CN113509831A - 一种硫酸法钛白粉酸解尾气处理***及处理方法 - Google Patents

Abstract

一种硫酸法钛白粉酸解尾气处理***，包括：喷淋塔装置，所述喷淋塔装置包括：喷淋塔，所述喷淋塔的下部设有酸解尾气进口和出液口，所述喷淋塔的上部设有一级喷淋液进口和二级喷淋液进口；文丘里装置，所述文丘里装置包括：一级文丘里组件、二级文丘里组件；碱液循环装置；第一循环冷却***；第二循环冷却***；自动补碱***，所述自动补碱***用于调控碱液量和碱液PH。同时本申请还涉及了该***的处理方法。本发明可实现硫酸法钛白粉生产过程中间隙酸解过程中的尾气处理，满足彻底处理及达标排放的需求，另增设了尾气风机，实现了负压工况，彻底解决了烟气逃逸，操作环境差的问题，符合了行业高质量清洁文明发展的需求。

Description

一种硫酸法钛白粉酸解尾气处理***及处理方法

技术领域

本发明属于酸性气体处理技术领域，具体涉及一种硫酸法钛白粉酸解尾气处理***，同时还涉及该处理方法。

背景技术

钛白粉是一种重要的无机化工颜料，主要成分为二氧化钛，在涂料、油墨、造纸、塑料橡胶、化纤、陶瓷等工业领域中有重要用途。钛白粉的生产工艺有工业硫酸法和氯化法两种工艺路线。

在工业硫酸法钛白粉生产过程中，钛铁矿与浓硫酸反应，使固相钛化合物变为液相离子态的化合物，从而实现后续的净化与提纯。钛铁矿与浓硫酸反应行业中一般称为酸解反应，酸解反应分为间隙酸解和连续酸解，连续酸解反应平稳，尾气治理简单，但存在能耗高，控制困难的问题，国内只有少数几家钛白粉企业采用。

目前国内外硫酸法钛白粉生产采用的普遍方法为间隙酸解，间隙酸解反应集中，在酸解反应过程主反应过程约为15~30分钟，在主反应过程中瞬间蒸发大量的水蒸气，产生的大量的含硫酸雾，二氧化硫的酸性气体，以目前主流的130m³的酸解槽为例，投矿30吨/批，主反应酸解废气量达13万m³，瞬间蒸发水量在7~10吨，现国内外普遍采用的处理手段为二级水喷淋大流量压制喷淋冷却吸收：喷淋设置在酸解烟囱中上部，利用酸解尾气正压和烟囱自然拔风效应将尾气排出。

现有技术中，酸解尾气处理过程中因瞬间气量大，处理困难，造成处理不彻底，有异味，影响周边环境甚至发生扰民事件时有发生；同时喷淋后水温上升，需大量的冷水进行置换，导致企业耗水量增加，污水处理量同步增加，处理费用高。

此外，由于大流量喷淋压制，烟囱排气不畅，导致***工况为正压，酸解槽盖板存在密封不严的问题，现场气体逃逸严重，工作与操作环境差，无法满足现代化工厂与高质量清洁文明发展的需求，正压工况，酸解槽内物料散热慢，夏季温度高，生产周期长，设备利用率低，影响生产。

因此，基于以上现有技术中还存在的一些缺陷，本申请对硫酸法钛白粉酸解尾气处理工艺进行了进一步的设计和改进。

发明内容

针对以上现有技术中的不足，本发明中提供了一种硫酸法钛白粉酸解尾气处理***及处理方法，可实现硫酸法钛白粉生产过程中间隙酸解过程中的尾气处理，满足彻底处理及达标排放的需求，另增设了尾气风机，实现了负压工况，彻底解决了烟气逃逸，操作环境差的问题，符合了行业高质量清洁文明发展的需求。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决。

一种硫酸法钛白粉酸解尾气处理***，包括：喷淋塔装置，所述喷淋塔装置包括：喷淋塔，所述喷淋塔的下部设有酸解尾气进口和出液口，所述喷淋塔的上部设有一级喷淋液进口和二级喷淋液进口；所述喷淋塔的顶部设有出气口；文丘里装置，所述文丘里装置包括：一级文丘里组件，所述一级文丘里组件连接至所述出气口，所述一级文丘里组件的排气口连接至二级文丘里组件，所述二级文丘里组件的排气口通过尾气风机连接至烟囱；碱液循环装置，所述碱液循环装置包括：碱液循环池，所述碱液循环池用于通过喷淋泵向一级喷淋液进口和二级喷淋液进口输送碱液，并通过出液口回收碱液；所述碱液循环池还用于通过喷淋泵向一级文丘里组件和二级文丘里组件输送碱液，并回收碱液；第一循环冷却***，所述第一循环冷却***用于对碱液进行循环冷却；第二循环冷却***，所述第二循环冷却***用于对输送至一级文丘里组件和二级文丘里组件的碱液进行冷却；自动补碱***，所述自动补碱***用于调控碱液量和碱液PH。

传统的硫酸法钛白粉酸解尾气处理***中，用水量大，尾气泄漏严重，企业成本大。本申请中，通过碱液循环装置能够最大限度的回收循环使用碱液，大大减少了耗水量，同时采用喷淋塔和文丘里装置两套气液反应装置，保证碱液与酸性气体最大限度的反应，减少有害尾气泄漏。本申请中还通过尾气风机产生负压工况彻底解决了烟气逃逸，操作环境差的问题。

一种优选的实施方式中，所述碱液循环池或碱液输送管道中设有PH传感器，该PH传感器通过DCS控制***与自动补碱***联动控制，可以对碱液的液位、PH等进行实时调控。

一种优选的实施方式中，所述第一循环冷却***包括第一换热器，碱液输送管进入到该第一换热器中进行热交换，所述第一换热器的冷却水通过第一冷却水泵输送至第一冷却塔进行散热。

一种优选的实施方式中，所述第二循环冷却***包括两个第二换热器，两个所述的第二换热器分别用于对输送至一级文丘里组件和二级文丘里组件的碱液进行换热；所述第二换热器的冷却水通过第二冷却水泵输送至第二冷却塔进行散热。

一种优选的实施方式中，所述一级文丘里组件和二级文丘里组件均为双文丘里管结构，所述一级文丘里组件的下部设有第一气液分离器，所述第一气液分离器分离后的碱液通过管路回流至碱液循环池中，所述第一气液分离器分离后的气体通过管路进入到二级文丘里组件中。

一种优选的实施方式中，所述二级文丘里组件的下部设有第二气液分离器，所述第二气液分离器分离后的碱液通过管路回流至碱液循环池中，所述第二气液分离器分离后的气体通过尾气风机排至烟囱中。

本申请中的一种硫酸法钛白粉酸解尾气处理方法，包括以下步骤：S10：酸解尾气经由管道进入到喷淋塔的下部，酸解尾气在喷淋塔中自下而上运动；S20：碱液通过输送泵经由管道进入到喷淋塔的中部和上部，进行喷淋操作，碱液与酸解尾气在喷淋塔中进行反应；反应后的液体从喷淋塔下部的出液口回流至减压循环池中，反应后的气体从喷淋塔上部的出气口进入到文丘里装置中；S30：碱液通过输送泵经由管道进入到文丘里装置中，与进入到文丘里装置中的气体进行反应，反应后的液体回流至减压循环池中，反应后的气体通过尾气风机排至烟囱中，所述尾气风机使气液反应体系处于负压；S40：减压循环池中的碱液通过第一循环冷却***进行冷却；S50：PH传感器获取碱液的酸碱度，并通过自动补碱***调控碱液量和碱液PH；S60：碱液通过输送泵经由管道进入到文丘里装置之前，通过第二循环冷却***进行冷却。

本申请中的酸解尾气处理方法中，通过多道气液反应操作使酸解尾气反应完全，减少对环境的污染，碱液循环使用，减少了耗水量，同时负压工况的反应体系有效避免了酸性气体的泄漏。

进一步的，步骤S20中，两台喷淋泵分别控制两套喷淋操作，每台喷淋泵的流量为750m³/h~850m³/h，大流量保证反应效率，同时较大的液汽比保证了冷却效果。

进一步的，步骤S30中，文丘里喉管处气体流速为35m/s~50m/s；文丘里喉管直径为500mm~600mm；喷淋到文丘里装置中的碱液与文丘里装置中的气体的液气比为3~4。碱液与气体逆流接触，充分混合，并且文丘里采用两组并联，二级串联的方式，确保单级处理效率≥95%。

进一步的，步骤S20和S30中，喷淋碱液的温度为≤45℃，保证吸收效率和降温效果。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提供一种硫酸法钛白粉酸解尾气处理***及处理方法，可实现硫酸法钛白粉生产过程中间隙酸解过程中的尾气处理，满足彻底处理及达标排放的需求，另增设了尾气风机，实现了负压工况，彻底解决了烟气逃逸，操作环境差的问题，符合了行业高质量清洁文明发展的需求。

附图说明

图1为本申请中的酸解尾气处理***的示意图。

图2为图1中左侧部分的放大示意图。

图3为图1中右侧部分的放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

以下实施方式中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的原件或具有相同或类似功能的原件，以下通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中，需要理解的是，术语：中心、纵向、横向、长度、宽度、厚度、上、下、前、后、左、右、竖直、水平、顶、底、内、外、顺时针、逆时针等指示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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语：第一、第二等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所示技术特征的数量。本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语：安装、相连、连接等应做广义理解，本领域的普通技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本实用性中的具体含义。

参照图1至图3，本申请中的一种硫酸法钛白粉酸解尾气处理***，包括：喷淋塔装置，所述喷淋塔装置包括：喷淋塔1，所述喷淋塔1的下部设有酸解尾气进口101和出液口104，所述喷淋塔1的上部设有一级喷淋液进口102和二级喷淋液进口103；所述喷淋塔1的顶部设有出气口105；文丘里装置，所述文丘里装置包括：一级文丘里组件4，所述一级文丘里组件4连接至所述出气口105，所述一级文丘里组件4的排气口连接至二级文丘里组件9，所述二级文丘里组件9的排气口通过尾气风机13连接至烟囱14；碱液循环装置，所述碱液循环装置包括：碱液循环池5，所述碱液循环池5用于通过喷淋泵向一级喷淋液进口102和二级喷淋液进口103输送碱液，并通过出液口104回收碱液；所述碱液循环池5还用于通过喷淋泵向一级文丘里组件4和二级文丘里组件9输送碱液，并回收碱液；第一循环冷却***17，所述第一循环冷却***17用于对碱液进行循环冷却；第二循环冷却***15，所述第二循环冷却***15用于对输送至一级文丘里组件4和二级文丘里组件9的碱液进行冷却；自动补碱***18，所述自动补碱***18用于调控碱液量和碱液PH。

酸解尾气主要以水蒸汽为主，主反应过程中大量的酸解尾气通过尾气管道进入喷淋塔中，这时一级喷淋液进口102和二级喷淋液进口103通过雾化喷头形成覆盖面与上升的尾气接触、碰撞、冷凝，使尾气体积迅速减少，同时尾气中夹带的硫酸雾，硫化氢与碱液发生中和反应去除。

具体的，本申请中，所述碱液循环池5或碱液输送管道中设有PH传感器、液位传感器等，该PH传感器、液位传感器通过DCS控制***与自动补碱***18联动控制，可以对碱液的液位、PH等进行实时调控。

从附图中可以看出，本申请中，所述第一循环冷却***17包括第一换热器173，碱液输送管进入到该第一换热器173中进行热交换，所述第一换热器173的冷却水通过第一冷却水泵172输送至第一冷却塔171进行散热。所述第二循环冷却***15包括两个第二换热器8，两个所述的第二换热器8分别用于对输送至一级文丘里组件4和二级文丘里组件9的碱液进行换热；所述第二换热器8的冷却水通过第二冷却水泵16输送至第二冷却塔15进行散热。

从附图中可以看出，本申请中，所述一级文丘里组件4和二级文丘里组件9均为双文丘里管结构，所述一级文丘里组件4的下部设有第一气液分离器6，所述第一气液分离器6分离后的碱液通过管路回流至碱液循环池5中，所述第一气液分离器6分离后的气体通过管路进入到二级文丘里组件9中。所述二级文丘里组件9的下部设有第二气液分离器12，所述第二气液分离器12分离后的碱液通过管路回流至碱液循环池5中，所述第二气液分离器12分离后的气体通过尾气风机13排至烟囱14中。本申请中采用组合文丘里设计，通过喷淋塔进行降温，使反应过程中的尾气进行冷凝（尾气主要为饱和水蒸气），尾气经冷凝后体积大幅减少，经冷凝后的不凝尾气进入文丘里喷淋，再与碱液的作用下进行吸收，组合文丘里洗涤器同步采用单组并联、两级串联设计，不仅确保文丘里喉管直径，也保证了文丘里的处理效果，组合文丘里洗涤器按液汽比≥3进行配置喷淋泵，单级文丘里处理效率达到95%以上。

具体的，本申请中，碱液通过一级喷淋液泵2输送至一级喷淋液进口102中，碱液通过二级喷淋液泵3输送至二级喷淋液进口103中，碱液通过碱液循环冷却泵19输送至第一换热器173进行降温。此外，碱液通过一级文丘里输送泵7输送至一级文丘里组件4中，碱液通过二级文丘里输送泵10输送至二级文丘里组件9中。

本申请中还涉及一种基于以上处理***的硫酸法钛白粉酸解尾气处理方法，包括以下步骤：S10：酸解尾气经由管道进入到喷淋塔的下部，酸解尾气在喷淋塔中自下而上运动；S20：碱液通过输送泵经由管道进入到喷淋塔的中部和上部，进行喷淋操作，碱液与酸解尾气在喷淋塔中进行反应；反应后的液体从喷淋塔下部的出液口回流至减压循环池中，反应后的气体从喷淋塔上部的出气口进入到文丘里装置中；S30：碱液通过输送泵经由管道进入到文丘里装置中，与进入到文丘里装置中的气体进行反应，反应后的液体回流至减压循环池中，反应后的气体通过尾气风机排至烟囱中，所述尾气风机使气液反应体系处于负压；S40：减压循环池中的碱液通过第一循环冷却***进行冷却；S50：PH传感器获取碱液的酸碱度，液位传感器获取碱液液位，并通过自动补碱***调控碱液量和碱液PH；S60：碱液通过输送泵经由管道进入到文丘里装置之前，通过第二循环冷却***进行冷却。

具体的，该处理方法中，步骤S20中，两台喷淋泵分别控制两套喷淋操作，每台喷淋泵的流量为750m³/h~850m³/h，优选为800m³/h，较大的液汽比保证了冷却效果大流量保证反应效率，同时较大的液汽比保证了冷却效果。

具体的，该处理方法中，步骤S30中，文丘里喉管处气体流速为35m/s~50m/s；文丘里喉管直径为500mm~600mm；喷淋到文丘里装置中的碱液与文丘里装置中的气体的液气比为3~4。碱液与气体逆流接触，充分混合，并且文丘里采用两组并联，二级串联的方式，确保单级处理效率≥95%。

进一步的，步骤S20和S30中，喷淋碱液的温度为≤45℃，保证吸收效率和降温效果。

以上描述可以看出，本申请中，采用外喷文丘里喷淋代替普遍采用的喷淋塔喷淋或管道喷淋，大大提高了汽液混合的效率，使气体夹带的有害物质与碱液充分反应，进行吸收，极大的提高吸收效率。同时通过设置尾气风机，使整个酸解反应过程呈负压工况，彻底解决了气体逃逸，正压工况控制难度大的问题，同时尾气风机采用变频调节，通过频率调节满足各阶段酸解反应气量变化的调节。

本申请中的***高中，采用全自动DCS控制，全过程自动控制，尾气风机进口压力，风机频率调整，喷淋泵启动调节均可通过预设逻辑关系进行自动调节。此外，采用在线PH值控制手段，碱液控制自控阀与碱液循环槽PH值连锁，自动补充碱液至设定PH值范围内（10~12），同步采用液位控制，冷却循环泵出口设置排液阀，控制碱液循环槽液位在设定范围内。

此外，本申请中设置了冷却循环***，喷淋碱液经循环喷淋后，温度上升，吸收效率降低，这也是确保处理效率的关键，通过冷却循环***进行间接降温，将喷淋碱液温度降低至≤40℃循环使用，为提高换热效率，优选的采用板式换热器进行换热，保证了换热效率的高效及占地空间的最小化。

与现有技术相比，本发明利用碱液喷淋代替现有的水喷淋进行酸解尾气喷淋洗涤，对尾气中的硫酸雾等有害成分的处理效率得以保证，再用二级组合文丘里洗涤器进行喷淋洗涤处理，提高了尾气与喷淋碱液的接触时间，减少了气体短路，通过设置尾气风机，将***的工况由正压变为负压，大大改善了工作环境，同时也保证了夏季酸解物料的温度（酸解物料温度≤70℃，因现有技术为正压工况，夏季温度高，散热差，很难保证物料温度≤70℃，为保证物料温度，需延长反应周期，降低了设备利用效率，可提高设备利用率15%）。

本发明不仅解决了现有硫酸法钛白粉生产酸解尾气处理不彻底的问题，同时从根本上改善了酸解反应的操作环境及工艺环境，提高了设备的利用率。经改造后的酸解尾气烟囱，无烟带，无烟羽，基本实现了尾气脱白，满足当今清洁文明生产的理念。

以上所述，本发明的优点是：采用喷淋塔进行降温冷却，组合文丘里洗涤器进行碱吸，尾气风机排空，冷却***循环***间接冷却，加药***自动加药，置换外排装置，DCS仪表自控***），实现了分段处理，有机组合，整体运行的设计理念，喷淋塔的冷却降温实现了大量烟气的冷凝，为文丘里洗涤器进一步碱吸创造了条件，文丘里碱吸合理的液气比和串联吸收，保证了处理效果，尾气风机提供动力，保证了***负压，冷却***循环冷却，保证了喷淋液的温度，自控***自动控制，实现自动控制。多单元的有机整合，保证***运行的可靠性，保证了酸解尾气处理的效果，本技术不仅可以在新建项目上使用，也可对现有硫酸法钛白粉间隙酸解的尾气处理***进行改造，实现负压工况下的优化处理。是满足当前及未来硫酸法钛白粉间隙酸解尾气负压处理的技术的理想选择。

本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种硫酸法钛白粉酸解尾气处理***，其特征在于，包括：

喷淋塔装置，所述喷淋塔装置包括：喷淋塔（1），所述喷淋塔（1）的下部设有酸解尾气进口（101）和出液口（104），所述喷淋塔（1）的上部设有一级喷淋液进口（102）和二级喷淋液进口（103）；所述喷淋塔（1）的顶部设有出气口（105）；

文丘里装置，所述文丘里装置包括：一级文丘里组件（4），所述一级文丘里组件（4）连接至所述出气口（105），所述一级文丘里组件（4）的排气口连接至二级文丘里组件（9），所述二级文丘里组件（9）的排气口通过尾气风机（13）连接至烟囱（14）；

碱液循环装置，所述碱液循环装置包括：碱液循环池（5），所述碱液循环池（5）用于通过喷淋泵向一级喷淋液进口（102）和二级喷淋液进口（103）输送碱液，并通过出液口（104）回收碱液；所述碱液循环池（5）还用于通过喷淋泵向一级文丘里组件（4）和二级文丘里组件（9）输送碱液，并回收碱液；

第一循环冷却***（17），所述第一循环冷却***（17）用于对碱液进行循环冷却；

第二循环冷却***（15），所述第二循环冷却***（15）用于对输送至一级文丘里组件（4）和二级文丘里组件（9）的碱液进行冷却；

自动补碱***（18），所述自动补碱***（18）用于调控碱液量和碱液PH。

2.根据权利要求1所述的一种硫酸法钛白粉酸解尾气处理***，其特征在于，所述碱液循环池（5）或碱液输送管道中设有PH传感器，该PH传感器通过DCS控制***与自动补碱***（18）联动控制。

3.根据权利要求1所述的一种硫酸法钛白粉酸解尾气处理***，其特征在于，所述第一循环冷却***（17）包括第一换热器（173），碱液输送管进入到该第一换热器（173）中进行热交换，所述第一换热器（173）的冷却水通过第一冷却水泵（172）输送至第一冷却塔（171）进行散热。

4.根据权利要求1所述的一种硫酸法钛白粉酸解尾气处理***，其特征在于，所述第二循环冷却***（15）包括两个第二换热器（8），两个所述的第二换热器（8）分别用于对输送至一级文丘里组件（4）和二级文丘里组件（9）的碱液进行换热；所述第二换热器（8）的冷却水通过第二冷却水泵（16）输送至第二冷却塔（15）进行散热。

5.根据权利要求1所述的一种硫酸法钛白粉酸解尾气处理***，其特征在于，所述一级文丘里组件（4）和二级文丘里组件（9）均为双文丘里管结构，所述一级文丘里组件（4）的下部设有第一气液分离器（6），所述第一气液分离器（6）分离后的碱液通过管路回流至碱液循环池（5）中，所述第一气液分离器（6）分离后的气体通过管路进入到二级文丘里组件（9）中。

6.根据权利要求5所述的一种硫酸法钛白粉酸解尾气处理***，其特征在于，所述二级文丘里组件（9）的下部设有第二气液分离器（12），所述第二气液分离器（12）分离后的碱液通过管路回流至碱液循环池（5）中，所述第二气液分离器（12）分离后的气体通过尾气风机（13）排至烟囱（14）中。

7.一种硫酸法钛白粉酸解尾气处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10：酸解尾气经由管道进入到喷淋塔的下部，酸解尾气在喷淋塔中自下而上运动；

S20：碱液通过输送泵经由管道进入到喷淋塔的中部和上部，进行喷淋操作，碱液与酸解尾气在喷淋塔中进行反应；反应后的液体从喷淋塔下部的出液口回流至减压循环池中，反应后的气体从喷淋塔上部的出气口进入到文丘里装置中；

S30：碱液通过输送泵经由管道进入到文丘里装置中，与进入到文丘里装置中的气体进行反应，反应后的液体回流至减压循环池中，反应后的气体通过尾气风机排至烟囱中，所述尾气风机使气液反应体系处于负压；

S40：减压循环池中的碱液通过第一循环冷却***进行冷却；

S50：PH传感器获取碱液的酸碱度，并通过自动补碱***调控碱液量和碱液PH；

S60：碱液通过输送泵经由管道进入到文丘里装置之前，通过第二循环冷却***进行冷却。

8.根据权利要求7所述的一种硫酸法钛白粉酸解尾气处理方法，其特征在于，步骤S20中，两台喷淋泵分别控制两套喷淋操作，每台喷淋泵的流量为750m³/h~850m³/h。

9.根据权利要求7所述的一种硫酸法钛白粉酸解尾气处理方法，其特征在于，步骤S30中，文丘里喉管处气体流速为35m/s~50m/s；文丘里喉管直径为500mm~600mm；喷淋到文丘里装置中的碱液与文丘里装置中的气体的液气比为3~4。

10.根据权利要求7所述的一种硫酸法钛白粉酸解尾气处理方法，其特征在于，步骤S20和S30中，喷淋碱液的温度为≤45℃。

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