一种基于射流反应器的脱硫灰氧化装置及方法与流程

本发明属于化工，具体涉及一种基于射流反应器的脱硫灰氧化装置及方法。

背景技术：

1、我国电厂、冶金烧结、供暖供热、化工建材等行业烟气干法、半干法脱硫，每年排放脱硫灰约2000万吨，目前只能用于回填或露天堆放，脱硫灰已成为又大固体废弃物。脱硫灰难以利用，原因是其中含有大量的caso3·0.5h2o。由于脱硫灰中的caso3·0.5h2o性质不稳定，如果任意堆放，不仅占用大量土地，造成地下水污染，由于其密度较小，质量较轻，一经风吹，便会到处飞扬，污染空气；同时由于其中含有大量的caso3·0.5h2o，如果利用不当，会造成二次污染。

2、脱硫灰中的caso3·0.5h2o在适合的温度、时间、氧含量条件下，可以迅速转化为石膏(caso4·2h2o)，替代天然石膏用于建材、建筑、装修等领域，为脱硫灰市场应用开辟了新途径；研发和突破脱硫灰氧化技术和设备瓶颈，尽快改变脱硫灰难以利用现状，对于治理污染、保护环境非常重要和紧迫。脱硫灰氧化制备石膏，变废为宝，有利于减少天然石膏采掘，保护环境和不可再生的自然资源。

3、脱硫灰氧化制备石膏工业生产方法是催化氧化法和高温氧化法；催化氧化法是把催化剂、氧化剂、硫酸等与脱硫灰放入搅拌反应釜、鼓泡反应塔内，在一定的温度条件下促使脱硫灰氧化，这种方法氧化效率低，时间长；高温氧化法是把脱硫灰放入沸腾炉等设备进行加温。这种方法同样产量低、效率低、能耗高。

4、本领域急于寻找一种低能耗、环境友好型的脱硫灰氧化制备石膏工艺及设备，其能克服上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种基于射流反应器的脱硫灰氧化装置及方法。

2、针对上述工程问题和市场需求，为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种射流反应器用于脱硫灰氧化反应；在射流反应器里，由于动力流体经喷射器高速喷出，会在耦合器气体吸入口产生负压区，致使气体被吸入，并在负压区迅速膨胀并被动力流体打成微小气泡，进入混合腔；此时，气体、液体在混合腔中充分混合，并且由于能量交换而加速排出，速度可以接近音速，再经过喷射器的扩压腔将混合液的势能增加到最大，更加强了传质、传热的效果，大大强化了过程热量传递、质量传递、动量传递；其强烈的微观混合特性可以使化学反应快速进行，而且由于湍流状态使混合尺度迅速减小，不同尺度漩涡及彼此折叠碰撞增强了湍动强度，增强了能量扩散，促使分子在发生化学反应时达到更有效的高能级碰撞，有效改善了反应器内的混合及传质效果，提高了反应速率。

3、本发明提供的射流反应器可以形成充分的气液混合区，有效地促进热量传递、质量传递、动量传递，进而强化反应，提高了反应速率和产品收率；制备的石膏(caso4·2h2o)符合烟气脱硫石膏gb/t37785-2019标准；本发明工艺成熟，设备先进，连续操作，自动化程度高，缩短了反应时间，节能，提高了生产效率，环境友好。

4、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

5、一种基于射流反应器的脱硫灰氧化装置及方法，所述装置包括硫酸配料罐、脱硫灰配料罐、射流氧化塔、射流后氧化罐、胀鼓过滤器、真空过滤机；

6、所述硫酸配料罐用于在硫酸配料罐机械搅拌的作用下将工业废硫酸溶液、循环液、浓硫酸溶液混合均匀，配成规定浓度；硫酸混合溶液在环境温度下，通过硫酸配料罐出料泵进入到射流氧化塔；

7、所述脱硫灰配料罐用于在脱硫灰配料罐机械搅拌的作用下将脱硫灰螺旋输料器输送的脱硫灰、循环液、催化剂溶液、尾气净化罐排出液混合均匀；脱硫灰混合液在环境温度下，通过脱硫灰配料罐出料泵进入到射流氧化塔；

8、所述射流氧化塔用于在射流的作用下，将混合硫酸溶液、脱硫灰混合液中的脱硫灰空气氧化为硫酸钙；混合硫酸溶液、脱硫灰混合液进入到射流氧化塔，经射流氧化塔气液混输动力流体泵进入到射流氧化塔换热器，经射流氧化塔换热器加热到氧化温度进入到射流氧化塔耦合器同时吸入来自进风机的空气；从射流氧化塔耦合器出来的气液混合液进入到射流氧化塔射流器，从射流氧化塔射流器出来的氧化液进入到射流氧化塔；射流氧化塔逸出的空气经除雾器除雾，喷淋头喷淋循环液，然后进入到尾气净化罐，净化后的尾气放空，净化液经尾气净化罐循环泵部分返回尾气净化罐，部分去脱硫灰配料罐；射流氧化塔氧化液经压力出料进入到射流后氧化罐；

9、所述射流后氧化罐用于在射流的作用下，将射流氧化塔氧化液中的脱硫灰空气氧化为硫酸钙；从射流氧化塔压力出料的氧化液进入到射流后氧化罐，经射流后氧化罐气液混输动力流体泵进入到射流后氧化罐换热器，经射流后氧化罐换热器加热到氧化温度进入到射流后氧化罐耦合器同时吸入来自进风机的空气；从射流后氧化罐耦合器出来的气液混合液进入到射流后氧化罐射流器，从射流后氧化罐射流器出来的氧化液进入到射流后氧化罐；射流后氧化罐逸出的空气进入到尾气净化罐；射流后氧化罐氧化液经压力出料进入到胀鼓过滤器；

10、所述胀鼓过滤器用于浓缩氧化液；所述胀鼓过滤器过滤袋可以将氧化液的清液分离出；从射流后氧化罐压力出料的氧化液进入到胀鼓过滤器，经胀鼓过滤器过滤袋将氧化液的清液分离出来，分离出来的清液经清液泵进入到循环液罐；胀鼓过滤器的浓缩氧化液经浓缩液泵进入到真空过滤机；

11、所述真空过滤机用于浓缩后的氧化液的固液分离；所述真空过滤机的真空泵为真空过滤机提供真空；胀鼓过滤器的浓缩氧化液经浓缩液泵进入到真空过滤机；经真空过滤机真空室将石膏母液分离出进入到母液缓冲罐，而后母液进入到循环液罐；新鲜工艺水洗涤真空过滤机的石膏滤饼，而后被收集在洗涤水缓冲罐，而后洗涤水进入到循环液罐；循环液罐的循环液经循环液泵部分进入到硫酸配料罐、部分进入到脱硫灰配料罐、部分进入到射流氧化塔喷淋头；真空过滤机的石膏滤饼经真空过滤机螺旋输料器进入到石膏产品运输车。

12、进一步地，所述硫酸配料罐由硫酸配料罐机械搅拌器，硫酸配料罐出料泵组成；所述脱硫灰配料罐由脱硫灰螺旋输料器，脱硫灰配料罐机械搅拌器，脱硫灰配料罐出料泵组成；所述射流氧化塔由喷淋头，除雾器，射流氧化塔耦合器，射流氧化塔射流器，射流氧化塔气液混输动力流体泵，射流氧化塔换热器，进风机，尾气净化罐，尾气净化罐循环泵组成；所述射流后氧化罐由射流后氧化罐耦合器，射流后氧化罐射流器，射流后氧化罐气液混输动力流体泵，射流后氧化罐换热器组成；所述胀鼓过滤器由过滤袋，清液泵，浓缩液泵组成；所述真空过滤机由真空过滤机真空室，母液缓冲罐，洗涤水缓冲罐，真空泵，循环液罐，循环液泵，真空过滤机螺旋输料器组成。

13、一种基于射流反应器的脱硫灰氧化方法，采用所述的一种基于射流反应器的脱硫灰氧化装置实现，具体包括如下步骤：

14、(1)原料工业废硫酸溶液、循环液、浓硫酸溶液加入到硫酸配料罐内，在机械搅拌的作用下将它们混合均匀，配成规定浓度的硫酸混合溶液，在环境温度下，通过硫酸配料罐出料泵进入到射流氧化塔；

15、(2)原料脱硫灰、循环液、催化剂溶液、尾气净化罐排出液加入到脱硫灰配料罐内，在机械搅拌的作用下将它们混合均匀；脱硫灰混合液在环境温度下，通过脱硫灰配料罐出料泵进入到射流氧化塔；

16、(3)混合硫酸溶液、脱硫灰混合液进入到射流氧化塔，经射流氧化塔气液混输动力流体泵进入到射流氧化塔换热器，经射流氧化塔换热器加热到氧化温度进入到射流氧化塔耦合器同时吸入来自进风机的空气；从射流氧化塔耦合器出来的气液混合液进入到射流氧化塔射流器，从射流氧化塔射流器出来的氧化液进入到射流氧化塔；射流氧化塔逸出的空气经除雾器除雾，喷淋头喷淋循环液，然后进入到尾气净化罐，净化后的尾气放空，净化液经尾气净化罐循环泵部分返回尾气净化罐，部分去脱硫灰配料罐；射流氧化塔氧化液经压力出料进入到射流后氧化罐；

17、(4)从射流氧化塔压力出料的氧化液进入到射流后氧化罐，经射流后氧化罐气液混输动力流体泵进入到射流后氧化罐换热器，经射流后氧化罐换热器加热到氧化温度进入到射流后氧化罐耦合器同时吸入来自进风机的空气；从射流后氧化罐耦合器出来的气液混合液进入到射流后氧化罐射流器，从射流后氧化罐射流器出来的氧化液进入到射流后氧化罐；射流后氧化罐逸出的空气进入到尾气净化罐；射流后氧化罐氧化液经压力出料进入到胀鼓过滤器；

18、(5)从射流后氧化罐压力出料的氧化液进入到胀鼓过滤器，经胀鼓过滤器过滤袋将氧化液的清液分离出来，分离出来的清液经清液泵进入到循环液罐；胀鼓过滤器的浓缩氧化液经浓缩液泵进入到真空过滤机；

19、(6)真空过滤机的真空泵为真空过滤机提供真空；胀鼓过滤器的浓缩氧化液经浓缩液泵进入到真空过滤机；经真空过滤机真空室将石膏母液分离出进入到母液缓冲罐，而后母液进入到循环液罐；新鲜工艺水洗涤真空过滤机的石膏滤饼，被收集在洗涤水缓冲罐，而后洗涤水进入到循环液罐；循环液罐的循环液经循环液泵部分进入到硫酸配料罐、部分进入到脱硫灰配料罐、部分进入到射流氧化塔喷淋头；真空过滤机的石膏滤饼经真空过滤机螺旋输料器进入到石膏产品运输车。

20、进一步地，所述步骤(1)原料工业废硫酸溶液、循环液、浓硫酸溶液加入到硫酸配料罐内，在机械搅拌的作用下将它们混合均匀，配成规定浓度的硫酸混合溶液，在环境温度下，通过硫酸配料罐出料泵进入到射流氧化塔；所述硫酸配料罐内温度为环境温度，压力为常压，配制硫酸的质量浓度为35％，物料的停留时间为0.5h～0.75h；

21、所述步骤(2)原料脱硫灰、循环液、催化剂溶液、尾气净化罐排出液加入到脱硫灰配料罐内，在机械搅拌的作用下将它们混合均匀；脱硫灰混合液在环境温度下，通过脱硫灰配料罐出料泵进入到射流氧化塔；所述脱硫灰配料罐内温度为环境温度，压力为常压，催化剂为脱硫灰的0.7％～0.8％(质量)，配制脱硫灰的质量浓度为12％，物料的停留时间为1h～1.5h；

22、所述步骤(3)混合硫酸溶液、脱硫灰混合液进入到射流氧化塔，经射流氧化塔气液混输动力流体泵进入到射流氧化塔换热器，经射流氧化塔换热器加热到氧化温度进入到射流氧化塔耦合器同时吸入来自进风机的空气；从射流氧化塔耦合器出来的气液混合液进入到射流氧化塔射流器，从射流氧化塔射流器出来的氧化液进入到射流氧化塔；射流氧化塔逸出的空气经除雾器除雾，喷淋头喷淋循环液，然后进入到尾气净化罐，净化后的尾气放空，净化液经尾气净化罐循环泵部分返回尾气净化罐，部分去脱硫灰配料罐；射流氧化塔氧化液经压力出料进入到射流后氧化罐；所述射流氧化塔内温度为50℃～55℃，压力为0.4mpa～0.45mpa；混合硫酸溶液：脱硫灰混合液进料流量比为1：13.2(质量)；空气进料量：脱硫灰进料量(按脱硫灰配料罐初始加入的质量计)为0.8(nm3/h):1(kg/h)；物料的停留时间为2.5h～3h；

23、所述步骤(4)从射流氧化塔压力出料的氧化液进入到射流后氧化罐，经射流后氧化罐气液混输动力流体泵进入到射流后氧化罐换热器，经射流后氧化罐换热器加热到氧化温度进入到射流后氧化罐耦合器同时吸入来自进风机的空气；从射流后氧化罐耦合器出来的气液混合液进入到射流后氧化罐射流器，从射流后氧化罐射流器出来的氧化液进入到射流后氧化罐；射流后氧化罐逸出的空气进入到尾气净化罐；射流后氧化罐氧化液经压力出料进入到胀鼓过滤器；所述射流后氧化罐内温度为50℃～55℃，压力为0.35mpa～0.4mpa；空气进料量：脱硫灰进料量(按脱硫灰配料罐初始加入的质量计)为0.8(nm3/h):1(kg/h)；物料的停留时间为2.5h～3h；

24、所述步骤(5)从射流后氧化罐压力出料的氧化液进入到胀鼓过滤器，经胀鼓过滤器过滤袋将氧化液的清液分离出来，分离出来的清液经清液泵进入到循环液罐；胀鼓过滤器的浓缩氧化液经浓缩液泵进入到真空过滤机；所述胀鼓过滤器内温度为环境温度，压力为常压；出胀鼓过滤器的浓缩氧化液固含量(石膏质量计)为20％～22％；物料的停留时间为1h～1.5h；

25、所述步骤(6)真空过滤机的真空泵为真空过滤机提供真空；胀鼓过滤器的浓缩氧化液经浓缩液泵进入到真空过滤机；经真空过滤机真空室将石膏母液分离出进入到母液缓冲罐，而后母液进入到循环液罐；新鲜工艺水洗涤真空过滤机的石膏滤饼，被收集在洗涤水缓冲罐，而后洗涤水进入到循环液罐；循环液罐的循环液经循环液泵部分进入到硫酸配料罐、部分进入到脱硫灰配料罐、部分进入到射流氧化塔喷淋头；真空过滤机的石膏滤饼经真空过滤机螺旋输料器进入到石膏产品运输车；所述真空过滤机内温度为常温，压力为0.02mpa～0.01mpa；新鲜洗涤工艺水进料量：脱硫灰进料量(按脱硫灰配料罐初始加入的质量计)为3:1；滤饼固含量(石膏质量计)为65％～70％。

26、本发明的一种基于射流反应器的脱硫灰氧化装置及方法，与现有技术相比，有益效果为：

27、1、脱硫灰有效利用，变废为宝；清液、母液、洗涤水循环使用，资源有效利用；

28、2、采用射流氧化塔、射流后氧化罐可以形成充分的混合区，有效地促进热量传递、质量传递、动量传递，进而强化反应，提高了空气氧化利用率，提高了反应速率和产品收率；

29、3、用脱硫灰氧化制备的石膏(caso4·2h2o)符合烟气脱硫石膏gb/t37785-2019标准；本发明工艺成熟，设备先进，连续操作，自动化程度高，缩短了反应时间，节能，提高了生产效率，环境友好。