分离液收集槽14阀门收集离子交换液，一定时间后，通过第一观察口8发现流出液变黄时，关闭分离通路各阀门。
s4，打开第一洗脱通路阀门，保证第三洗脱液收集槽11和第四洗脱液收集槽12阀门处于关闭状态，打开第二洗脱液收集槽10并通过第一流量计6控制洗脱液流速，待流出液体积与柱体积相同时，关闭第二洗脱液收集槽10阀门同时打开第三洗脱液收集槽11阀门，收集洗脱液，待洗脱液颜色接近无色时关闭第三洗脱液收集槽11，打开第四洗脱液收集槽12阀门直到流出液体积为第一离子交换柱5柱体积两倍时，关闭第一洗脱通路各阀门。将第三洗脱液收集槽11液体泵入第一结晶槽15中，第二洗脱液收集槽10的液体回流至第一高位槽3，第四洗脱液收集槽12液体回流至第一洗脱液储槽4中，同时通过第二泵16将第三分离液收集槽14中液体泵入第二高位槽17中。
s5，在第二离子交换柱19中填入处理好的氢氧根型717型强碱性阴离子交换树脂，打开钨酸盐转型柱系统第二分离通路，通过第三流量计22控制分离液流速，一定时间后自第二取样口20收集液体检测，直到钨酸根流出，关闭第二分离通路阀门，打开第二洗脱液储槽18和第六洗脱液收集槽25阀门，保持第七洗脱液收集槽26和第八洗脱液收集槽27阀门呈关闭状态，通过第四流量计23使第二洗脱液储槽18中的nh4no3溶液以一定流速通过第二离子交换柱19，待流出液体积与第二离子交换柱19体积相同时，关闭第六洗脱液收集槽25阀门同时打开第七洗脱液收集槽26阀门，直到收集洗脱液体积为第二离子交换柱19体积4倍时，关闭第七洗脱液收集槽26，打开第八洗脱液收集槽27阀门直到流出液体积为第二离子交换柱19体积的两倍时，关闭第二洗脱通路各阀门。
s6，向第一结晶槽15中加入一定量的nh4no3，与第二结晶槽28同时搅拌加热，放冷后分别分离两槽中的晶体，同时将结晶母液通过泵循环至交前液ph调节槽1中，完成循环。
实施例2
用于废弃scr催化剂活性组分回收的分离装置，如图1所示，包括实施例1中所述的用于废弃scr催化剂活性组分回收的分离装置，还包括以下步骤：s1，取活性组分为v2o5-moo3/tio2的平板式废弃scr催化剂，将铁网与催化剂剥离后研磨，以高温碱浸水提法提取，将提取液与钛渣分离置于交前液ph调节槽1中；s2，将酸液槽中的盐酸溶液通过管路泵入交前液ph调节槽1中，调节交前液ph值为7，调节完成后通过第一泵2泵入到第一高位槽3中。
s3，在第一离子交换柱5中填入处理好的氢氧根型d201强碱性阴离子交换树脂，关闭第一洗脱液储槽4、第一洗脱液收集槽的各截止阀，同时打开第一分离通路，通过第二流量计7控制分离液流速，使离子交换液在第一离子交换柱5内保留时间为110min，同时打开第二分离液收集槽13，每隔一定时间从第一取样口9取一定液体检测，直至钼酸根离子流出，关闭第二分离液收集槽13阀门，打开第三分离液收集槽14阀门收集离子交换液，一定时间后，通过第一观察口8发现流出液变黄时，关闭第一分离通路各阀门。
s4，打开第一洗脱通路阀门，保证第三洗脱液收集槽11和第四洗脱液收集槽12阀门关闭状态，打开第二洗脱液收集槽10并通过第一流量计6控制洗脱液流速，待流出液体积与柱体积相同时，关闭第二洗脱液收集槽10阀门同时打开第三洗脱液收集槽11阀门，收集洗脱液，待洗脱液颜色接近无色时关闭第三洗脱液收集槽14，打开第四洗脱液收集槽12阀门直到流出液体积为第一离子交换柱5柱体积两倍时，关闭第一洗脱通路各阀门。将第三洗脱液收集槽11液体泵入第一结晶槽15中，第二洗脱液收集槽10的液体回流至第一高位槽3，第四洗脱液收集槽12液体回流至第一洗脱液储槽4中，同时通过第二泵16将第三分离液收集槽14中液体泵入第二高位槽17中。
s5，在第二离子交换柱19中填入处理好的氢氧根型717型强碱性阴离子交换树脂，打开钼酸盐转型柱系统分离通路，通过第三流量计22控制分离液流速，一定时间后自第二取样口20收集液体检测，直到钼酸根流出，关闭第二分离通路阀门，打开第二洗脱液储槽18和第六洗脱液收集槽25阀门，保持第七洗脱液收集槽26和第八洗脱液收集槽27阀门呈关闭状态，通过第四流量计23使第二洗脱液储槽18中的nh4cl溶液以一定流速通过第二离子交换柱19，待流出液体积与第二离子交换柱19体积相同时，关闭第六洗脱液收集槽25阀门阀门同时打开第七洗脱液收集槽26阀门，直到收集洗脱液体积为第二离子交换柱19体积4倍时，关闭第七洗脱液收集槽26，打开第八洗脱液收集槽27阀门直到流出液体积为第二离子交换柱19体积的两倍时，关闭第二洗脱通路各阀门。
s6，向第一结晶槽15中加入一定量的nh4cl，与第二结晶槽28同时搅拌加热，放冷后分别分离两槽中的晶体，同时将结晶母液通过泵循环至交前液ph调节槽1中，完成循环。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。