CN112159986A - 一种用飞灰制备次氯酸钠的方法和*** - Google Patents

一种用飞灰制备次氯酸钠的方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用飞灰制备次氯酸钠的***，包括水洗池、纳滤设备、反渗透装置、电解反应器，所述水洗池的第一出口与纳滤设备的进口相连通，所述纳滤设备的第一出口与反渗透装置的进口连通，所述反渗透装置的第一出口与电解反应器的进口相连通。本发明的有益效果是，飞灰中的氯化钠洗出浓度高，通过电解得到的氯气和氢氧化钠溶液反应得到次氯酸钠，无需外加其他的化学药剂，本发明具有资源利用率高和对环境友好的特点。

Description

一种用飞灰制备次氯酸钠的方法和***
技术领域
本发明涉及飞灰处理方法技术领域，特别是一种用飞灰制备次氯酸钠的方法和***。
背景技术
燃烧飞灰是市政垃圾在处置过程中烟气净化***和热回收***中收集而得到的残余物，约占垃圾焚烧灰渣总量的20％。飞灰的含水率极低，在10％-20％之间，呈浅灰色粉末状，粒径小于100um。飞灰主要以SiO2、 Fe2O3、Al2O3为主，还含有大量的NaCl、KCl等。
次氯酸钠是十分钟重要的氧化剂、漂白剂，在印染、制药、农业等多个行业中有着广泛的用途。工业上制备次氯酸钠的方法是用氢氧化钠吸收氯气而制得，或者是采用直接电解氯化钠溶液的方式，无论采用哪种方法得到次氯酸钠都会消耗大量的化学原料及能耗，导致经济成本上升。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种用飞灰制备次氯酸钠的方法和***。
实现上述目的本发明的技术方案为一种用飞灰制备次氯酸钠的***，包括水洗池、纳滤设备、反渗透装置、电解反应器，所述水洗池的第一出口与纳滤设备的进口相连通，所述纳滤设备的第一出口与反渗透装置的进口连通，所述反渗透装置的第一出口与电解反应器的进口相连通。
所述纳滤设备的第二出口与水洗池的进口相连通。
所述反渗透装置的第二出口与水洗池的进口相连通。
所述水洗池的第一出口和反渗透装置出口均设有高压泵，所述水洗池的第二出口和电解反应器的第二出口均设有截止阀。
一种用飞灰制备次氯酸钠的方法，包括如下步骤：
步骤1：将飞灰倒入水洗池中并加入适量水，搅拌混合均匀；
步骤2：水洗后的水洗液进入纳滤设备进行纳滤处理，大量钙镁离子以及硫酸根等二价离子留在截留液中，钠离子以及氯离子等一价离子随渗透液流出纳滤设备；
步骤3：纳滤后的渗透液进入至反渗透装置再次进行反渗透处理，反渗透处理后的渗透液为除去溶解性盐的除盐水，截留液主要为浓缩的 NaCl和KCl溶液，用于后续进行电解处理；
步骤4：反渗透处理后截留液进入电解反应器中进行电解处理，电解反应产生Cl2气体和H2气体，电解后的溶液为NaOH溶液；
步骤5：电解生成的Cl2气体和电解后的NaOH溶液在电解反应器中继续反应，反应制备次氯酸钠粗品，反应方程式如下：
2NaOH+Cl2＝NaClO+NaCl+H2O
所述步骤1中，飞灰中NaCl的含量为3％-9.5％，加入水和飞灰的比例为4：1，反应的搅拌速率为200-250r/min，经过一次水洗可将80％的 NaCl洗至水洗液中，水洗处理得到的灰浆中含有大量重金属以及不可溶解的铁盐、铝盐和硅酸盐等，处理后逐步排放。
所述步骤4中，电解反应方程式如下：
2NaCl+2H2O→2NaOH+Cl2↑+H2↑
其中电解反应器采用无隔膜电解槽，Cl2气体在电解反应器中的阳极生成，H2气体在电解反应器中的阴极生成。
所述步骤2中，纳滤后的截留液回到水洗池作为高盐水用于水洗。
所述步骤3中，反渗透处理后的渗透液回到水洗池作为除盐水用于水洗。
利用本发明的技术方案制作的一种用飞灰制备次氯酸钠的方法和***，飞灰中的氯化钠洗出浓度高，经过反渗透处理，可得到浓缩KCl溶液，通过电解氯化钠溶液，得到的氯气和氢氧化钠溶液通过反应即可得到次氯酸钠，无需外加其他的化学药剂，节约了成本。纳滤过程产生的高盐水和反渗透过程产生的除盐水可用于水洗，节约了整体用水量。本发明具有资源利用率高和对环境友好的特点。
附图说明
图1是本发明所述一种用飞灰制备次氯酸钠的方法和***实施例1 的结构示意图；
图2是本发明所述一种用飞灰制备次氯酸钠的方法和***实施例2 的结构示意图；
图3是本发明所述一种用飞灰制备次氯酸钠的方法和***实施例3 的结构示意图；
图4是本发明所述一种用飞灰制备次氯酸钠的方法和***的流程示意图；
图5是本发明所述一种用飞灰制备次氯酸钠的方法和***中水洗池的结构图；
图中，1、水洗池；2、纳滤设备；3、反渗透装置；4、电解反应器；5、高压泵；6、截止阀；7、飞灰；8、次氯酸钠粗品；9、灰浆；10、除盐水。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的描述。
实施例1：
如图1所示，一种用飞灰制备次氯酸钠的***，包括水洗池1、纳滤设备2、反渗透装置3、电解反应器4，所述水洗池1的第一出口与纳滤设备2的进口相连通、所述纳滤设备2的第一出口与反渗透装置3的进口连通，所述反渗透装置3的第一出口与电解反应器4的进口相连通，所述水洗池1的第一出口设有高压泵5，所述水洗池1的第二出口和电解反应器4的第二出口均设有截止阀6。
其中水洗池1用于水洗飞灰，飞灰7进入至水洗池1中并加入适量水，调节比例为水：飞灰＝4：1。搅拌速率200-250r/min。飞灰7中NaCl 的含量3％-9.5％，一次水洗水即可将NaCl洗出80％，水洗液中NaCl的含量在6000mg/L-18000mg/L。水洗分离出的灰浆9中含有大量重金属以及不可溶解的铁盐、铝盐和硅酸盐等，需要进行后续处理逐步排放。
如图5所示，所述水洗池1由箱体和搅拌机构构成，所述箱体由预混室、螺旋混合室和搅拌室组成，所述搅拌机构由设在预混室内的第一搅拌机构、设在螺旋混合室内的第二搅拌机构、设在搅拌室内的第三搅拌机构构成，所述预混室顶部设有飞灰进口和进水口，所述搅拌室底部设有出料口。
第一搅拌机构用于对飞灰和水进行预混处理，飞灰滤饼通过飞灰进口进入至预混室中，外部水源通过进水口进入至预混室中，预混室的底部设有出口与螺旋混合室相连通，经过初次搅拌后的飞灰和水形成飞灰浆液进入至螺旋混合室中。
第二搅拌机构对飞灰浆液进行二次搅拌使飞灰与水搅拌更加充分，螺旋杆在对飞灰浆液进行搅拌的同时还能推动飞灰浆液移动，飞灰浆液通过螺旋混合室的出口到达搅拌室内部。
第三搅拌机构对飞灰浆液进行第三次搅拌处理，其中搅拌叶片由上搅拌叶片和下搅拌叶片组成，两个叶片上下相互对称安装，其中下搅拌叶片产生向上轴向推力，上搅拌叶片产生向下轴向推力，提高搅拌效率，并且两个搅拌叶片的推力方向相反可相互抵消，提高了装置稳定性和使用寿命。经过三次搅拌过程完成后的飞灰浆液在搅拌室内堆积并最终通过出料口排出，经过水洗池的一次水洗即可将氯化钠洗出80％，水洗效果好。
纳滤设备2用于对水洗液进行纳滤处理，纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程，纳滤膜的孔径范围在几个纳米左右，允许一些无机盐和某些溶剂透过膜，从而达到分离的效果。纳滤膜是荷电膜，能进行电性吸附。在相同的水质及环境下制水，纳滤膜所需的压力小于反渗透膜所需的压力，纳滤膜的分离机理为筛分和溶解扩散并存，同时又具有电荷排斥效应，可以有效地去除二价和多价离子、去除分子量大于200的各类物质，可部分去除单价离子和分子量低于200的物质。通过纳滤处理可以有效的将水洗液中含有的钙镁离子以及硫酸根等二价离子作为截留液实现分离。
反渗透装置3用于对纳滤后的溶液再次进行反渗透处理，反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。其中渗透液成分为除去溶解性盐的除盐水，截留液主要为浓缩的NaCl和KCl的溶液，用于后续进行电解处理。
电解反应器4采用无隔膜电解槽用于对反渗透处理后的截留浓缩液进行电解处理，电解反应产生Cl2气体和H2气体，电解方程式为：
2NaCl+2H2O→2NaOH+Cl2↑+H2↑
其中Cl2气体在电解反应器4中的阳极生成，H2气体在电解反应器4 中的阴极生成。电解后的溶液为NaOH溶液，电解生成的Cl2和NaOH溶液在电解反应器4中继续反应制得次氯酸钠粗品8，发生反应的化学方程式为：
2NaOH+Cl2＝NaClO+NaCl+H2O
其中次氯酸钠是十分钟重要的氧化剂、漂白剂，在印染、制药、农业等多个行业中有着广泛的用途。
特别的，需要进行额外说明，本方案中的水洗池1、反渗透装置3、电解反应器4、均为先添加反应物，添加完反应物后在装置内部进行相应反应，反应完全后排出至下一设备中。
实施例2：
如图2所示，作为本发明的一种改进，纳滤设备2用于对水洗液进行纳滤处理，所述纳滤后的截留液含有大量钙镁离子以及硫酸根等二价离子，可以作为高盐水单独对飞灰进行水洗处理，节约了水洗过程的整体用水量。其余结构和优点和实施例1完全相同。
实施例3：
如图3所示，作为本发明的一种改进，反渗透装置3用于对纳滤后的溶液再次进行反渗透处理，通过反渗透处理可以得到渗透液和截留液渗透液，截留液主要为浓缩的NaCl和KCl的溶液，渗透液成分为除去溶解性盐的除盐水10，渗透液作为除盐水10可单独对飞灰进行水洗处理，节约了水洗过程的用水量。其余结构和优点和实施例2完全相同。
如图5所示，一种用飞灰制备次氯酸钠的方法，包括以下步骤：
步骤1：飞灰中NaCl的含量为3％-9.5％，将飞灰倒入水洗池1中并加入适量水，加入水和飞灰7的比例为4：1，反应的搅拌速率为 200-250r/min，经过一次水洗可将80％的NaCl洗至水洗液中，水洗处理得到的灰浆9中含有大量重金属以及不可溶解的铁盐、铝盐和硅酸盐等，后续进行处理后逐步排放。
步骤2：水洗后的水洗液在高压泵5带动下进入纳滤设备2进行纳滤处理，通过纳滤处理大量钙镁离子以及硫酸根等二价离子留在截留液中，纳滤后的截留液作为高盐水可用于飞灰水洗；钠离子以及氯离子等一价离子随渗透液流出纳滤设备2进入至反渗透装置3中。
步骤3：纳滤后的渗透液进入至反渗透装置3再次进行反渗透处理，反渗透处理后的渗透液为除去溶解性盐的除盐水10可用于飞灰水洗。截留液主要为浓缩的NaCl和KCl溶液，用于后续进行电解处理。
步骤4：反渗透处理后截留液进入电解反应器4中进行电解处理，电解反应产生Cl2气体和H2气体，化学反应式为：
2NaCl+2H2O→2NaOH+Cl2↑+H2↑
其中Cl2气体在电解反应器4中的阳极生成，H2气体在电解反应器4 中的阴极生成。
步骤5：电解后的溶液为NaOH溶液，电解生成的Cl2和NaOH溶液在电解反应器4中继续反应制得次氯酸钠粗品8，发生反应的化学方程式为：
2NaOH+Cl2＝NaClO+NaCl+H2O
其中步骤4中电解得到的H2气体可进行排放，也可将其收集并燃烧生成水蒸气，然后进行冷凝，降温后收集到的水可用于水洗过程，节约用水量。
在本实施方案中，飞灰中的氯化钠洗出浓度高，经过反渗透处理，可得到浓缩KCl溶液，通过电解氯化钠溶液，得到的氯气和氢氧化钠溶液通过反应即可得到次氯酸钠，无需外加其他的化学药剂，节约了成本。纳滤过程产生的高盐水和反渗透过程产生的除盐水可用于水洗，节约了整体用水量。本发明具有资源利用率高和对环境友好的特点。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用飞灰制备次氯酸钠的***，其特征在于，包括水洗池(1)、纳滤设备(2)、反渗透装置(3)、电解反应器(4)，所述水洗池(1)的第一出口与纳滤设备(2)的进口相连通，所述纳滤设备(2)的第一出口与反渗透装置(3)的进口连通，所述反渗透装置(3)的第一出口与电解反应器(4)的进口相连通。
2.根据权利要求1所述的一种用飞灰制备次氯酸钠的***，其特征在于，所述纳滤设备(2)的第二出口与水洗池(1)的进口相连通。
3.根据权利要求1所述的一种用飞灰制备次氯酸钠的***，其特征在于，所述反渗透装置(3)的第二出口与水洗池(1)的进口相连通。
4.根据权利要求4所述的一种用飞灰制备次氯酸钠的***，其特征在于，所述水洗池(1)的第一出口和反渗透装置(3)出口均设有高压泵(5)，所述水洗池(1)的第二出口和电解反应器(4)的第二出口均设有截止阀(6)。
5.一种用飞灰制备次氯酸钠的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将飞灰(7)倒入水洗池(1)中并加入适量水，搅拌混合均匀；
步骤2：水洗后的水洗液进入纳滤设备(2)进行纳滤处理，大量钙镁离子以及硫酸根等二价离子留在截留液中，钠离子以及氯离子等一价离子随渗透液流出纳滤设备(2)；
步骤3：纳滤后的渗透液进入至反渗透装置(3)再次进行反渗透处理，反渗透处理后的渗透液为除去溶解性盐的除盐水(10)，截留液主要为浓缩的NaCl和KCl溶液，用于后续进行电解处理；
步骤4：反渗透处理后截留液进入电解反应器(4)中进行电解处理，电解反应产生Cl2气体和H2气体，电解后的溶液为NaOH溶液；
步骤5：电解生成的Cl2气体和电解后的NaOH溶液在电解反应器中继续反应，反应制备次氯酸钠粗品(8)，反应方程式如下：
2NaOH+Cl2＝NaClO+NaCl+H2O 。
6.权利要求6中采用的一种用飞灰制备次氯酸钠的方法，其特征在于，所述步骤1中，飞灰(7)中NaCl的含量为3％-9.5％，加入水和飞灰的比例为4：1，反应的搅拌速率为200-250r/min，经过一次水洗可将80％的NaCl洗至水洗液中，水洗处理得到的灰浆(9)中含有大量重金属以及不可溶解的铁盐、铝盐和硅酸盐等，处理后逐步排放。
7.权利要求5中采用的一种用飞灰制备次氯酸钠的方法，其特征在于，所述步骤4中，电解反应方程式如下：
2NaCl+2H2O→2NaOH+Cl2↑+H2↑
其中电解反应器(4)采用无隔膜电解槽，Cl2气体在电解反应器(4)中的阳极生成，H2气体在电解反应器(4)中的阴极生成。
8.权利要求5中采用的一种用飞灰制备次氯酸钠的方法，其特征在于，所述步骤2中，纳滤后的截留液回到水洗池(1)作为高盐水用于水洗。
9.权利要求5中采用的一种用飞灰制备次氯酸钠的方法，其特征在于，所述步骤3中，反渗透处理后的渗透液回到水洗池(1)作为除盐水(10)用于水洗。
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