CN110986054B - 硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化装置,包括炉体,所述炉体分为旋风焚烧区和沸腾还原区;所述旋风焚烧区设有废液燃烧器和二次风配风装置,所述废液燃烧器设有废液进口和废液一次风进口;所述沸腾还原区设有还原性气体喷入装置、布风喷嘴和炉底冷渣装置;所述旋风焚烧区和沸腾还原区为一体化结构;本发明还公开了一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化工艺;该装置中废固、废液、废气可独立喷入焚烧,二次风与一次风形成相反方向旋流,使炉内高温区激烈搅动,提高焚烧效率,提高硫酸盐精馏残渣中有机废渣去除率;利用焚烧区强烈的热辐射来还原金属氧化物,节省还原反应所需的燃料及设备投入。
Description
技术领域
本发明涉及危废环保领域,具体涉及一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化装置及工艺。
背景技术
在有机化学工业生产过程中,通过精馏分离技术获得有用产品或中间产物的同时,大多还会在塔釜产生一定量的残渣或者残液,其中常含有较多杂质以及有毒有害物质,在我国危险废物管理中常称其为精馏残渣。随着有机化工行业的发展和精细化率的提高,精馏残渣产生量也在不断增加。精馏残渣多为粘稠的焦油状液体或固体,且成分复杂,残渣中除了含有主要污染物还含有含金属元素的无机盐,主要污染物一般可分为苯系物、多环芳烃、卤代物、重金属和其他类,多具有易燃性、腐蚀性和高毒性,属于危险废弃物,而精馏残渣中的无机盐可以进行回收,精馏残渣中的金属元素如不能得到有效的利用和处置,会造成资源的浪费及环境的污染。
精馏残渣中不能回收利用的有机废渣,常采用高温焚烧进行处理,而精馏残渣中的一些重金属及含金属元素的硫酸盐可以回收利用,部分硫酸盐在高温下分解为金属氧化物、二氧化硫和三氧化硫,将金属氧化物回收,工业中如果需要使用该金属单质时,需要再把回收得到的金属氧化物在高温条件下还原为金属单质,该过程需要再次引入反应设备及提供高温条件,存在操作繁琐、浪费燃料的问题。
发明内容
针对上述问题,本发明的一个目的是提供一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化装置,采用旋风焚烧区与沸腾还原区一体化结构,旋风焚烧区中废固、废液、废气可独立喷入焚烧,二次风与一次风形成相反方向旋流,使炉内高温区激烈搅动,提高焚烧效率,提高硫酸盐精馏残渣中的有机废渣去除率;利用焚烧区强烈的热辐射来还原金属氧化物,节省还原反应所需的燃料及设备投入。
本发明的第二个目的是提供上述一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化工艺,通入还原性气体,利用焚烧区强烈的热辐射,将金属氧化物还原为金属单质,从硫酸盐精馏残渣中回收金属单质,节省金属矿产资源。
本发明所采用的第一个技术方案是,一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化装置,包括炉体,所述炉体分为旋风焚烧区和沸腾还原区;所述旋风焚烧区设有废液燃烧器和二次风配风装置,所述废液燃烧器设有废液进口和废液一次风进口;所述沸腾还原区设有还原性气体喷入装置、布风喷嘴和炉底冷渣装置;所述旋风焚烧区和沸腾还原区为一体化结构。
优选的,所述旋风焚烧区还设有废固燃烧器,所述废固燃烧器设有废固进口、助燃剂进口、一次助燃风进口和辅助燃烧装置。
优选的,所述旋风焚烧区还设有废气燃烧器,所述废气燃烧器设有废气进口、废气一次风进口,所述废气燃烧器设有两个,所述两个废气燃烧器对称布置。
优选的,所述废固燃烧器、废液燃烧器和废气燃烧器自上而下分层布置;所述旋风焚烧区可同时处理焚烧废固、废液、废气三种废料,所述废固、废液、废气独立喷入焚烧。
优选的,所述废液燃烧器设有两个,所述两个废液燃烧器对称布置;
优选的,所述废液燃烧器、废气燃烧器切向布置,用于保证装置内部废料的旋转燃烧状态及特定的气流速度。
优选的,所述旋风焚烧区位于上部分,所述沸腾还原区位于下部分,所述一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化装置为立式结构。
优选的,所述二次风配风装置用于二次风辅助燃烧。
本发明采用的第二个技术方案是,一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化工艺,包括以下步骤:
1)液化后的硫酸盐精馏残渣在废液燃烧器中与废液一次风混合喷入旋风焚烧区内焚烧;
2)硫酸盐精馏残渣中的废固残渣投入废固燃烧器中,助燃剂在辅助燃烧装置中燃烧为废固燃烧器提供热量,废固残渣与一次助燃风混合喷入旋风焚烧区内焚烧;
3)硫酸盐精馏残渣中的废气通入废气燃烧器(13)中与废气一次风混合吹入旋风焚烧区内焚烧;
4)硫酸盐精馏残渣在旋风焚烧区中焚烧,去除有机废物,硫酸盐分解为金属氧化物、二氧化硫和三氧化硫,金属氧化物成为熔融状态流入沸腾还原区;
5)在沸腾还原区内,通入还原性气体,金属氧化物还原为金属单质;
6)反应后的还原性气体与焚烧烟气经过高温烟气排放口进入后续处理设备;
7)金属单质经炉底冷渣装置回收。
优选的,所述硫酸盐精馏残渣包括硫酸亚铁精馏残渣、硫酸铁精馏残渣、硫酸铜精馏残渣中的一种或多种;所述还原性气体包括一氧化碳或氢气;所述助燃剂包括天然气或瓦斯气。
优选的,所述旋风焚烧区内温度≥1100℃,所述焚烧烟气出口温度≥1100℃。
优选的,通入所述还原性气体,金属氧化物料层间的空隙从200mm升高到300mm,形成还原池。
优选的,所述还原池内温度为1100℃-1150℃、金属氧化物与还原性气体的氧化还原反应时间>2s。
优选的,沸腾还原区中沸腾燃烧方式介于层状燃烧和悬浮燃烧之间。
上述技术方案有益效果:
(1)废固、废液、废气可独立喷入焚烧,二次风与一次风形成相反方向旋流,使炉内高温区激烈搅动,提高焚烧效率,提高硫酸盐精馏残渣中有机废渣去除率,同时减少废固、废液和废气混合燃烧对炉体的腐蚀,延长炉体使用寿命。
(2)采用旋风焚烧区与沸腾还原区一体化结构,除去硫酸盐精馏残渣中的有机废渣,同时利用焚烧区强烈的热辐射来还原金属氧化物,节省还原反应所需的燃料及设备投入。
(3)一体化设计节省设备占地空间和建设成本。
(4)回收利用焚烧还原后硫酸盐精馏残渣中的金属单质,节省金属矿产资源。
附图说明
图1为一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化装置的示意图。
其中有:1-旋风焚烧区,11-废固燃烧器,12-废液燃烧器,13-废气燃烧器,14-二次风配风装置,111-废固进口,112-助燃剂进口,113-一次助燃风进口,2-沸腾还原区,21-还原性气体喷入装置,22-布风喷嘴,23-炉底冷渣装置,24-高温烟气排放口。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进一步说明,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干变型和改进,这些也应视为属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示,本发明提供的一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化装置,包括炉体,所述炉体分为旋风焚烧区1和沸腾还原区2;所述旋风焚烧区1设有废液燃烧器12和二次风配风装置14,所述废液燃烧器12设有废液进口和废液一次风进口;所述沸腾还原区2包括还原性气体喷入装置21、布风喷嘴22和炉底冷渣装置23;所述旋风焚烧区1和沸腾还原区2为一体化结构。
液化后的硫酸亚铁精馏残渣在废液燃烧器12中与废液一次风混合喷入旋风焚烧区1内焚烧,二次风配风装置14吹入的二次风与一次风形成相反方向旋流,使炉内高温区激烈搅动,提高焚烧效率。硫酸亚铁精馏残渣经过焚烧去除有机废物,硫酸亚铁在500℃分解为氧化铁、二氧化硫和三氧化硫,氧化铁成为熔融状态流入沸腾还原区2;在沸腾还原区2内,通入还原性气体一氧化碳,一定风压的还原性气体通过均风管由一次风的动压头变成均匀分布的静压头,经过节流阀从风帽上的微孔高速吹入炉内,使沸腾床形成气垫层将氧化亚铁粉末全部吹起并上下翻动。由于气体增加了粉末间的空隙,料层膨胀产生激烈运动并不停地翻腾,使原有200mm的氧化铁料层升高到300mm,形成还原池。一氧化碳通入量为每千克精馏残渣中通入270Nm3;氧化铁与一氧化碳发生氧化还原反应,氧化铁被还原为铁单质,一氧化碳被氧化为二氧化碳;生成的二氧化碳与焚烧烟气经过高温烟气排放口24进入后续处理设备;铁单质经炉底冷渣装置23回收,氧化铁与一氧化碳的反应时间为2s,还原池温度为1100℃。
所述一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化装置,同时解决了硫酸亚铁精馏残渣的环保治理问题及硫酸亚铁精馏残渣中氧化铁回收后再还原利用的问题;此装置为一体化装置,节省空间、燃料;在此工艺中,既能对硫酸亚铁精馏残渣中有机废渣进行处理,又能回收利用铁单质,节省金属矿产资源。
实施例2
如图1所示,本发明提供的一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化装置,包括炉体,所述炉体分为旋风焚烧区1和沸腾还原区2;所述旋风焚烧区1设有废液燃烧器12和二次风配风装置14,所述废液燃烧器12设有废液进口和废液一次风进口;所述沸腾还原区2包括还原性气体喷入装置21、布风喷嘴22和炉底冷渣装置23;所述旋风焚烧区1和沸腾还原区2为一体化结构。
液化后的硫酸铜精馏残渣在废液燃烧器12中与废液一次风混合喷入旋风焚烧区1内焚烧,二次风配风装置14吹入的二次风与一次风形成相反方向旋流,使炉内高温区激烈搅动,提高焚烧效率。硫酸铜精馏残渣经过焚烧去除有机废物,硫酸铜在1200℃分解为氧化铜、二氧化硫和三氧化硫,氧化铜成为熔融状态流入沸腾还原区2;在沸腾还原区2内,通入还原性气体一氧化碳,氧化铜料层间的空隙从200mm升高到300mm,形成还原池,一氧化碳通入量为每千克精馏残渣中通入180Nm3;氧化铜与一氧化碳发生氧化还原反应,氧化铜被还原为铜单质,一氧化碳被氧化为二氧化碳;生成的二氧化碳与焚烧烟气经过高温烟气排放口24进入后续处理设备;铜单质经炉底冷渣装置23回收,氧化铜与一氧化碳的反应时间为3s,还原池温度为1150℃。
所述一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化装置,同时解决了硫酸铜精馏残渣的环保治理问题及硫酸铜精馏残渣中氧化铜回收后再还原利用的问题;此装置为一体化装置,节省空间、燃料;在此工艺中,既能对硫酸铜精馏残渣中有机废渣进行处理,又能回收利用铜单质,节省金属矿产资源。
实施例3
如图1所示,本发明提供的一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化装置,包括炉体,所述炉体分为旋风焚烧区1和沸腾还原区2;所述旋风焚烧区1设有废液燃烧器12和二次风配风装置14,所述废液燃烧器12设有废液进口和废液一次风进口;所述沸腾还原区2包括还原性气体喷入装置21、布风喷嘴22和炉底冷渣装置23;所述旋风焚烧区1和沸腾还原区2为一体化结构。
所述旋风焚烧区1还设有废固燃烧器11,所述废固燃烧器11设有废固进口111、助燃剂进口112、一次助燃风进口113和辅助燃烧装置。
所述旋风焚烧区1还设有废气燃烧器13,所述废气燃烧器13设有废气进口、废气一次风进口。
所述废固燃烧器、废液燃烧器和废气燃烧器自上而下分层布置;所述旋风焚烧区可同时独立处理废固、废液、废气三种废料。
将硫酸铁和硫酸铜精馏残渣中的废固和一次助燃风在废固燃烧器11中混合后喷入到旋风焚烧区1,助燃剂通过助燃剂进口112在辅助燃烧器中燃烧为废固燃烧器提供热量;将液化后的硫酸铁和硫酸铜精馏残渣废液和废液一次风在废液燃烧器12中混合后喷入到旋风焚烧区1,将硫酸铁和硫酸铜精馏残渣中的废气和废气一次风在废气燃烧器13中混合后吹入到旋风焚烧区1;废固、废液和废气分别经过废固燃烧器11、废液燃烧器12和废气燃烧器13喷入旋风焚烧区1内焚烧;二次风配风装置14吹入的二次风与一次风形成相反方向旋流,使炉内高温区激烈搅动,提高焚烧效率;废固、废液和废气中的废物经过焚烧去除;废固和废液中含金属的无机盐流入沸腾还原区2,无机盐中的金属被还原回收。
所述一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化装置,实现废固、废液、废气独立喷入焚烧,二次风与一次风形成相反方向旋流,使炉内高温区激烈搅动,提高焚烧效率,提高硫酸盐精馏残渣中有机废渣去除率。
Claims (10)
1.一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化装置,其特征在于,包括炉体,所述炉体分为旋风焚烧区(1)和沸腾还原区(2);所述旋风焚烧区(1)设有废液燃烧器(12)和二次风配风装置(14),所述废液燃烧器(12)设有废液进口和废液一次风进口;所述沸腾还原区(2)设有还原性气体喷入装置(21)、布风喷嘴(22)和炉底冷渣装置(23);所述旋风焚烧区(1)位于上部分,所述沸腾还原区(2)位于下部分,所述旋风焚烧区(1)和沸腾还原区(2)为一体化结构。
2.根据权利要求1所述的一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化装置,其特征在于,所述旋风焚烧区(1)还设有废固燃烧器(11),所述废固燃烧器(11)设有废固进口(111)、助燃剂进口(112)、一次助燃风进口(113)和辅助燃烧装置。
3.根据权利要求2所述的一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化装置,其特征在于,所述旋风焚烧区(1)还设有废气燃烧器(13),所述废气燃烧器(13)设有废气进口、废气一次风进口,所述废气燃烧器(13)设有两个。
4.根据权利要求3所述的一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化装置,其特征在于,所述废固燃烧器、废液燃烧器和废气燃烧器自上而下分层布置;所述旋风焚烧区可同时独立处理废固、废液、废气三种废料。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化装置,其特征在于,所述废液燃烧器(12)设有两个,所述废液燃烧器(12)切向布置。
6.一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化工艺,其特征在于,包括以下步骤:
1)液化后的硫酸盐精馏残渣在废液燃烧器(12)中与废液一次风混合喷入旋风焚烧区(1)内焚烧;
2)硫酸盐精馏残渣中的废固残渣投入废固燃烧器(11)中,助燃剂在辅助燃烧装置中燃烧为废固燃烧器提供热量,废固残渣与一次助燃风混合喷入旋风焚烧区(1)内焚烧;
3)硫酸盐精馏残渣中的废气通入废气燃烧器(13)中与废气一次风混合吹入旋风焚烧区(1)内焚烧;
4)硫酸盐精馏残渣在旋风焚烧区(1)中焚烧,去除有机废物,硫酸盐分解为金属氧化物、二氧化硫和三氧化硫,金属氧化物成为熔融状态流入沸腾还原区(2);
5)在沸腾还原区(2)内,通入还原性气体,金属氧化物还原为金属单质;
6)反应后的还原性气体与焚烧烟气经过高温烟气排放口(24)进入后续处理设备;
7)金属单质经炉底冷渣装置(23)回收。
7.根据权利要求6所述的一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化工艺,其特征在于,所述硫酸盐精馏残渣包括硫酸亚铁精馏残渣、硫酸铁精馏残渣、硫酸铜精馏残渣中的一种或多种;所述还原性气体包括一氧化碳或氢气;所述助燃剂包括天然气或瓦斯气。
8.根据权利要求6所述的一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化工艺,其特征在于,所述旋风焚烧区(1)内温度≥1100℃,所述焚烧烟气出口温度≥1100℃。
9.根据权利要求6所述的一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化工艺,其特征在于,通入所述还原性气体,金属氧化物料层间的空隙为300mm,形成还原池。
10.根据权利要求9所述的一种硫酸盐精馏残渣焚烧还原一体化工艺,其特征在于,所述还原池内温度为1100℃-1150℃、金属氧化物与还原性气体的氧化还原反应时间>2s。
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