一种废硫酸的回收处理装置及其应用
技术领域
本发明属于于危险废液处理技术领域，特别涉及一种废硫酸的回收处理装置及处理废硫酸的方法。
背景技术
硫酸是基础化工原料，广泛应用于化工、冶金等行业。传统工业会产生大量的废硫酸，其中高浓度含焦油质废硫酸危害程度最为严重，而据统计国内每年产生废硫酸大约有两千多万吨。
目前，传统的废硫酸处理方式，是采用焚烧法进行处理，即将废硫酸加入焚烧炉中进行高温热解产生二氧化硫及二氧化碳等，经近一步净化，转化和吸收生成浓硫酸，该工艺处理彻底，但是，焚烧法处理废硫酸的投资巨大、能耗高、运行成本高、达不到综合利用的目的，运行状况不佳；同时，部分废硫酸未经充分处理便被排出，这样容易造成水体或土壤酸化，给生态环境带来了较大的危害，而且浪费大量资源，不利于现代绿色化工的持续发展。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术中的技术问题，提供一种废硫酸的回收处理装置，相对于焚烧工艺，本申请工艺简单、投资小、运行成本低、并能达到综合利用的目的。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种废硫酸的回收处理装置，其包括：解析器、过滤器和一级至N级的多级对冲浓缩器，其中，
一级至N级的所述对冲浓缩器依次串连，每级所述对冲浓缩器相对的内侧壁上分别设置有用于进液的雾化器和用于进气的喷气部件，所述对冲浓缩器上还设置有除雾器；
所述解析器的出液口通过第一管道与所述过滤器的进液口连接，所述过滤器的出液口通过第二管道与所述一级对冲浓缩器的雾化器进液口连接。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用通入高温干燥气体的方法对雾化后的硫酸进行浓缩处理，雾化后的硫酸与高温干燥气体接触面积大，传热效果好，原料处理成本低，有助于加快硫酸的浓缩速度，高效便捷；
(2)本发明回收处理装置对设备友好、腐蚀小，能够大大延长装置使用寿命；
(3)通过过滤器能够去除废硫酸中的大分子化合物和焦油质，为提高浓缩硫酸的质量奠定基础；
(4)解析器可以将硫酸和焦油质分层、分离；
(5)本发明能够在达到硫酸处理回用为前提下，工艺简单，投资少，运行费用低。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，还包括位于所述过滤器与所述一级对冲浓缩器之间的萃取器，所述萃取器的进液口通过第三管道与所述过滤器的出液口连接，所述萃取器的出液口通过第四管道与所述一级对冲浓缩器的雾化器进液口连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过萃取器，能够将硫酸与贵重有机物进行分离，不仅实现对废硫酸的处理，还为回收噻吩奠定物质基础。
进一步，所述第三管道上设置有带有控制阀的第一分流管。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过第一分流管，能够将含噻吩磺酸的废萃取剂输送至萃取剂再生塔中，噻吩磺酸在一定温度下发生水解反应生成噻吩，从而方便回收萃取剂和噻吩。
进一步，还包括位于所述过滤器与所述萃取器之间的吸附器，所述过滤器的进液口通过第五管道与所述吸附器的出液口连接，所述吸附器的出液口通过第六管道与所述萃取器进液口连接；所述第一管道上设置有带有控制阀的第二分流管。
进一步，所述N级为三级或四级；相邻两级的所述对冲浓缩器之间设置有缓冲罐，所述缓冲罐的进液口通过第六管道与上一级所述对冲浓缩器出液口连接，所述缓冲罐的出液口通过第七管道与下一级所述对冲浓缩器进液口连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过限定对冲浓缩器的处理次数，可以保证废硫酸的处理质量，同时有效控制生产成本；通过设置缓冲罐能够对对冲浓缩器起到保护作用，提高生产安全性。
进一步，所述喷气部件由多个喷气管组成，多个所述喷气管间隔设置于所述对冲浓缩器上。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过多个喷气管，能够扩大高温干燥气体的覆盖面积，增大气液接触面积，从而提高处理效率。
另外本发明提供一种利用上述废硫酸的回收处理装置处理废硫酸的方法，其能够解决目前硫酸回收工艺复杂、投资大、运行费用高、硫酸回收效率不高，稳定性较差的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种利用如上述废硫酸的回收处理装置处理废硫酸的方法，包括如下步骤：
S1.解析处理：将废硫酸注入解析器中，再加入解析剂进行解析，其后经静置和分离，得到解析后的废硫酸和沥青质；其后将所述解析后的废硫酸注入过滤器中，将所述沥青质排出；
其中，所述解析剂为水、盐水、稀硫酸中的任意一种或两种以上
S2.过滤处理：将经步骤S1解析后的废硫酸注入填有过滤剂的过滤器中进行过滤；
其中，所述吸附剂为活性炭、焦炭和白土中的任意一种或两种以上；
S3.一级浓缩处理:将经步骤S2吸附的废硫酸注入一级对冲浓缩器的雾化器中，启动除雾器，通过喷气部件向一级对冲浓缩器中通入干燥高温气体；再启动雾化器，将经步骤S2吸附的废硫酸注入到一级对冲浓缩器中，所述经步骤S2吸附的废硫酸与所述干燥高温气体接触，形成一级浓缩硫酸液和一级蒸发气体；
其中，所述干燥高温气体的浓度为0.01ppm-0.03ppm，所述干燥高温气体的温度为300℃-350℃，所述干燥高温气体的压强为0.2MPa-0.4MPa；
S4.二级至N级浓缩处理：按照步骤S3的接触方式，将步骤S3的一级浓缩硫酸液依次加入二级至N级的对冲浓缩器内，分别进行二级至N级浓缩，即得。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用雾化后的硫酸与高温干燥气体接触的方式进行浓缩，传热效果好，反应速度快，操作更加简便；
(2)本发明浓缩硫酸的效果稳定，再生酸(即浓硫酸)的浓度几乎均能够达到92.5％以上；
(3)通过解析剂能够对含有沥青质的废硫酸进行处理，并能够回收沥青质，从而扩展本方法的处理范围。
进一步，在所述一级浓缩处理步骤之前，还包括萃取处理的步骤，具体如下：将经步骤S2吸附的废硫酸注入萃取器中，再加入萃取剂进行萃取，其后经静置和分离，得到稀硫酸和废萃取剂；其后将所述稀硫酸注入一级对冲浓缩器的雾化器中；
其中，所述萃取剂为苯酚、洗油、粗酚和甲醛中的任意一种或两种以上；
其中，所述萃取剂与所述经步骤S2吸附的废硫酸的体积比例为：(1.2-1.8):1。
采用上述进一步方案的有益效果是：如废硫酸中含有贵重有机物(如噻吩)本发明采用物理分离的方法，对原组分基本没有破坏，为后续回收萃取剂及贵重有机化合物奠定基础。
进一步，还包括萃取剂的再生步骤，具体如下：将废萃取剂加入到蒸馏器中进行蒸馏，在加热过程中废萃取剂中的噻吩磺酸发生水解反应生成贵重有机物噻吩，蒸馏器采用全回流，反应温度为160℃-180℃，得到含噻吩的废萃取剂和硫酸；再调整蒸馏器为全流出，反应温度为160℃-180℃，其后经分离，即得到萃取剂和噻吩。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过再生步骤能够将萃取剂和噻吩进行回收利用，从而提高整个工艺的附产价值，有助于缩减生产成本，将方法推广使用。
进一步，在所述萃取处理步骤之前，吸附处理：将经步骤S2过滤的废硫酸注入内部设有吸附剂层的吸附器内，静止处理20min-30min；
其中，所述吸附剂层为活性炭层、焦炭层和白土层中的任意一种或两种以上。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过吸附处理，能够进一步处理焦油质，同时去掉废硫酸的色素，特别是含铁离子的物质，从而实现对废硫酸的处理。
进一步，所述废硫酸与所述解析剂的体积比例为(1.5-2.5):1。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过限定废硫酸与解析剂的体积比例，能够实现明显分层，从而方便从废硫酸中分离出沥青质。
附图说明
图1为本发明回收处理装置的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
2、一级对冲浓缩器；4、雾化器；6、喷气部件；8、喷气管；10、除雾器；12、过滤器；14、吸附器；16、萃取器；18、解析器；20、缓冲罐；22、第一分流管；24、第二分流管；26、泵；201、二级对冲浓缩器；202、三级对冲浓缩器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
下面是结合附图1对本发明进一步说明：
实施例1
本方式提供一种废硫酸的回收处理装置，如图1所示，其包括：解析器18、过滤器12、一级对冲浓缩器2、二级对冲浓缩器201和三级对冲浓缩器202，其中，
一级对冲浓缩器2、二级对冲浓缩器201和三级对冲浓缩器202依次串连，每级所述对冲浓缩器相对的内侧壁上分别设置有用于进液的雾化器4和用于进气的喷气部件6，所述对冲浓缩器上还设置有除雾器10；
所述解析器18的出液口通过第一管道与所述过滤器12的进液口连接，所述过滤器12的出液口通过第二管道与所述一级对冲浓缩器2的雾化器4进液口连接。
本方式能够解决焚烧法处理废硫酸的工艺简单，投资成本大，运行成本高、回报低，达不到综合利用的目的技术问题。
本方式回收处理装置对设备友好，腐蚀小，能够在达到硫酸处理回用为前提下，工艺简单，投资少运行费用低，能够大大延长装置使用寿命，其中，采用通入高温干燥气体的方法对雾化后的硫酸进行浓缩处理，雾化后的硫酸与高温干燥气体接触面积大，传热效果好，原料成本低，有助于加快硫酸的浓缩速度，高效便捷；通过过滤器12能够去除废硫酸中的大分子化合物，为提高浓缩硫酸的质量奠定基础。
可以理解的是，相邻设备之间应该设置有泵26，例如过滤器12与吸附器14之间通过，第一管道和泵26连接，这样才能够处理液进行传输。
进一步，还包括位于所述过滤器12与所述一级对冲浓缩器2之间的所述萃取器16，所述萃取器16的进液口通过第三管道与所述过滤器12的出液口连接，所述萃取器16的出液口通过第四管道与所述一级对冲浓缩器2的雾化器4进液口连接。
这样，通过萃取器16，能够将硫酸与噻吩磺酸进行分离，不仅实现对废硫酸的处理，还为回收噻吩奠定物质基础。
进一步，所述第三管道上设置有带有控制阀的第一分流管22。
这样，通过第一分流管22，能够将噻吩磺酸输送至萃取剂再生塔中，方便回收萃取剂和噻吩。
进一步，还包括位于所述过滤器12与所述萃取器16之间的吸附器14，所述过滤器12的进液口通过第五管道与所述吸附器14的出液口连接，所述吸附器14的出液口通过第六管道与所述萃取器16进液口连接；所述第一管道上设置有带有控制阀的第二分流管24。
这样，通过吸附器14，能够进一步处理焦油质，同时去掉废硫酸的色素，从而实现对废硫酸的处理；通过第二分流管24，能够将沥青质输送出，使沥青质能够得到再利用。
进一步，所述N级为三级。
这样，通过限定对冲浓缩器的处理次数，可以保证废硫酸的处理质量，同时有效控制生产成本。
进一步，相邻两级的所述对冲浓缩器之间设置有缓冲罐20，所述缓冲罐20的进液口通过第六管道与上一级所述对冲浓缩器出液口连接，所述缓冲罐20的出液口通过第七管道与下一级所述对冲浓缩器进液口连接。
这样，通过设置缓冲罐20能够对对冲浓缩器起到保护作用，提高生产安全性。
进一步，所述喷气部件6由多个喷气管8组成，多个所述喷气管8间隔设置于所述对冲浓缩器上。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过多个喷气管8，能够扩大高温干燥气体的覆盖面积，从而提高处理效率。
下面，为了验证本发明废硫酸的回收处理装置的处理效果，我们利用实施1的所述废硫酸的回收处理装置进行3组试验。下述实施例1至实施例3中，废硫酸、吸附剂、萃取剂和解析剂等原料可以市售购买，如废硫酸可以购自潍焦集团日升公司和青海盐湖集团的废硫酸；水可以购自实验场所的自来水；活性炭可以购自湖北金鹤化工有限公司；苯酚可以购自济南均源化工有限公司。
实施例2
一种利用上述废硫酸的回收处理装置处理废硫酸的方法，包括如下步骤：
S1.解析处理：将2吨废硫酸注入解析器18中，再加入1吨水进行解析，其后经静置和分离，得到解析的废硫酸和沥青质；其后将所述解析后的废硫酸注入过滤器12中，将所述沥青质从第二分流管24排出；
S2.过滤处理：将经步骤S1解析的废硫酸注入填有焦炭的过滤器12中进行过滤；
S3.吸附处理：将经步骤S2过滤的废硫酸注入内部设有活性炭层的吸附器14内，静止处理30min；
S4.萃取处理：将经步骤S3吸附的废硫酸注入萃取器16中，再加入苯酚进行萃取，其后经静置和分离，得到稀硫酸和废萃取剂；其后将所述稀硫酸注入一级对冲浓缩器2的文氏雾化器4中，将所述废萃取剂从第一分流管22排出；
其中，所述苯酚与所述经步骤S3吸附的废硫酸的体积比例为：1.5:1；
S5.一级浓缩处理:将经步骤S4的稀硫酸注入一级对冲浓缩器2的文氏雾化器4中，启动除雾器10，通过喷气部件6向一级对冲浓缩器2中通入干燥高温气体；再启动文氏雾化器4，将经步骤S4的稀硫酸注入到一级对冲浓缩器2中，所述经步骤S4的稀硫酸与所述干燥高温气体接触，形成一级浓缩硫酸液和一级蒸发气体；
其中，所述干燥高温气体的浓度为0.01ppm，所述干燥高温气体的温度为320℃，所述干燥高温气体的压强为0.3MPa；
S6.二级至三级浓缩处理：按照步骤S5的接触方式，将步骤S5的一级浓缩硫酸液依次加入二级对冲浓缩器201和三级对冲浓缩器202内，分别进行二级和三级浓缩，即得浓硫酸；
S7.再生步骤：将废萃取剂加入到蒸馏器中进行水解反应，蒸馏器采用全回流，反应温度为168℃，得到含噻吩的废萃取剂和硫酸；再调整蒸馏器为全流出，反应温度为172℃，其后经分离，即得到萃取剂和噻吩。
实施例3
一种利用上述废硫酸的回收处理装置处理废硫酸的方法，包括如下步骤：
S1.解析处理：将2.5吨废硫酸注入解析器18中，再加入1吨稀硫酸进行解析，其后经静置和分离，得到解析的废硫酸和沥青质；其后将所述解析后的废硫酸注入过滤器12中，将所述沥青质从第二分流管24排出；
S2.过滤处理：将经步骤S1解析的废硫酸注入填有活性炭的过滤器12中进行过滤；
S3.吸附处理：将经步骤S2过滤的废硫酸注入内部设有白土层的吸附器14内，静止处理20min；
S4.萃取处理：将经步骤S3吸附的废硫酸注入萃取器16中，再加入粗酚进行萃取，其后经静置和分离，得到稀硫酸和废萃取剂；其后将所述稀硫酸注入一级对冲浓缩器2的文氏雾化器4中，将所述废萃取剂从第一分流管22排出；
其中，所述粗酚与所述经步骤S3吸附的废硫酸的体积比例为：1.8:1；
S5.一级浓缩处理:将经步骤S4的稀硫酸注入一级对冲浓缩器2的文氏雾化器4中，启动除雾器10，通过喷气部件6向一级对冲浓缩器2中通入干燥高温气体；再启动文氏雾化器4，将经步骤S4的稀硫酸吸附的废硫酸注入到一级对冲浓缩器2中，所述经步骤S4的稀硫酸与所述干燥高温气体接触，形成一级浓缩硫酸液和一级蒸发气体；
其中，所述干燥高温气体的浓度为0.03ppm，所述干燥高温气体的温度为300℃，所述干燥高温气体的压强为0.2MPa；
S6.二级至三级浓缩处理：按照步骤S5的接触方式，将步骤S5的一级浓缩硫酸液依次加入二级对冲浓缩器201和三级对冲浓缩器202内，分别进行二级和三级浓缩，即得浓硫酸；
S7.再生步骤：将废萃取剂加入到蒸馏器中进行水解反应，蒸馏器采用全回流，反应温度为178℃，得到含噻吩的废萃取剂和硫酸；再调整蒸馏器为全流出，反应温度为162℃，其后经分离，即得到萃取剂和噻吩。
实施例4
一种利用上述废硫酸的回收处理装置处理废硫酸的方法，包括如下步骤：
S1.解析处理：将1.5吨废硫酸注入解析器18中，再加入1吨盐水进行解析，其后经静置和分离，得到解析的废硫酸和沥青质；其后将所述解析后的废硫酸注入过滤器12中，将所述沥青质从第二分流管24排出；
S2.过滤处理：将经步骤S1解析的废硫酸注入填有焦炭的过滤器12中进行过滤；
S3.吸附处理：将经步骤S2过滤的废硫酸注入内部设有焦炭层的吸附器14内，静止处理25min；
S4.萃取处理：将经步骤S3吸附的废硫酸注入萃取器16中，再加入洗油进行萃取，其后经静置和分离，得到稀硫酸和废萃取剂；其后将所述稀硫酸注入一级对冲浓缩器2的文氏雾化器4中，将所述废萃取剂从第一分流管22排出；
其中，所述洗油与所述经步骤S3吸附的废硫酸的体积比例为：1.2:1；
S5.一级浓缩处理:将经步骤S4的稀硫酸注入一级对冲浓缩器2的文氏雾化器4中，启动除雾器10，通过喷气部件6向一级对冲浓缩器2中通入干燥高温气体；再启动文氏雾化器4，将经步骤S4的稀硫酸注入到一级对冲浓缩器2中，所述经步骤S4的稀硫酸与所述干燥高温气体接触，形成一级浓缩硫酸液和一级蒸发气体；
其中，所述干燥高温气体的浓度为0.02ppm，所述干燥高温气体的温度为350℃，所述干燥高温气体的压强为0.4MPa；
S6.二级至三级浓缩处理：按照步骤S5的接触方式，将步骤S5的一级浓缩硫酸液依次加入二级对冲浓缩器201和三级对冲浓缩器202内，分别进行二级和三级浓缩，即得浓硫酸；
S7.再生步骤：将废萃取剂加入到蒸馏器中进行水解反应，蒸馏器采用全回流，反应温度为160，得到含噻吩的废萃取剂和硫酸；再调整蒸馏器为全流出，反应温度为180℃，其后经分离，即得到萃取剂和噻吩。
经测试，上述实施例2至实施例4得到的各产品数据，见表1。
表1产品数据
从表1可知，本发明每100mL废硫酸中产出量为67.2mL-68.6mL，再生酸(即浓硫酸)的浓度均能够达到92.5％，说明本方法回收的浓硫酸符合回收质量标准，且回收量十分稳定。萃取剂的回收量(每100mL废硫酸)为56.5mL-58.0mL，沥青质(每100mL废硫酸)的回收量为14.3mL-14.5mL，噻吩(每100mL废硫酸)的回收量为0.61mL-0.63mL，说明本方法还能够回收较多的附加产品，经济效益佳，对环境更加友好。
下面是本发明方法与传统工艺的成本对比，见表2。
表2与传统工艺对比
从表2可知，采用传统的废硫酸焚烧制硫酸工艺，利润为-165.28元/废硫酸，基本属于生产亏本状态；本发明处理废硫酸的方法，利润为150元/吨废酸，经济效益良好，还能够得到附加产品沥青质和噻吩(贵重有机化合物)，以及回收一定量的萃取剂，说明能够降低投资和运行成本，有利于硫酸回收的规模化推广。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
