CN111054279A - 一种用于亚硫酸镁的催化氧化工艺装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化工技术领域，公开了一种用于亚硫酸镁的催化氧化工艺装置，该工艺装置包括通过管道依次连接的制浆装置、氧化装置、蒸发装置、结晶装置以及收集装置，所述氧化装置内散装有颗粒型催化剂，催化剂在反应溶液中呈自由悬浮状态，氧化装置外侧设置有连通其底部和侧部的回流装置，用于对氧化装置内的反应溶液起到搅拌作用。本发明的工艺装置设计合理，各装置相互串联，能高效地将亚硫酸镁催化氧化生成硫酸镁，并通过蒸发浓缩和冷却结晶最终制得七水硫酸镁，运行效率高、耗能低；本发明提供的用于亚硫酸镁的催化氧化工艺方法简单易行，反应条件温和，耗能低，反应周期短，运行成本低，适合推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及化工技术领域，更具体地，涉及一种用于亚硫酸镁的催化氧化工艺装置及方法。
背景技术
我国的燃煤锅炉吨位目前属世界最大，随着各地环保政策日趋严格以及节能减排战略的实施，锅炉烟气脱硫也显得越来越重要。在当前主流的烟气脱硫工艺中，氧化镁湿法烟气脱硫工艺因具有脱硫效率高、操作简单、不易结垢、运行维护费用低等优点，被大力推广使用。近年来，国内建设了为数众多的镁法烟气脱硫装置，这些装置利用我国丰富的镁资源对燃煤锅炉排放烟气中的二氧化硫进行脱除，实现了燃煤锅炉烟气二氧化硫的达标排放。
然而，镁法脱硫会产生大量的副产物-亚硫酸镁(MgSO3)，亚硫酸镁直接应用的范围和用量都很有限，因此很多企业直接放弃回收亚硫酸镁，将其作为废渣处理或抛弃，不仅使镁资源大量浪费，而且也对环境造成二次污染。
实际上，亚硫酸镁氧化生成的硫酸镁经浓缩结晶后可以得到七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)，作为国内常用的镁肥，七水硫酸镁具有较高的经济价值，因此是亚硫酸镁回收利用的最佳产品，有利于提高回收价值。但传统工艺中的亚硫酸镁回收技术主要采用非催化强制氧化和提浓结晶的方法将亚硫酸镁氧化成硫酸镁，由于氧化速率较低，导致装置体积大、占地面积大、运行能耗高以及不能连续生产、回收成本高等问题。
因此，提出一种解决上述问题的用于亚硫酸镁的催化氧化工艺装置及方法实为必要。
发明内容
本发明所提供的一种用于亚硫酸镁的催化氧化工艺装置及方法，主要用于解决当前的锅炉烟气脱硫副产物-亚硫酸镁回收利用时存在的氧化速率低、装置体积大、运行能耗高以及不能连续生产、运行成本高的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种用于亚硫酸镁的催化氧化工艺装置，该工艺装置包括通过管道依次连接的：
制浆装置，用于将亚硫酸镁原料加水制成亚硫酸镁浆液；
氧化装置，位于制浆装置下游，氧化装置与制浆装置之间设有相互连通的浆液输送管，浆液输送管上设置有浆液输送泵，氧化装置的外侧设有气体输送管，气体输送管用于为装置内提供氧化反应所需氧化空气，亚硫酸镁浆液经浆液输送管送入氧化装置中进行氧化反应，生成硫酸镁溶液；
蒸发装置，位于氧化装置下游，蒸发装置与氧化装置之间设有相互连通的溶液输送管，溶液输送管上设置有溶液输送泵，蒸发装置对来自氧化装置的硫酸镁溶液进行蒸发浓缩，形成硫酸镁浓缩液；
结晶装置，位于蒸发装置下游，结晶装置与蒸发装置设有相互连通的浓缩液输送管，浓缩液输送管上设置有浓缩液输送泵，结晶装置对来自蒸发装置的硫酸镁浓缩液进行冷却结晶，形成结晶混合物；
收集装置，位于结晶装置下游，收集装置对来自结晶装置的结晶混合物进行过滤分离，得到七水硫酸镁晶体，分离所得滤液送回蒸发装置重新蒸发浓缩；
所述氧化装置内散装有颗粒型催化剂，催化剂在装置内的反应溶液中呈自由悬浮状态，用于提高氧化反应速率；
所述氧化装置外侧设置有连通氧化装置底部和侧部的回流装置，用于抽取氧化装置底部的反应溶液回流进入装置内，对氧化装置内的反应溶液起到循环搅拌作用。
本发明的用于亚硫酸镁的催化氧化工艺装置，在投运时，先在制浆装置中加入定量的亚硫酸镁固体原料和水，搅拌后配置成所需浆液，然后将浆液通过浆液输送管送入氧化装置进行氧化，氧化装置中通入空气，由于氧化装置中散装有颗粒型催化剂，在催化剂作用下，亚硫酸镁浆液被高效催化氧化生成硫酸镁溶液，回流装置可以对氧化装置中的反应溶液起到循环搅拌作用，从而提高反应速率；
接下来，氧化装置内生成的高浓度硫酸镁溶液通过溶液输送管定量送入蒸发装置，通过加热升温，使水分蒸发，硫酸镁溶液浓缩至接近饱和浓度，再通过浓缩液输送管排入结晶装置，自然冷却结晶，得到的结晶混合物依重力流入收集装置中进行过滤分离，得到七水硫酸镁晶体，所得滤液送回蒸发装置重新蒸发浓缩。
进一步的，所述催化剂为分子筛负载型催化剂，负载的活性成分为硝酸钴和硝酸锰，催化剂中钴和锰的摩尔比为0.5～1.5∶1，催化剂的形状为球状，直径为2～8mm。分子筛具有均匀的微孔结构，吸附能力强、机械强度高并具有良好的热稳定性，可有效吸附活性成分，使催化剂具有持久高效的催化功能。所述催化剂制成球状结构，既能使催化剂具有较大的表面积，确保其与亚硫酸镁充分接触，促进氧化反应速率，又能降低催化剂在反应溶液中自由悬浮流动的阻力，从而使催化剂可以到达装置内各个位置与亚硫酸镁接触，使装置内的亚硫酸镁得到充分氧化，生成硫酸镁。
进一步的，所述回流装置包括回流管、射流泵以及文丘里喷射器：
所述回流管的入口端连通氧化装置底部；
所述射流泵安装于回流管上，用于对回流液进行增压提速，使回流液具有一定速度进入氧化装置，对反应溶液产生湍流扰动，从而起到搅拌作用；
所述文丘里喷射器竖直安装，文丘里喷射器的顶端入口与回流管的出口端连接，文丘里喷射器的侧部入口连通气体输送管，文丘里喷射器的底端设有延伸入氧化装置内部的引流管，引流管的出口朝下，来自气体输送管的空气和回流液在文丘里喷射器内充分接触混合后，经引流管通入氧化装置中，对氧化装置内的反应溶液起到循环搅拌作用。
进一步的，所述氧化装置为罐体结构，氧化装置顶部设置有连接浆液输送管的氧化装置进液口，氧化装置底部设置有连接溶液输送管的第一排液口以及连通回流管入口端的第二排液口，所述第一排液口处设置有第一过滤器，所述第二排液口处设置有第二过滤器，第一过滤器与第二过滤器的网目尺寸为0.05～1mm。设置第一过滤器和第二过滤器可以防止装置内的催化剂颗粒随液体流出装置而导致外部管道堵塞，也能减少催化剂的损耗率，降低运行成本。
进一步的，所述溶液输送管上设置有溶液过滤器，溶液过滤器位于溶液输送泵的前面，溶液过滤器的网目尺寸为0.01～0.5mm，溶液过滤器用于过滤除去反应溶液中夹带的细小颗粒或杂质，有利于提高最终产物的纯度。
进一步的，所述氧化装置内安装有加热装置，所述加热装置优选电加热棒，电加热棒共设置三根，并在氧化装置内的同一平面上相互之间呈120°夹角分布，电加热棒安装操作方便，直接与反应溶液接触，加热均匀，有助于提高氧化反应速率。
进一步的，所述制浆装置包括浆液配制槽和浆液缓冲槽，在浆液配制槽内可以预先将亚硫酸镁固体原料配置成所需浓度的浆液，然后转入浆液缓冲槽中备用；
所述浆液配制槽的顶部设有原料投放口，用于投放亚硫酸镁原料，原料投放口设有用于除杂的原料筛网，浆液配制槽的底部设有浆液排放管；
所述浆液缓冲槽的顶部设有缓冲槽进液口，自浆液配制槽底部排出的浆液经浆液排放管和缓冲槽进液口流入浆液缓冲槽，缓冲槽进液口处设有浆液过滤网，浆液过滤网用于滤除未溶解的固体原料，浆液缓冲槽的底部连通浆液输送管；
所述浆液配制槽内设有第一搅拌器，所述浆液缓冲槽内设有第二搅拌器，由于亚硫酸镁微溶于水，通过持续搅拌确保原料充分溶解，并形成悬浮浆液，保持浆液浓度均匀。
进一步的，所述氧化装置顶部设置有第一排气管，所述蒸发装置顶部设置有第二排气管，所述第一排气管与第二排气管均与浆液配制槽连通，第一排气管与第二排气管各自的出口端均伸入浆液配制槽的液面以下，这样，氧化装置以及蒸发装置中由于加热而挥发出的气体均可以集中回收至浆液配制槽的浆液中冷凝回收，同时还能将气体中携带的热量传递给浆液，促进亚硫酸镁原料溶解，从而使整个工艺装置在运行中无废气排放，节能环保。
进一步的，所述蒸发装置为蒸发釜，蒸发釜的外侧设置有热夹套，热夹套内通入循环导热油可以对蒸发装置起到加热和保温作用，高温导热油由热夹套下部进入，换热后的低温导热油由热夹套上部流出，循环导热油持续稳定地为蒸发装置供热，促进硫酸镁溶液蒸发浓缩。
进一步的，所述结晶装置并列设置有三套，由于冷却结晶需要一定时间，因此三套结晶装置交替使用，确保整个工艺装置可以持久运行，结晶装置内设置有结晶搅拌器，可以通过搅拌硫酸镁浓缩液，加快热量散发，提高冷却结晶效率，结晶装置的底部设计为锥形结构并设有下料管，有利于结晶混合物汇集于装置底部，并依靠重力沿下料管流入收集装置。
进一步的，所述收集装置内设置有与结晶装置对应的过滤筒，收集装置的底部设有连通蒸发装置的滤液输送管，所述滤液输送管上设置有滤液输送泵和加热器，自结晶装置底部流出的结晶混合物进入过滤筒过滤分离，过滤筒内收集得到七水硫酸镁晶体，可以继续进行烘干，制得所需成品，过滤分离所得滤液沿滤液输送管、经滤液输送泵加压以及加热器加热后送入蒸发装置重新蒸发浓缩。
进一步的，所述滤液输送管上设置有滤液过滤器，滤液过滤器位于滤液输送泵的前面，滤液过滤器的网目尺寸为0.01～0.5mm，滤液过滤器用于对滤液中夹带的细小颗粒或杂质进行过滤除去，有利于提高最终产物的纯度。
进一步的，所述收集装置的底部设置有废液排放管，可以定期通过废液排放管将收集装置底部的部分沉积液排出，送往污水处理***进行处理，从而降低整个装置内的其他化学成分如氯离子的累积量，减少其对设备管道的腐蚀。
本发明的另一目的在于提供一种利用上述的催化氧化工艺装置进行亚硫酸镁催化氧化的工艺方法，该工艺方法包括以下步骤：
S1.浆液配制：在制浆装置中加入亚硫酸镁原料和水，配制亚硫酸镁浆液，浆液浓度为30～40％；
S2.催化氧化：将S1中配制的亚硫酸镁浆液通过浆液输送管送入氧化装置中，并通入氧化空气，进行催化氧化反应，生成硫酸镁溶液；
S3.蒸发浓缩：将S2中反应生成的硫酸镁溶液通过溶液输送管送入蒸发装置中，蒸发浓缩，使硫酸镁溶液接近饱和浓度，得到硫酸镁浓缩液；
S4.冷却结晶：将S3中得到的硫酸镁浓缩液通过浓缩液输送管送入结晶装置中，自然冷却结晶，温度降至常温，在降温过程晶体逐渐析出，得到结晶混合物；
S5.成品收集：在收集装置中对来自结晶装置的结晶混合物进行过滤分离，干燥，得到七水硫酸镁晶体。
进一步的，在步骤S2中，催化氧化反应的温度为50～60℃，压力为常压，所用氧化空气为常压空气。
进一步的，在步骤S2中，氧化装置中的催化剂添加量与装置内反应溶液的体积比为50～100g∶1L，亚硫酸镁与空气的用量摩尔比为1∶2～3。
进一步的，在步骤S3中，蒸发浓缩的操作温度为60～65℃，压力为常压。
进一步的，在步骤S4中，冷却结晶的时间为6～10h。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
1.本发明的用于亚硫酸镁的催化氧化工艺装置设计合理，装置数量少，各装置相互串联，有利于连续化生产运行，能高效地将亚硫酸镁催化氧化生成硫酸镁，并通过蒸发浓缩和冷却结晶最终制得七水硫酸镁，该工艺装置体积小，占地面积小，运行效率高、耗能低；
2.本发明的氧化装置内散装有颗粒型催化剂，颗粒型催化剂具有较大的表面积，能与亚硫酸镁充分接触，促进氧化反应速率，催化剂在装置内的反应溶液中呈自由悬浮状态，能到达装置内各个位置与亚硫酸镁接触，从而使装置内的亚硫酸镁得到充分氧化，生成硫酸镁，实现高效催化氧化，缩短反应时间，提高反应效率；
3.本发明的氧化装置外侧设置有连通氧化装置底部和侧部的回流装置，可以抽取氧化装置底部的反应溶液再回流进入装置内，对反应溶液起到循环扰动和搅拌作用，以加快反应速率，因此氧化装置无需额外设置搅拌器，既节能降耗，又能减少机械搅拌对催化剂的碰撞破坏，进而延长催化剂使用寿命；
4.本发明提供的用于亚硫酸镁的催化氧化工艺方法简单易行，各步骤反应条件温和，运行耗能低，各步骤衔接密切，可以实现连续运行，整个运行过程反应周期短，有利于提高效率，节约运行成本，适合推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的用于亚硫酸镁的催化氧化工艺装置的简图；
图2为本发明的用于亚硫酸镁的催化氧化工艺装置的流程图；
图3为本发明的制浆装置的示意图；
图4为本发明的氧化装置的示意图；
图5为本发明的蒸发装置的示意图；
图6为本发明的结晶装置和收集装置的示意图；
图7为亚硫酸镁的催化氧化工艺流程图。
图中：1-制浆装置，10-浆液输送管，101-浆液输送泵，11-浆液配制槽，111-原料投放口，112-原料筛网，113-浆液排放管，114-第一搅拌器，12-浆液缓冲槽，121-缓冲槽进液口，122-浆液过滤网，123-第二搅拌器，2-氧化装置，20-溶液输送管，201-溶液输送泵，202-溶液过滤器，21-气体输送管，22-催化剂，23-回流装置，231-回流管，232-射流泵，233-文丘里喷射器，234-引流管，24-氧化装置进液口，25-第一排液口，251-第一过滤器，26-第二排液口，261-第二过滤器，27-电加热棒，28-第一排气管，3-蒸发装置，30-浓缩液输送管，301-浓缩液输送泵，31-第二排气管，32-热夹套，321-高温导热油，322-低温导热油，4-结晶装置，40-下料管，41-结晶搅拌器，5-收集装置，51-过滤筒，52-滤液输送管，521-滤液输送泵，522-加热器，523-滤液过滤器，53-废液排放管。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施方式中所涉及的“第一”、“第二”的描述，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
同时，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1-6所示，一种用于亚硫酸镁的催化氧化工艺装置，该工艺装置包括通过管道依次连接的：
制浆装置1，用于将亚硫酸镁原料加水制成亚硫酸镁浆液；
氧化装置2，位于制浆装置1下游，氧化装置2与制浆装置1之间设有相互连通的浆液输送管10，浆液输送管10上设置有浆液输送泵101，氧化装置2的外侧设有气体输送管21，气体输送管21用于为氧化装置2内通入氧化反应所需空气，亚硫酸镁浆液经浆液输送管10送入氧化装置2中进行氧化反应，生成硫酸镁溶液；
蒸发装置3，位于氧化装置2下游，蒸发装置3与氧化装置2之间设有相互连通的溶液输送管20，溶液输送管20上设置有溶液输送泵201，蒸发装置3对来自氧化装置2的硫酸镁溶液进行蒸发浓缩，形成硫酸镁浓缩液；
结晶装置4，位于蒸发装置3下游，结晶装置4与蒸发装置3设有相互连通的浓缩液输送管30，浓缩液输送管30上设置有浓缩液输送泵301，结晶装置4对来自蒸发装置3的硫酸镁浓缩液进行冷却结晶，形成结晶混合物；
收集装置5，位于结晶装置4下游，收集装置5对来自结晶装置4的结晶混合物进行过滤分离，得到七水硫酸镁晶体，分离所得滤液送回蒸发装置3重新蒸发浓缩；
氧化装置2内散装有颗粒型催化剂22，催化剂22在装置内的反应溶液中呈自由悬浮状态，用于提高氧化反应速率；
氧化装置2外侧设置有连通氧化装置2底部和侧部的回流装置23，用于抽取氧化装置2底部的反应溶液回流进入装置内，对氧化装置2内的反应溶液起到循环搅拌作用。
氧化装置2内的催化剂22为分子筛负载型催化剂，负载的活性成分为硝酸钴和硝酸锰，催化剂22中钴和锰的摩尔比为0.5～1.5∶1，催化剂形状为球状，直径为2～8mm。分子筛具有均匀的微孔结构，吸附能力强、机械强度高并具有良好的热稳定性，可有效吸附活性成分，使催化剂22具有持久高效的催化功能。催化剂22制成球状结构，既能使催化剂具有较大的表面积，确保其与亚硫酸镁充分接触，促进氧化反应速率，又能降低催化剂22在反应溶液中自由悬浮流动的阻力，从而使催化剂22可以到达氧化装置2内各个位置与亚硫酸镁接触，使装置内的亚硫酸镁得到充分氧化，生成硫酸镁。
回流装置23包括回流管231、射流泵232以及文丘里喷射器233：回流管231的入口端连通氧化装置2底部；射流泵232安装于回流管231上，用于对回流液进行增压提速，使回流液具有一定速度进入氧化装置2，对反应溶液产生湍流扰动，从而起到搅拌作用；文丘里喷射器233竖直安装，文丘里喷射器233的顶端入口与回流管231的出口端连接，文丘里喷射器233的侧部入口连通气体输送管21，文丘里喷射器233的底端设有延伸入氧化装置2内部的引流管234，引流管234的出口朝下，文丘里喷射器233可以利用内外压差原理吸入来自气体输送管21的空气，将空气和来自回流管231的回流液在文丘里喷射器233内部充分混合后，经引流管234通入氧化装置2中，这样既能增强空气与亚硫酸镁的快速融合效果，又能对氧化装置2内的反应溶液起到循环搅拌作用。
氧化装置2为罐体结构，氧化装置2顶部设置有连接浆液输送管10的氧化装置进液口24，氧化装置2底部设置有连接溶液输送管20的第一排液口25以及连通回流管231入口端的第二排液口26，所述第一排液口25处设置有第一过滤器251，所述第二排液口26处设置有第二过滤器261，第一过滤器251与第二过滤器261的网目尺寸为0.05～1mm。设置第一排液口25和第二排液口26，便于氧化装置2与外部管道连接固定，设置第一过滤器251和第二过滤器261可以防止装置内的催化剂22颗粒随液体流出装置而导致外部管道堵塞，也能减少催化剂22的损耗率，降低运行成本。
溶液输送管20上设置有溶液过滤器202，溶液过滤器202位于溶液输送泵201的前面，溶液过滤器202的网目尺寸为0.01～0.5mm，溶液过滤器202可以并列设置两套，一用一备，便于切换使用，溶液过滤器202用于过滤除去反应溶液中夹带的细小颗粒或杂质，有利于提高最终产物的纯度。
氧化装置2内安装有加热装置，所述加热装置采用电加热棒27，电加热棒27共设置三根，并在氧化装置2内的同一平面上相互之间呈120°夹角分布，电加热棒27安装操作简单方便，直接与反应溶液接触，传热效率高，加热均匀，用来为装置内的反应溶液加热，可以有效提高反应速率。
制浆装置1包括浆液配制槽11和浆液缓冲槽12，在浆液配制槽11内可以预先将固体亚硫酸镁原料配置成所需浓度的浆液，然后转入浆液缓冲槽12中备用；
浆液配制槽11的顶部设有原料投放口111，用于投放亚硫酸镁原料，原料投放口111设有用于除杂的原料筛网112，浆液配制槽11的底部设有浆液排放管113；
浆液缓冲槽12的顶部设有缓冲槽进液口121，自浆液配制槽11底部排出的浆液经浆液排放管113和缓冲槽进液口121流入浆液缓冲槽12，缓冲槽进液口121处设有浆液过滤网122，浆液过滤网122用于滤除未溶解的固体原料，浆液缓冲槽12的底部连通浆液输送管10；
浆液配制槽11内设有第一搅拌器114，浆液缓冲槽12内设有第二搅拌器123，由于亚硫酸镁微溶于水，通过持续搅拌确保原料充分溶解，并形成悬浮浆液，保持浆液浓度均匀。
氧化装置2顶部设置有第一排气管28，所述蒸发装置3顶部设置有第二排气管31，第一排气管28与第二排气管31均与浆液配制槽11连通，第一排气管28与第二排气管31各自的出口端均伸入浆液配制槽11的液面以下，这样，氧化装置2以及蒸发装置3中由于加热而挥发出的气体均可以集中回收至浆液配制槽11的浆液中冷凝回收，同时还能将气体中携带的热量传递给浆液，促进亚硫酸镁原料溶解，从而使整个工艺装置在运行中无废气排放，节能环保。
蒸发装置3为蒸发釜，蒸发釜的外侧设置有热夹套32，热夹套32内通入循环导热油可以对蒸发装置3起到加热和保温作用，高温导热油321由热夹套32下部进入，换热后的低温导热油322由热夹套32上部流出，导热油传热稳定，且能循环回收利用，可以持续稳定地为蒸发装置3供热，促进硫酸镁溶液蒸发浓缩。
结晶装置4并列设置有三套，由于冷却结晶需要一定时间，因此三套结晶装置4交替使用，确保整个工艺装置可以持久运行，结晶装置4内设置有结晶搅拌器41，可以通过搅拌硫酸镁浓缩液，加快热量散发，提高冷却结晶效率，结晶装置4的底部设计为锥形结构并设有下料管40，有利于结晶混合物汇集于结晶装置4底部，并依靠重力沿下料管40流入收集装置5。
收集装置5内设置有与结晶装置4对应的不锈钢过滤筒51，收集装置5的底部设有连通蒸发装置3的滤液输送管52，所述滤液输送管52上设置有滤液输送泵521和加热器522。自结晶装置4底部流出的结晶混合物进入过滤筒51过滤分离，过滤筒51内收集得到七水硫酸镁晶体，可以继续进行烘干，制得所需成品，过滤分离所得滤液沿滤液输送管52、经滤液输送泵521加压以及加热器522加热至50℃以上后送入蒸发装置3重新蒸发浓缩。
滤液输送管52上设置有滤液过滤器523，滤液过滤器523位于滤液输送泵521的前面，滤液过滤器523的网目尺寸为0.01～0.5mm，滤液过滤器523可以并列设置两套，一用一备，便于切换使用，滤液过滤器523用于对滤液中夹带的细小颗粒或杂质进行过滤除去，有利于提高最终产物的纯度。
收集装置5的底部设置有废液排放管53，可以定期通过废液排放管53将收集装置5底部的部分沉积液排出，送往污水处理***进行处理，从而降低整个装置内的其他化学成分如氯离子的累积量，减少其对设备管道的腐蚀。
本发明的用于亚硫酸镁的催化氧化工艺装置，在投运时，先在制浆装置1中加入定量的亚硫酸镁固体原料和水，搅拌后配置成所需浆液，然后将浆液通过浆液输送管10送入氧化装置2进行氧化，氧化装置2中通入空气，由于氧化装置2中散装有颗粒型催化剂22，在催化剂22作用下，亚硫酸镁浆液被高效催化氧化生成硫酸镁溶液，回流装置23可以对氧化装置2中的反应溶液起到循环搅拌作用，从而提高反应速率；
接下来，氧化装置2内生成的高浓度硫酸镁溶液通过溶液输送管20定量送入蒸发装置3，通过加热升温，使水分蒸发，硫酸镁溶液浓缩至接近饱和浓度，再通过浓缩液输送管30排入结晶装置4，自然冷却结晶，得到的结晶混合物依重力流入收集装置5中进行过滤分离，得到七水硫酸镁晶体，所得滤液送回蒸发装置3重新蒸发浓缩。
实施例2：
如图1-2和图7所示，采用本发明的催化氧化工艺装置对固体亚硫酸镁进行催化氧化，其工艺方法具体如下：
S1.浆液配制：在浆液配制槽11中加入固体亚硫酸镁原料和水，配制亚硫酸镁浆液，浆液浓度为35％；
S2.催化氧化：将S1中配制的亚硫酸镁浆液通过浆液输送管10送入氧化装置2中，输送流量为300kg/h，并通入空气，在温度为60℃、常压下进行催化氧化反应，生成硫酸镁溶液；
在步骤S2中，氧化装置2中的催化剂添加量与反应溶液的体积比为80g∶1L，亚硫酸镁与空气的用量摩尔比为1∶2.5。
S3.蒸发浓缩：将S2中反应生成的硫酸镁溶液通过溶液输送管20送入蒸发装置3中，在温度为65℃、常压下蒸发浓缩，使硫酸镁溶液接近饱和浓度，得到硫酸镁浓缩液；
S4.冷却结晶：将S3中得到的硫酸镁浓缩液通过浓缩液输送管30送入结晶装置4中，自然冷却结晶8h，温度降至常温，在降温过程晶体逐渐析出，得到结晶混合物；
S5.成品收集：在收集装置5中对来自结晶装置4的结晶混合物进行过滤分离，得到七水硫酸镁晶体，45℃干燥后称重。
经称重计算和检测，七水硫酸镁的产率为120kg/h，纯度＞99％。
实施例3：
如图1-2和图7所示，采用本发明的催化氧化工艺装置对固体亚硫酸镁进行催化氧化，其工艺方法具体如下：
S1.浆液配制：在浆液配制槽11中加入固体亚硫酸镁原料和水，配制亚硫酸镁浆液，浆液浓度为40％；
S2.催化氧化：将S1中配制的亚硫酸镁浆液通过浆液输送管10送入氧化装置2中，输送流量为300kg/h，并通入空气，在温度为55℃、常压下进行催化氧化反应，生成硫酸镁溶液；
在步骤S2中，氧化装置2中的催化剂添加量与反应溶液的体积比为100g∶1L，亚硫酸镁与空气的用量摩尔比为1∶3。
S3.蒸发浓缩：将S2中反应生成的硫酸镁溶液通过溶液输送管20送入蒸发装置3中，在温度为62℃、常压下蒸发浓缩，使硫酸镁溶液接近饱和浓度，得到硫酸镁浓缩液；
S4.冷却结晶：将S3中得到的硫酸镁浓缩液通过浓缩液输送管30送入结晶装置4中，自然冷却结晶10h，温度降至常温，在降温过程晶体逐渐析出，得到结晶混合物；
S5.成品收集：在收集装置5中对来自结晶装置4的结晶混合物进行过滤分离，得到七水硫酸镁晶体，45℃干燥后称重。
经称重计算和检测，七水硫酸镁的产率为132kg/h，纯度＞99％。
实施例4：
如图1-2和图7所示，采用本发明的催化氧化工艺装置对固体亚硫酸镁进行催化氧化，其工艺方法具体如下：
S1.浆液配制：在浆液配制槽11中加入固体亚硫酸镁原料和水，配制亚硫酸镁浆液，浆液浓度为30％；
S2.催化氧化：将S1中配制的亚硫酸镁浆液通过浆液输送管10送入氧化装置2中，输送流量为300kg/h，并通入空气，在温度为50℃、常压下进行催化氧化反应，生成硫酸镁溶液；
在步骤S2中，氧化装置2中的催化剂添加量与反应溶液的体积比为50g∶1L，亚硫酸镁与空气的用量摩尔比为1∶2。
S3.蒸发浓缩：将S2中反应生成的硫酸镁溶液通过溶液输送管20送入蒸发装置3中，在温度为60℃、常压下蒸发浓缩，使硫酸镁溶液接近饱和浓度，得到硫酸镁浓缩液；
S4.冷却结晶：将S3中得到的硫酸镁浓缩液通过浓缩液输送管30送入结晶装置4中，自然冷却结晶6h，温度降至常温，在降温过程晶体逐渐析出，得到结晶混合物；
S5.成品收集：在收集装置5中对来自结晶装置4的结晶混合物进行过滤分离，得到七水硫酸镁晶体，45℃干燥后称重。
经称重计算和检测，七水硫酸镁的产率为108kg/h，纯度＞99％。
图中，描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于亚硫酸镁的催化氧化工艺装置，该工艺装置包括通过管道依次连接的：
制浆装置，用于配制亚硫酸镁浆液；
氧化装置，位于制浆装置下游，并与制浆装置之间设有相互连通的浆液输送管，氧化装置的外侧设有气体输送管，用于为氧化装置内提供氧化空气；
蒸发装置，位于氧化装置下游，并与氧化装置之间设有相互连通的溶液输送管；
结晶装置，位于蒸发装置下游，并与蒸发装置设有相互连通的浓缩液输送管；
收集装置，位于结晶装置下游；
其特征在于，所述氧化装置内散装有颗粒型催化剂，催化剂在氧化装置内的反应溶液中呈自由悬浮状态；
所述氧化装置外侧设置有连通氧化装置底部和侧部的回流装置，用于抽取氧化装置底部的反应溶液再回流进入装置内，对反应溶液起到搅拌作用。
2.根据权利要求1所述的用于亚硫酸镁的催化氧化工艺装置，其特征在于，所述回流装置包括回流管、射流泵以及文丘里喷射器：
所述回流管的入口端连通氧化装置底部；
所述射流泵安装于回流管上，用于对回流液进行增压提速；
所述文丘里喷射器的顶端入口与回流管的出口端连接，文丘里喷射器的侧部入口连通气体输送管，文丘里喷射器的底端设有延伸入氧化装置内部的引流管，来自气体输送管的空气和回流液在文丘里喷射器内混合后经引流管通入氧化装置内。
3.根据权利要求2所述的用于亚硫酸镁的催化氧化工艺装置，其特征在于，所述氧化装置顶部设置有连接浆液输送管的进液口；
所述氧化装置底部设置有连接溶液输送管的第一排液口以及连通回流管入口端的第二排液口，所述第一排液口处设置有第一过滤器，所述第二排液口处设置有第二过滤器，所述溶液输送管上设置有溶液过滤器。
4.根据权利要求3所述的用于亚硫酸镁的催化氧化工艺装置，其特征在于，所述氧化装置内安装有加热装置，所述加热装置为电加热棒，电加热棒共设置三根，并在氧化装置内的同一平面上相互之间呈120°夹角分布。
5.根据权利要求1所述的用于亚硫酸镁的催化氧化工艺装置，其特征在于，所述制浆装置包括浆液配制槽和浆液缓冲槽：
所述浆液配制槽的顶部设有原料投放口，原料投放口设有原料筛网，浆液配制槽的底部设有浆液排放管；
所述浆液缓冲槽的顶部设有缓冲槽进液口，自浆液配制槽底部排出的浆液经缓冲槽进液口流入浆液缓冲槽，缓冲槽进液口处设有浆液过滤网，浆液缓冲槽的底部连通浆液输送管；
所述浆液配制槽内设有第一搅拌器，所述浆液缓冲槽内设有第二搅拌器。
6.根据权利要求5所述的用于亚硫酸镁的催化氧化工艺装置，其特征在于，所述氧化装置顶部设置有第一排气管；
所述蒸发装置顶部设置有第二排气管；
所述第一排气管与第二排气管均与浆液配制槽连通。
7.根据权利要求1所述的用于亚硫酸镁的催化氧化工艺装置，其特征在于，所述结晶装置并列设置有三套，结晶装置内设置有结晶搅拌器；
所述收集装置内设置有与结晶装置对应的过滤筒，收集装置的底部设有连通蒸发装置的滤液输送管，所述滤液输送管上设置有滤液输送泵和加热器，自结晶装置底部流出的结晶混合物进入过滤筒过滤分离，过滤筒收集得到七水硫酸镁晶体，滤液经滤液输送管送入蒸发装置重新蒸发浓缩。
8.根据权利要求1-7任一项所述的用于亚硫酸镁的催化氧化工艺装置，其特征在于，所述催化剂为分子筛负载型催化剂，负载的活性成分为硝酸钴和硝酸锰，催化剂中钴和锰的摩尔比为0.5～1.5∶1；
所述催化剂的形状为球状，直径为2～8mm。
9.一种用于亚硫酸镁的催化氧化工艺方法，其特征在于，该工艺方法利用权利要求1～8任一项所述的催化氧化工艺装置进行，所述工艺方法包括以下步骤：
S1.浆液配制：在制浆装置中加入亚硫酸镁原料和水，配制亚硫酸镁浆液，浆液浓度为30～40％；
S2.催化氧化：将S1中配制的亚硫酸镁浆液通过浆液输送管送入氧化装置中，并通入氧化空气，进行催化氧化反应，生成硫酸镁溶液；
S3.蒸发浓缩：将S2中反应生成的硫酸镁溶液通过溶液输送管送入蒸发装置中，在温度为60～65℃以及常压条件下，蒸发浓缩，得到硫酸镁浓缩液；
S4.冷却结晶：将S3中得到的硫酸镁浓缩液通过浓缩液输送管送入结晶装置中，自然冷却结晶6～10h，得到结晶混合物；
S5.成品收集：在收集装置中对来自结晶装置的结晶混合物进行过滤分离，干燥，得到七水硫酸镁晶体。
10.根据权利要求9所述的用于亚硫酸镁的催化氧化工艺方法，其特征在于，在步骤S2中，催化氧化反应的温度为50～60℃，压力为常压；
其中，催化剂添加量与反应溶液的体积比为50～100g∶1L，亚硫酸镁与空气的用量摩尔比为1∶2～3。
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