碱熔物中硫化钠的氧化转化方法及装置

摘要

本发明公开了一种碱熔物中硫化钠的氧化转化方法及装置。该方法包括以下步骤：黑液燃烧产生的碱熔物从碱回收炉底导入炉腔；采用绝热保温管从碱回收炉的炉膛引出热尾气，与空气混合后导入炉腔；碱熔物在的导流板作用下，横向分布，形成薄层流体，薄层流体中的硫化钠与混合热气中氧气接触，发生氧化反应，生成二氧化硫和碳酸钠，经后续处理可回收利用。还公开了实现本发明所采用的装置。本发明实现了高温流体的自动分散，提高发生氧化反应效率，同时保证碱熔物以流体形式存在，便于流动和排出炉体。

权利要求

1.一种碱熔物中硫化钠的氧化转化方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）炉体预热：开启热气流量控制阀门，引入来自碱回收炉的炉膛的热尾气，通过绝热保温管给炉腔预热；

（2）导入碱熔物：碱熔物由碱熔物入口进入炉腔；

（3）引入空气：开启空气流量控制阀门，空气由空气入口进入，并在绝热保温管内与热尾气混合，得到350-600℃的混合热气；

（4）热气流量的控制：调节热气流量控制阀门，控制热尾气进入氧化炉；

（5）硫化钠氧化：碱熔物在炉腔内横向分布，形成薄层流体，薄层流体中的硫化钠与混合热气中氧气接触，生成二氧化硫和碳酸钠；

（6）气体排出：生成的二氧化硫及尾气由气体出口排出；

（7）氧化残渣排出：维持860-1000℃炉温，存留在氧化残渣存留室中的氧化残渣从氧化残渣排出口排出炉体。

2.根据权利要求1所述碱熔物中硫化钠的氧化转化方法，其特征在于，所述的步骤（1）中来自碱回收炉的炉膛的热尾气用燃烧燃油或燃料得到的热尾气替代。

3.根据权利要求1所述碱熔物中硫化钠的氧化转化方法，其特征在于，所述步骤（1）中炉腔的预热温度为600-900℃。

4.根据权利要求1所述碱熔物中硫化钠的氧化转化方法，其特征在于，所述步骤（2）中碱熔物的流量为2000-50000kg/h。

5.根据权利要求1所述碱熔物中硫化钠的氧化转化方法，其特征在于，所述步骤（3）中3

空气的流量为50000-2500000m/h。

6.如权利要求1所述碱熔物中硫化钠的氧化转化方法中所使用的氧化转化装置，包括炉顶（5）、炉壁（10）和炉底（14），其特征在于：所述炉顶（5）安装有碱熔物入口（6）和绝热保温管（1），所述绝热保温管（1）设有热气入口（15），热气入口（15）的下方安装有热气流量控制阀门（2），热气流量控制阀门（2）下方设有空气入口（3），空气入口（3）与空气流量控制阀门（4）连接；由炉顶（5）、炉壁（10）和炉底（14）构成的炉腔（16）内安装有2层以上正向导流板（7）及2层以上反向导流板（8），所述正向导流板（7）或反向导流板（8）与炉壁（10）连接，交错排列，与水平面形成5-30°下斜角度，在正向导流板（7）或反向导流板（8）的最低侧与对面炉壁（10）留有空隙；所述炉腔（16）下部设有气体出口（11）；在气体出口（11）下方与炉底（14）上设有氧化残渣存留室（12），氧化残渣存留室（12）设有氧化残渣排出口（13）。

7.根据权利要求6所述碱熔物中硫化钠的氧化转化方法中所使用的氧化转化装置，其特征在于：所述正向导流板（7）或反向导流板（8）上安装有1条以上凸起栏板（9）。

8.根据权利要求6所述碱熔物中硫化钠的氧化转化方法中所使用的氧化转化装置，其特征在于：所述炉顶（5）和炉壁（10）外披钢壳，内由高铝砖砌成或者高铝混凝土浇注成型；

所述炉底（14）由高铝砖砌成或者高铝混凝土浇注成型；所述正向导流板（7）或反向导流板（8）由高铝棒紧密排列而成。

9.根据权利要求6所述碱熔物中硫化钠的氧化转化方法中所使用的氧化转化装置，其特征在于：所述正向导流板（7）或反向导流板（8）为2-4层。

10.根据权利要求6所述碱熔物中硫化钠的氧化转化方法中所使用的氧化转化装置，其特征在于：所述正向导流板（7）或反向导流板（8）上安装的凸起栏板（9）为2-5条。

说明书

碱熔物中硫化钠的氧化转化方法及装置

技术领域

[0001] 本发明属于制浆造纸技术领域，涉及造纸污水处理，具体来说涉及制浆黑液燃烧产生的碱熔物中硫化钠的氧化转化方法及装置。

背景技术

[0002] 制浆黑液是化学制浆过程产生的粘稠液，黑液中含有大量有机质，其中包括的有机质以碱木素为主，还包括己（或戊）糖酸钠、乙酸钠和甲酸钠等成分，对应不同浓度的黑液，其COD（化学需氧量，定义：单位体积废水所含有物质完全被氧化所需的氧元素的质量）-1总量达到38400-1426000mgl ，是一种潜在的水体污染源，任意排放将造成严重污染。同时，黑液固形物发热值为1.4-1.6MJ/kg，是一种可再生能源；黑液中含有木素高分子物质，是一种天然的有机高分子原料，可以广泛应用在高分子合成材料。

[0003] 制浆黑液产量大，每生产1吨风干纸浆伴随产生约1.5-1.7吨黑液固形物，2010年国内新生产纸浆2005万吨，其中约70%为化学浆计算，伴随产生约1650-2100万吨黑液，其发热总量相当于560-700万吨标准煤。因此，充分利用和回收其热能和有用的化学成分，减少黑液对水体的污染，已经成为制浆厂的重要工作内容，是提高制浆厂节能减排和提高经济效益的重要手段。

[0004] 当前制浆造纸行业普遍采用燃烧法处理黑液。黑液燃烧其工艺流程是：将稀黑液浓缩到固形物含量的60-75%后，再用喷枪将浓黑液喷入碱回收炉炉膛，经过三次吹风，使浓黑液完全燃烧，达到消除有机污染物的目的，同时回收黑液热能，但是，受炉体结构和燃烧工艺的限制，碱回收炉的热能效率较低，只有55-67%。

[0005] 近30年来黑液气化研究蓬勃发展，黑液气化被认为是传统的燃烧法的将来替代者。黑液气化的工艺流程是：将稀黑液浓缩到固形物含量的60-75%后，利用喷枪使适量的氧气和浓黑液混合雾化并喷入气化炉内。氧气和浓黑液在气化炉内，发生干燥、裂解反应、不完全燃烧反应和焦炭气化反应，生成含有以H2和CO为主要成分的生物质合成气，同时得到以Na2CO3为主的碱熔物。生物质合成气经过脱硫净化后，可以进一步合成机动车需要的甲醇和二甲醚等燃料。黑液气化也存在稀黑液蒸发量大及无法回收黑液中木素的不足。

[0006] 面临能源短缺和全球气候变暖的双重挑战，如何有效地地处理和利用黑液成为人们关注的问题，也成为科学研究的热点。为此，发明人发明了《一种木素提取联合碱回收的黑液处理方法》，并与本发明同时申请发明专利。该方法包括以下步骤：木素提取、酸性滤液循环利用、稀黑液蒸发浓缩、回收热能、碱熔物氧化、硫酸制备、碱熔物焙烧残渣的溶解和绿液碱化，蒸煮产生的稀黑液分成两部分，将重量百分比为30-50%的稀黑液进行木素提取，木素提取分离产生的酸性滤液，部分用于稀黑液的酸化，另一部分经过碱化后，用作蒸煮液；重量百分比为50-70%的稀黑液被输送到蒸发器进行浓缩，然后喷入碱回收炉内燃烧，回收碱物质、热能。该方法能够从黑液中回收30%-50%的木素，回收80%-90%的碱物质，减少30%-50%的稀黑液蒸发量，并在系统内生产硫酸及循环利用，基于制浆厂现有设备及技术，工艺改造的投入小。

发明内容

[0007] 本发明的目的是针对上述问题及发明专利《一种木素提取联合碱回收的黑液处理方法》，提供一种制浆黑液燃烧产生的碱熔物中硫化钠的氧化转化方法及装置，该方法及装置实现了高温流体的自动分散，提高发生氧化反应效率，同时保证碱熔物以流体形式存在，便于流动和排出炉体。

[0008] 本发明所述的碱熔物，为碱法制浆蒸煮工序产生的稀黑液，经多效蒸发器浓缩，得到浓度为60-75%的强浓黑液，用喷枪将强浓黑液喷入碱回收炉内燃烧，得到主要成分为硫化钠和碳酸钠的碱熔物及热尾气。

[0009] 本发明的技术方案是这样实现的：

[0010] 碱熔物中硫化钠的氧化转化方法，包括以下步骤：

[0011] 1.炉体预热：开启热气流量控制阀门，引入来自碱回收炉的炉膛的热尾气，通过绝热保温管给炉腔预热；

[0012] 2.导入碱熔物：碱熔物由碱熔物入口进入炉腔；

[0013] 3.引入空气：开启空气流量控制阀门，空气由空气入口进入，并在绝热保温管内与热气混合，得到350-600℃的混合热气；

[0014] 4.热气流量的控制：调节热气流量控制阀门，控制热尾气进入氧化炉；

[0015] 5.硫化钠氧化：碱熔物在炉腔内横向分布，形成薄层流体，薄层流体中的硫化钠与混合热气中氧气接触，生成二氧化硫和碳酸钠；

[0016] 主要化学反应为：

[0017] 2Na2S+2CO2+3O2→2Na2CO3+2SO2

[0018] 6.气体排出：生成的二氧化硫及尾气由气体出口排出；

[0019] 7.氧化残渣排出：维持860-1000℃炉温，存留在氧化残渣存留室中主要成分为碳酸钠的氧化残渣从氧化残渣排出口排出炉体。

[0020] 以上所述的步骤1中来自碱回收炉的炉膛的热尾气可以用燃烧燃油或燃料得到的热尾气替代。

[0021] 以上所述步骤1中炉腔的预热温度为600-900℃。

[0022] 以上所述步骤2中碱熔物的流量根据炉腔的大小及生产规模确定，对于100-2500吨/天的碱回收炉，碱熔物进入炉腔的流量优选为2000-50000kg/h。

[0023] 以上步骤3中空气的流量根据反应的氧气消耗量（按碱熔物流量、硫化钠含量及3
反应方程式计算），空气的流量优选为50000-2500000m/h，所述空气为常规新鲜空气。

[0024] 一种以上所述碱熔物中硫化钠的氧化转化方法中所使用的氧化转化装置，包括炉顶、炉壁和炉底，所述炉顶安装有碱熔物入口和绝热保温管，所述绝热保温管设有热气入口，热气入口的下方安装有热气流量控制阀门，热气流量控制阀门下方设有空气入口，空气入口与空气流量控制阀门连接；由炉顶、炉壁和炉底构成的炉腔内安装有2层以上正向导流板及2层以上反向导流板，所述正向导流板或反向导流板与炉壁连接，交错排列，与水平面形成5-30°下斜角度，在正向导流板或反向导流板的最低侧与对面炉壁留有空隙；所述炉腔下部设有气体出口；在气体出口下方与炉底上设有氧化残渣存留室，氧化残渣存留室设有氧化残渣排出口。

[0025] 以上所述正向导流板或反向导流板交错排列，与水平面形成5-30°下斜角度，从碱回收炉流出的碱熔物落到导流板上，可以顺着导流板摊开，横向分布，形成薄层流体，薄层流体和混合热气从正向导流板的低端空隙流到反向导流板的高端，再从反向导流板的低端空隙流到正向导流板的高端，所述空隙大小可以根据生产规模和装置大小调整，在炉腔的有限空间内增大了薄层流体与混合热气接触的面积，提高发生氧化反应效率，根据生产规模及装置大小，可以分别安装2层以上正向导流板及2层以上反向导流板，优选2-4层；可以在正向导流板或反向导流板上安装凸起栏板，凸起栏板能使薄层流体分布均匀，增加薄层流体与混合热气接触的面积，提高发生氧化反应效率，根据生产规模及装置大小，安装
1条以上凸起栏板，优选安装2-5条凸起栏板。

[0026] 以上所述碱熔物中硫化钠的氧化转化方法中所使用的氧化转化装置，可以选用本领域常用的具有耐高温、耐腐蚀的材料制造，优选的：所述炉顶和炉壁外披钢壳，内由高铝砖砌成或者高铝混凝土浇注成型；所述炉底由高铝砖砌成或者高铝混凝土浇注成型；所述正向导流板或反向导流板由高铝棒紧密排列而成。

[0027] 本发明的有益效果是：

[0028] 1.实现高温流体的自动分散，在炉腔的有限空间内增大了薄层流体与混合热气接触的面积，提高发生氧化反应效率。

[0029] 2.炉腔的炉温维持在860℃-1000℃，从而保证碱熔物以流体形式存在，便于流动和排出炉体。

[0030] 3.利用从碱回收炉引出热气对炉体及空气进行加热，节能降耗，降低了生产成本。

附图说明

[0031] 图1是本发明碱熔物中硫化钠的氧化转化方法中所使用的氧化转化装置图。

[0032] 图中设备名称及序号：

[0033] 1.绝热保温管 2.热气流量控制阀门 3.空气入口 4.空气流量控制阀门 5.炉顶[0034] 6.碱熔物入口 7.正向导流排 8.反向导流排 9.凸起栏板 10.炉壁 11.气体出口

[0035] 12.氧化残渣存留室 13.氧化残渣排出口 14.炉底 15.热气入口 16.炉腔[0036] 如图1所示，碱熔物中硫化钠的氧化转化方法中所使用的氧化转化装置，包括炉顶5、炉壁10和炉底14，所述炉顶5安装有碱熔物入口6和绝热保温管1，所述绝热保温管1设有热气入口15，热气入口15的下方安装有热气流量控制阀门2，热气流量控制阀门2下方设有空气入口3，空气入口3与空气流量控制阀门4连接；由炉顶5、炉壁10和炉底14构成的炉腔16内安装有2层以上正向导流板7及2层以上反向导流板8，所述正向导流板7或反向导流板8与炉壁10连接，交错排列，与水平面形成5-30°下斜角度，在正向导流板7或反向导流板8的最低侧与对面炉壁留有空隙，正向导流板7及反向导流板8上安装有2条凸起栏板9；所述炉腔16下部设有气体出口11；在气体出口11下方与炉底14上设有氧化残渣存留室12，氧化残渣存留室12设有氧化残渣排出口13。

[0037] 以上所述碱熔物中硫化钠的氧化转化方法中所使用的氧化转化装置，可以选用本领域常用的具有耐高温、耐腐蚀的材料制造，优选的：所述炉顶和炉壁外披钢壳，内由高铝砖砌成或者高铝混凝土浇注成型；所述炉底由高铝砖砌成或者高铝混凝土浇注成型；所述正向导流板或反向导流板由高铝棒紧密排列而成。

具体实施方式

[0038] 下面结合附图及实施例对本发明做详细说明。

[0039] 实施例1

[0040] 如图1，一种碱熔物中硫化钠的氧化转化方法，包括以下步骤：

[0041] 1.炉体预热：开启热气流量控制阀门2，引入来自碱回收炉的炉膛的热尾气，通过绝热保温管1给炉腔16预热，预热温度为600℃；

[0042] 2.导入碱熔物：来自碱回收炉的碱熔物由碱熔物入口6进入炉腔16，碱熔物的流量为2000kg/h（碱回收炉的处理量为100吨/天）；

[0043] 3.引入空气：开启空气流量控制阀门4，空气由空气入口3进入，空气的流量为3
50000m/h，并在绝热保温管1内与热气混合，得到350-600℃的混合热气；

[0044] 4.热气流量的控制：调节热气流量控制阀门2，控制热尾气进入氧化炉；

[0045] 5.硫化钠氧化：碱熔物在炉腔16内横向分布，形成薄层流体，薄层流体中的硫化钠与混合热气中氧气接触，生成二氧化硫和碳酸钠；

[0046] 6.气体排出：生成的二氧化硫及尾气由气体出口11排出，进入硫酸生产单元生产硫酸；

[0047] 7.氧化残渣排出：维持860℃炉温，存留在氧化残渣存留室12中的氧化残渣从氧化残渣排出口13排出炉体，进入溶解室，经溶解和苛化反应，回收碱液。

[0048] 实施例2

[0049] 如图1，一种碱熔物中硫化钠的氧化转化方法，包括以下步骤：

[0050] 1.炉体预热：开启热气流量控制阀门2，引入来自碱回收炉的炉膛的热尾气，通过绝热保温管1给炉腔16预热，预热温度为750℃；

[0051] 2.导入碱熔物：来自碱回收炉的碱熔物由碱熔物入口6进入炉腔16，碱熔物的流量为6000kg/h（碱回收炉的处理量为300吨/天）；

[0052] 3.引入空气：开启空气流量控制阀门4，空气由空气入口3进入，空气的流量为3
150000m/h，并在绝热保温管1内与热气混合，得到350-600℃的混合热气；

[0053] 4.热气流量的控制：调节热气流量控制阀门2，控制热尾气进入氧化炉；

[0054] 5.硫化钠氧化：碱熔物在炉腔16内横向分布，形成薄层流体，薄层流体中的硫化钠与混合热气中氧气接触，生成二氧化硫和碳酸钠；

[0055] 6.气体排出：生成的二氧化硫及尾气由气体出口11排出，进入硫酸生产单元生产硫酸；

[0056] 7.氧化残渣排出：维持900℃炉温，存留在氧化残渣存留室12中的氧化残渣从氧化残渣排出口13排出炉体，进入溶解室，经溶解和苛化反应，回收碱液。

[0057] 实施例3

[0058] 如图1，一种碱熔物中硫化钠的氧化转化方法，包括以下步骤：

[0059] 1.炉体预热：开启热气流量控制阀门2，引入用燃烧燃油或燃料得到的热尾气，通过绝热保温管1给炉腔16预热，预热温度为900℃；

[0060] 2.导入碱熔物：来自碱回收炉的碱熔物由碱熔物入口6进入炉腔16，碱熔物的流量为50000kg/h（碱回收炉的处理量为2500吨/天）；

[0061] 3.引入空气：开启空气流量控制阀门4，空气由空气入口3进入，空气的流量为3
2500000m/h，并在绝热保温管1内与热气混合，得到350-600℃的混合热气；

[0062] 4.热气流量的控制：调节热气流量控制阀门2，控制热尾气进入氧化炉；

[0063] 5.硫化钠氧化：碱熔物在炉腔16内横向分布，形成薄层流体，薄层流体中的硫化钠与混合热气中氧气接触，生成二氧化硫和碳酸钠；

[0064] 6.气体排出：生成的二氧化硫及尾气由气体出口11排出，进入硫酸生产单元生产硫酸；

[0065] 7.氧化残渣排出：维持1000℃炉温，存留在氧化残渣存留室12中的氧化残渣从氧化残渣排出口13排出炉体，进入溶解室，经溶解和苛化反应，回收碱液。