CN111229009B - 一种利用表面活性剂提高矿浆脱硫反应速率的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用表面活性剂提高矿浆脱硫反应速率的方法及装置，所述的方法包括以下步骤：S1、配制液固比30~50%的磷矿浆，并在其中均匀混合表面活性剂得到吸收浆液；S2、将待脱硫烟气与氧气均匀混合，并将混合气体与S1步骤中得到的吸收浆液充分混合进行反应，处理后的烟气外排即可。本发明利用混合有表面活性剂的磷矿浆进行烟气脱硫，能湍流降阻，降低SO2吸收的传质阻力，并且增强矿浆悬浮性，从而促进反应进行，进而显著提高脱硫反应速率和脱硫效率。本发明处理装置具有反应迅速的优点，并且具有自动排渣功能，不影响烟气处理，操作方便、高效。

Description

一种利用表面活性剂提高矿浆脱硫反应速率的方法及装置
技术领域
本发明属于烟气净化领域，具体涉及一种利用表面活性剂提高矿浆脱硫反应速率的方法及装置。
背景技术
随着我国经济的快速发展，工业化和城市化的步伐不断加快，能源消耗仍将持续攀升，煤炭和石油等一次性能源消耗占主导地位的现状不会改变，环境面临更加严峻的挑战。目前我国频繁出现大区域雾霾天气，而雾霾天气主要原因是SO2的排放。SO2的排放不仅仅造成雾霾，还容易形成酸雨，造成土壤酸化，使农作物减产，腐蚀建筑和文物等。因此，降低大气中的SO2含量是减少雾霾、减少酸雨危害的关键。
目前国内外烟气脱硫技术主要有石灰石-石膏湿法脱硫、氨法脱硫、钠碱法脱硫、镁法脱硫、磷矿浆法脱硫等。磷矿浆法烟气脱硫是一种新型的脱硫法，主要以磷矿浆为吸收剂，磷矿中过渡金属铁离子为催化剂，利用氧气将溶液中亚硫酸催化氧化为硫酸，不断增加溶液的硫容量和吸收烟气中SO2的能力，同时生成的硫酸与磷矿进一步化学反应，达到脱硫的目的。目前存在的磷矿浆脱硫的方法有“一种氟化铵废水制备磷矿浆脱硫剂的方法（CN105536492B）”，具体采用磷化工企业中排放的氟化铵废水和磷矿粉制备脱硫吸收剂，从而吸收烟气中的低浓度二氧化硫。该方法以废治废，具有工艺设施简单、操作简单等特征。“一种燃煤循环流化床锅炉尾气磷矿浆脱硫并联产磷酸铵镁的方法（CN108105760A）”，该方法高效地用了磷矿浆作为脱硫剂的同时，还有去除磷矿浆中的镁元素，制得副产品磷酸铵镁。在现有的磷矿浆脱硫技术中，虽然方法有不尽相同，但是磷矿浆等矿浆脱硫的本质是烟气中二氧化硫经气液传质进入矿浆，催化氧化生成硫酸，进而与矿物颗粒中的磷酸钙等活性组分反应，实现脱硫；而硫酸浸出过程往往受到限制，阻碍脱硫效率的提高。针对以上问题，研发一种利用表面活性剂提高矿浆脱硫反应速率的方法及装置是非常必要的。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种利用表面活性剂提高矿浆脱硫反应速率的方法。
本发明的第二目的在于提供一种实现利用表面活性剂提高矿浆脱硫反应速率的方法的装置。
本发明的第一目的是这样实现的，包括以下步骤：
S1、配制液固比30~50%的磷矿浆，并在其中均匀混合表面活性剂得到吸收浆液；
S2、将待脱硫烟气与氧气均匀混合，并将混合气体与S1步骤中得到的吸收浆液充分混合进行反应，处理后的烟气外排。
本发明的第二目的是这样实现的，包括壳体、隔离环、封口压环、上固定盘、下固定盘、驱动气缸、排料阀、转盘、转盘驱动电机、进烟管、下进浆管、上进浆管，所述的壳体为内部为空腔的圆盘形结构，壳体顶部中心呈外凸结构，所述的隔离环为上小下大结构，所述的隔离环固设于壳体内，隔离环将壳体从中心向边缘依次分成反应室、排料室，沿隔离环外侧开设有环形排料口，所述的封口压环盖设于环形排料口上，所述的驱动气缸竖直设置于壳体上，驱动气缸的活塞杆穿过壳体，并伸入排料室内，与封口压环顶部固结，所述的排料阀设于排料室的底部，所述的下固定盘固设于反应室内的底部，所述的上固定盘固设于反应室内的顶部，所述的转盘驱动电机设于壳体顶部中心，转盘驱动电机的动力输出端通过转轴与反应室内的转盘的中心连接，所述的上固定盘的底面、下固定盘的上面以及转盘的两面均设有若干个沟槽，所述的进烟管设于反应室底部中心，进烟管上端穿出下固定盘，所述的进烟管四周分别设有下进浆管，下进浆管上端穿出下固定盘，所述的转盘驱动电机四周分别设有上进浆管，上进浆管下端穿过壳体顶部外凸结构，所述的壳体顶部外凸结构设有排烟口。
本发明的有益效果：
1、本发明利用混合有一定量表面活性剂的磷矿浆进行烟气脱硫，具体是首先烟气中的二氧化硫经气液传质进入矿浆，并被催化氧化成硫酸，进而与矿浆中的矿物颗粒反应，尤其是磷酸钙等活性组分进行反应，生成硫酸钙沉淀和磷酸，从而促进生成硫酸的正反应，实现脱硫；本发明由于表面活性剂的存在，引起湍动减阻效应，降低传质阻力，从而促进SO2气液传质反应的速率，使得SO2气体快速进入矿浆，并且增强矿浆悬浮性；同时，利用阳离子型氟碳表面活性剂可以降低矿物表面张力，促进催化氧化后的硫酸在矿物颗粒微孔内的渗透，从而促进反应进行，进而提高脱硫反应速率和脱硫效率。本发明与传统的矿浆脱硫技术相比，脱硫效率稳定，反应速度快，且能减少矿浆的使用；
2、本发明装置通过进烟管向反应室不断通入经过除尘的烟气与氧气混合后的混合烟气，混合烟气与吸收浆液在转盘转动作用下，配合盘面的沟槽，使液流不断被沟槽切割，同时在沟槽内发生旋流，在极短时间内迅速反应，具有反应速率高的优点；反应过程中，本发明装置可自动排渣，同时不影响烟气处理，具有操作方便以及高效的优点。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图；
图2为图1的内部结构示意图；
图3为本发明装置内部结构俯视结构示意图；
图4为隔离环的俯视结构示意图；
图5为上固定盘的结构示意图；
图6为下固定盘的结构示意图；
图中：1-壳体，2-隔离环，3-封口压环，4-上固定盘，5-下固定盘，6-驱动气缸，7-排料阀，8-转盘，9-转盘驱动电机，10-进烟管，11-下进浆管，12-上进浆管，13-反应室，14-排料室，15-环形排料口，16-沟槽，17-导烟板，18-除雾器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
本发明包括以下步骤：
S1、配制液固比30~50%的磷矿浆，并在其中均匀混合表面活性剂得到吸收浆液；
S2、将待脱硫烟气与氧气均匀混合，并将混合气体与S1步骤中得到的吸收浆液充分混合进行反应，处理后的烟气外排。
优选地，S1步骤中所述的表面活性剂为α-烯基磺酸盐表面活性剂、N-[3-聚醚-3-(二甲氨基)-丙基]全氟辛基磺酰胺表面活性剂、氟代-2-羟基十一烷基二乙羟基氯化铵表面活性剂、十八烷基三甲基氯化铵表面活性剂中的一种或多种。
优选地，S1步骤中所述的表面活性剂投加量为80~120ppm。
优选地，S2步骤中所述混合气体中O2体积分数为10~20%。
优选地，S2步骤中所述的反应恒温至25±5℃，反应时间为120min。
如附图1~附图6所示，实现所述的利用表面活性剂提高矿浆脱硫反应速率的方法的装置，包括壳体1、隔离环2、封口压环3、上固定盘4、下固定盘5、驱动气缸6、排料阀7、转盘8、转盘驱动电机9、进烟管10、下进浆管11、上进浆管12，所述的壳体1为内部为空腔的圆盘形结构，壳体1顶部中心呈外凸结构，所述的隔离环2为上小下大结构，所述的隔离环2固设于壳体1内，隔离环2将壳体1从中心向边缘依次分成反应室13、排料室14，沿隔离环2外侧开设有环形排料口15，所述的封口压环3盖设于环形排料口15上，所述的驱动气缸6竖直设置于壳体1上，驱动气缸6的活塞杆穿过壳体1，并伸入排料室14内，与封口压环3顶部固结，所述的排料阀7设于排料室14的底部，所述的下固定盘5固设于反应室13内的底部，所述的上固定盘4固设于反应室13内的顶部，所述的转盘驱动电机9设于壳体1顶部中心，转盘驱动电机9的动力输出端通过转轴与反应室13内的转盘8的中心连接，所述的上固定盘4的底面、下固定盘5的上面以及转盘8的两面均设有若干个沟槽16，所述的进烟管10设于反应室13底部中心，进烟管10上端穿出下固定盘5，所述的进烟管10四周分别设有下进浆管11，下进浆管11上端穿出下固定盘5，所述的转盘驱动电机9四周分别设有上进浆管12，上进浆管12下端穿过壳体1顶部外凸结构，所述的壳体1顶部外凸结构设有排烟口。
优选地，所述的上固定盘4的底面、下固定盘5的上面以及转盘8的两面均从盘面中心向盘面边缘设有若干层放射状排列的沟槽16。
优选地，所述的排烟口与转盘驱动电机9之间设有导烟板17。
优选地，所述的排烟口设有除雾器18。
优选地，所述的壳体1顶部外凸结构内侧设有液位传感器。
优选地，所述的进烟管10、下进浆管11、上进浆管12均设有单向阀。
本发明装置的工作原理和工作过程：首先磷矿浆和表面活性剂混合均匀得到的吸收浆液从下进浆管11、上进浆管12同时进入反应室13内，向反应室13不断灌入吸收浆液；然后启动转盘驱动电机9，带动转盘8转动，同时，通过进烟管10向反应室13不断通入经过除尘的烟气与氧气混合后的混合烟气，混合烟气与吸收浆液在转盘8转动作用下，配合盘面的沟槽，使液流不断被沟槽切割，同时在沟槽内发生旋流，在极短时间内迅速反应；烟气从转盘8下，向转盘8边缘流动，并越过转盘8边缘，烟气经过从转盘8上时，再次与转盘8之上的吸收浆液以及上进浆管12不断通入的吸收浆液反应，使处理后的烟气达到烟气排放标准，烟气从排烟口排出；反应过程中，生成的固形物以及吸收矿浆中的固形物在转盘8转动产生的离心力的作用下向反应室13边缘移动；每反应一段时间，启动驱动气缸6，将封口压环3上提，使环形排料口15打开，将固形物随部分液体一起由环形排料口15，经排料室14，再从排料阀7排出；然后启动驱动气缸6，封口压环3下降将环形排料口15压住并封闭，此时下进浆管11、上进浆管12同时加大吸收浆液进液流速，使反应室13内的液体迅速达到设定液位；然后进液流速回到起始流速，等待下一次排料后再增大；不断重复上述过程，通过吸收浆液不断对烟气进行脱硫。
下面结合实施例1~实施例7对本发明作进一步说明。
实施例1
S1、配制液固比30%的磷矿浆，并在其中均匀混合α-烯基磺酸盐表面活性剂得到吸收浆液；
S2、将待脱硫烟气与氧气均匀混合，并将混合气体与S1步骤中得到的吸收浆液充分混合进行反应，处理后的烟气外排。
实施例2
S1、配制液固比50%的磷矿浆，并在其中均匀混合N-[3-聚醚-3-(二甲氨基)-丙基]全氟辛基磺酰胺表面活性剂得到吸收浆液；
S2、将待脱硫烟气与氧气均匀混合，并将混合气体与S1步骤中得到的吸收浆液充分混合进行反应，处理后的烟气外排。
实施例3
S1、配制液固比40%的磷矿浆，并在其中均匀混合氟代-2-羟基十一烷基二乙羟基氯化铵表面活性剂得到吸收浆液；
S2、将待脱硫烟气与氧气均匀混合，并将混合气体与S1步骤中得到的吸收浆液充分混合进行反应，处理后的烟气外排。
实施例4
S1、配制液固比30%的磷矿浆，并在其中均匀混合十八烷基三甲基氯化铵表面活性剂得到吸收浆液，表面活性剂投加量为80ppm；
S2、将待脱硫烟气与氧气均匀混合，并将混合气体与S1步骤中得到的吸收浆液充分混合进行反应，处理后的烟气外排；其中，混合气体中O2体积分数为10%。
实施例5
S1、配制液固比50%的磷矿浆，并在其中均匀混合α-烯基磺酸盐表面活性剂、N-[3-聚醚-3-(二甲氨基)-丙基]全氟辛基磺酰胺表面活性剂，重量比1：1，得到吸收浆液，表面活性剂投加量为120ppm；
S2、将待脱硫烟气与氧气均匀混合，并将混合气体与S1步骤中得到的吸收浆液充分混合进行反应，处理后的烟气外排；其中，混合气体中O2体积分数为20%。
实施例6
S1、配制液固比40%的磷矿浆，并在其中均匀混合α-烯基磺酸盐表面活性剂、N-[3-聚醚-3-(二甲氨基)-丙基]全氟辛基磺酰胺表面活性剂、氟代-2-羟基十一烷基二乙羟基氯化铵表面活性剂，重量比1：1：1，得到吸收浆液，阳离子型氟碳表面活性剂投加量为100ppm；
S2、将待脱硫烟气与氧气均匀混合，并将混合气体与S1步骤中得到的吸收浆液充分混合进行反应，处理后的烟气外排；其中，混合气体中O2体积分数为15%。
实施例7
S1、配制液固比40%的磷矿浆，并在其中均匀混合α-烯基磺酸盐表面活性剂、N-[3-聚醚-3-(二甲氨基)-丙基]全氟辛基磺酰胺表面活性剂、氟代-2-羟基十一烷基二乙羟基氯化铵表面活性剂、十八烷基三甲基氯化铵表面活性剂，重量比1：1：1：1，得到吸收浆液，阳离子型氟碳表面活性剂投加量为110ppm；
S2、将待脱硫烟气与氧气均匀混合，并将混合气体与S1步骤中得到的吸收浆液充分混合进行反应，处理后的烟气外排；其中，混合气体中O2体积分数为15%。

Claims (9)

1.一种利用表面活性剂提高矿浆脱硫反应速率的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、配制液固比30~50%的磷矿浆，并在其中均匀混合表面活性剂得到吸收浆液；
S2、将待脱硫烟气与氧气均匀混合，并将混合气体与S1步骤中得到的吸收浆液充分混合进行反应，处理后的烟气外排即可；
其中，S2步骤采用以下装置实现，装置包括壳体（1）、隔离环（2）、封口压环（3）、上固定盘（4）、下固定盘（5）、驱动气缸（6）、排料阀（7）、转盘（8）、转盘驱动电机（9）、进烟管（10）、下进浆管（11）、上进浆管（12），所述的壳体（1）为内部为空腔的圆盘形结构，壳体（1）顶部中心呈外凸结构，所述的隔离环（2）为上小下大结构，所述的隔离环（2）固设于壳体（1）内，隔离环（2）将壳体（1）从中心向边缘依次分成反应室（13）、排料室（14），沿隔离环（2）外侧开设有环形排料口（15），所述的封口压环（3）盖设于环形排料口（15）上，所述的驱动气缸（6）竖直设置于壳体（1）上，驱动气缸（6）的活塞杆穿过壳体（1），并伸入排料室（14）内，与封口压环（3）顶部固结，所述的排料阀（7）设于排料室（14）的底部，所述的下固定盘（5）固设于反应室（13）内的底部，所述的上固定盘（4）固设于反应室（13）内的顶部，所述的转盘驱动电机（9）设于壳体（1）顶部中心，转盘驱动电机（9）的动力输出端通过转轴与反应室（13）内的转盘（8）的中心连接，所述的上固定盘（4）的底面、下固定盘（5）的上面以及转盘（8）的两面均设有若干个沟槽（16），所述的进烟管（10）设于反应室（13）底部中心，进烟管（10）上端穿出下固定盘（5），所述的进烟管（10）四周分别设有下进浆管（11），下进浆管（11）上端穿出下固定盘（5），所述的转盘驱动电机（9）四周分别设有上进浆管（12），上进浆管（12）下端穿过壳体（1）顶部外凸结构，所述的壳体（1）顶部外凸结构设有排烟口。
2.根据权利要求1所述的利用表面活性剂提高矿浆脱硫反应速率的方法，其特征在于S1步骤中所述的表面活性剂为α-烯基磺酸盐表面活性剂、N-[3-聚醚-3-(二甲氨基)-丙基]全氟辛基磺酰胺表面活性剂、氟代-2-羟基十一烷基二乙羟基氯化铵表面活性剂、十八烷基三甲基氯化铵表面活性剂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的利用表面活性剂提高矿浆脱硫反应速率的方法，其特征在于S1步骤中所述的表面活性剂投加量为80~120ppm。
4.根据权利要求1所述的利用表面活性剂提高矿浆脱硫反应速率的方法，其特征在于S2步骤中所述混合气体中O2体积分数为10~20%。
5.根据权利要求1所述的利用表面活性剂提高矿浆脱硫反应速率的方法，其特征在于所述的上固定盘（4）的底面、下固定盘（5）的上面以及转盘（8）的两面均从盘面中心向盘面边缘设有若干层放射状排列的沟槽（16）。
6.根据权利要求1所述的利用表面活性剂提高矿浆脱硫反应速率的方法，其特征在于所述的排烟口与转盘驱动电机（9）之间设有导烟板（17）。
7.根据权利要求1所述的利用表面活性剂提高矿浆脱硫反应速率的方法，其特征在于所述的排烟口设有除雾器（18）。
8.根据权利要求1所述的利用表面活性剂提高矿浆脱硫反应速率的方法，其特征在于所述的壳体（1）顶部外凸结构内侧设有液位传感器。
9.根据权利要求1所述的利用表面活性剂提高矿浆脱硫反应速率的方法，其特征在于所述的进烟管（10）、下进浆管（11）、上进浆管（12）均设有单向阀。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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CB03 Change of inventor or designer information
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Inventor after: Yin Feng

Inventor after: Zhao Qun

Inventor after: Li Yingjie

Inventor after: Hu Xuewei

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Inventor after: Ning Ping

Inventor before: Tian Senlin

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