CN106731605A - 硝酸法磷酸装置反应槽尾气处理装置及方法 - Google Patents

硝酸法磷酸装置反应槽尾气处理装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硝酸法磷酸装置反应槽尾气处理装置，包括文丘里洗涤器、洗涤塔、氢氧化钾溶液罐和洗涤塔循环槽，反应槽尾气出口与文丘里洗涤器的上部进口连通，文丘里洗涤器的下部出口与洗涤塔的下部进口连通，在洗涤塔的内部设置有导流板，在导流板的上方设置有喷淋层，在喷淋层的上方设置有除雾层，所述氢氧化钾溶液罐通过吸收剂输送管道与喷淋层连通，所述洗涤塔的底部设置有循环浆液出口，所述循环浆液出口通过浆液输送管道与洗涤塔循环槽连通，洗涤塔循环槽通过浆液循环管道与喷淋层连通。本发明洗涤塔出口二氧化氮排放浓度≤240mg/m3，氟化物排放浓度(以氟计)≤9mg/m3；尾气经有效收集和治理后满足相应的国家排放标准。

Description

硝酸法磷酸装置反应槽尾气处理装置及方法
技术领域
本发明涉及一种硝酸法磷酸装置反应槽尾气处理装置及方法，属于化工尾气处理领域。
背景技术
工业废气是指企业厂区内燃料燃烧和生产工艺过程中产生的各种排入空气的含有污染物气体的总称。这些废气有：二氧化碳、二硫化碳、硫化氢、氟化物、氮氧化物、氯、氯化氢、一氧化碳、硫酸(雾)、铅汞、铍化物、烟尘及生产性粉尘等等。废气直接排入大气，会污染空气。而且这些废气中的有害物质通过呼吸道等途径进入人体内，有的直接产生危害，有的还有蓄积作用，会更加严重的危害人的健康。因此，国家对工业废气的排放有严格的标准，如GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》、GB3095-1996《环境空气质量标准》等等。工厂中产生的工业废气均需要处理达标后才能排放。
在化肥生产企业，硝酸法磷酸装置反应槽尾气中含有较高浓度的氟化物和NOX，其中氟化物含量为≤40Mg/m3，NOX含量为≤400Mg/m3。目前，没有较为经济适用的处理装置及方法对反应槽尾气进行处理，以使其能够达标排放。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提供一种硝酸法磷酸装置反应槽尾气处理装置及方法。
本发明所采用的技术解决方案是：
一种硝酸法磷酸装置反应槽尾气处理装置，包括文丘里洗涤器、洗涤塔、氢氧化钾溶液罐和洗涤塔循环槽，反应槽尾气出口通过第一气体输送管道与文丘里洗涤器的上部进口连通，文丘里洗涤器的下部出口通过第二气体输送管道与洗涤塔的下部进口连通，在洗涤塔的内部设置有导流板，在导流板的上方设置有喷淋层，在喷淋层的上方设置有除雾层，所述氢氧化钾溶液罐通过吸收剂输送管道与喷淋层连通，在吸收剂输送管道上设置有氢氧化钾溶液输送泵，所述洗涤塔的底部设置有循环浆液出口，所述循环浆液出口通过浆液输送管道与洗涤塔循环槽连通，洗涤塔循环槽通过浆液循环管道与喷淋层连通，在浆液循环管道上设置有浆液循环泵，在洗涤塔的顶部设置有烟囱。
优选的，所述喷淋层包括一根喷淋母管，在喷淋母管上连通多个喷淋支管，在喷淋母管和多个喷淋支管上均设置有螺旋喷头；所述螺旋喷头包括喷头本体和位于喷头本体顶部的中空连接头，喷头本体呈螺旋形，所述喷淋母管和喷淋支管的底部均连通有竖直管，中空连接头与竖直管的末端螺纹连接或缠绕粘接在一起。
优选的，所述洗涤塔是由玻璃钢材料制成的，洗涤塔的高度为6m，洗涤塔内喷淋层设置2层，除雾层设置1层。
优选的，所述除雾层是由从上至下依次布设的除雾丝网、折流除雾器和旋流器组成，除雾丝网的厚度为150mm，除雾丝网与折流除雾器之间的距离为300-500mm，折流除雾器与旋流器之间的距离为300-500mm；所述折流除雾器包括多个平行布设的波形板，在波形板的弯折处设置有翅片，所述翅片沿波形板的弯折线方向布设，翅片的截面呈弧形。
优选的，所述洗涤塔上在对应除雾层的位置处设置有反冲洗装置。
优选的，所述洗涤塔的底部设置有收集池，在收集池的下部径向设置有侧入式搅拌器。
采用上述装置进行硝酸法磷酸装置反应槽尾气处理的方法，包括以下步骤：
a在氢氧化钾溶液罐中配制氢氧化钾溶液，并通过吸收剂输送管道将氢氧化钾溶液输送至洗涤塔的喷淋层并喷出；
b反应槽尾气出口排出的尾气经第一气体输送管道输送至文丘里洗涤器，经过文丘里洗涤器洗涤后再经第二气体输送管道输送至洗涤塔的下部进口；
c在洗涤塔中尾气经过导流板均匀分布后上升，与喷淋层喷出的氢氧化钾溶液接触后实现脱氟脱硝；
d经步骤c实现脱氟脱硝的尾气继续上升，流经除雾层，在除雾层中尾气中的液滴得到清除，经洗涤塔洗涤后的净尾气通过烟囱排出；
e经步骤c洗涤后获得的浆液通过浆液输送管道输送至洗涤塔循环槽中，洗涤塔循环槽中的循环浆液再通过浆液循环管道输送至喷淋层循环喷淋洗涤。
上述步骤中，所述氢氧化钾溶液的质量百分比浓度为20％；所述循环浆液的pH值为5.2-6.2。
上述步骤中，第二气体输送管道还与空气管道连接，采用尾气与空气混合的方式通入洗涤塔中。
上述步骤中，尾气和氢氧化钾溶液接触后，NO2和氢氧化钾溶液反应生成硝酸钾和亚硝酸钾，SiF4与氢氧化钾溶液反应生成氟硅酸钾沉淀，HF与氢氧化钾溶液反应生成氟化钾，其中氟硅酸钾沉淀析出，硝酸钾、亚硝酸钾和氟化钾随浆液返回洗涤塔。
本发明的有益技术效果是：
本发明能够对硝酸法磷酸装置反应槽尾气中含有较高浓度的氟化物和NOX进行高效处理，洗涤塔出口二氧化氮排放浓度≤240mg/m3，氟化物排放浓度(以氟计)≤9mg/m3；尾气经有效收集和治理后满足相应的国家排放标准，不会对区域环境空气造成不利影响，不会对厂区工人身体健康产生不利影响；而且本发明脱硝总效率大于50％，脱氟总效率大于80％，效率高。同时，本发明具有工程投资省、性价比高，占地面积小，***运行可靠，操作维护简单，运行费用低，使用寿命长，经济、高效节能等优点。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1为本发明装置的整体结构示意图；
图2为本发明中喷淋层的结构示意图；
图3为本发明中喷淋母管与螺旋喷头连接的结构示意图；
图4为本发明除雾层中折流除雾器的结构示意图；
图5为本发明除雾层中旋流器的结构示意图。
具体实施方式
结合附图，一种硝酸法磷酸装置反应槽尾气处理装置，包括文丘里洗涤器1、洗涤塔2、氢氧化钾溶液罐3和洗涤塔循环槽4。反应槽尾气出口通过第一气体输送管道5与文丘里洗涤器1的上部进口连通，文丘里洗涤器1的下部出口通过第二气体输送管道6与洗涤塔2的下部进口连通。在洗涤塔2的内部设置有导流板7，在导流板7的上方设置有喷淋层8，在喷淋层8的上方设置有除雾层9。所述氢氧化钾溶液罐3通过吸收剂输送管道10与喷淋层8连通，在吸收剂输送管道10上设置有氢氧化钾溶液输送泵11。所述洗涤塔2的底部设置有循环浆液出口，所述循环浆液出口通过浆液输送管道12与洗涤塔循环槽13连通，洗涤塔循环槽13通过浆液循环管道14与喷淋层8连通，在浆液循环管道14上设置有浆液循环泵15。在洗涤塔2的顶部设置有烟囱16。
上述喷淋层8包括一根喷淋母管801，在喷淋母管801上连通多个喷淋支管802，在喷淋母管801和多个喷淋支管802上均匀布置有螺旋喷头803。所述螺旋喷头803包括喷头本体8031和位于喷头本体8031顶部的中空连接头8032，喷头本体8031呈螺旋形。所述喷淋母管801和喷淋支管802的底部均连通有竖直管804，中空连接头8032与竖直管804的末端缠绕粘接在一起。
喷淋***能使浆液在洗涤塔内均匀分布，流经每个喷淋层的流量相等。对喷头进行优化布置，以使洗涤塔断面上几乎完全均匀地进行喷淋。洗涤塔喷淋***采用2层喷淋层，每层喷淋层由一根母管、若干支管和规则分布在支管上的喷头组成，对应1台洗涤塔再循环泵。各部分材料选择如下：喷淋***管道FRP；喷头：FRP，特别耐磨，且抗化学腐蚀性极佳。
上述洗涤塔2是由玻璃钢材料制成的，洗涤塔2的高度为6m，洗涤塔内喷淋层设置2层，除雾层设置1层。
上述除雾层9是由从上至下依次布设的除雾丝网、折流除雾器和旋流器组成。除雾丝网的厚度为150mm，除雾丝网与折流除雾器之间的距离为300-500mm，折流除雾器与旋流器之间的距离为300-500mm。所述折流除雾器包括多个平行布设的波形板901，在波形板901的弯折处设置有翅片902，所述翅片902沿波形板901的弯折线方向布设，翅片902的截面呈弧形。所述旋流器包括多个旋流叶片903，所述旋流叶片903的一端固定在中心架904上，另一端固定在外环905上。所述旋流叶片903呈立式布置，旋流叶片903的宽度由连接外环905的一端至连接中心架904的一端逐渐变窄，即旋流叶片903的顶底两边均呈坡度设计。
上述洗涤塔2上在对应除雾层的位置处设置有反冲洗装置。
除雾层用来在洗涤塔所有运行状态下收集夹带的水滴，由除雾丝网、折流除雾器和旋流器组成。尾气流经除雾层时，液滴由于惯性作用留在挡板上，从而起到除雾的作用。由于被滞留的液滴也含有固态物，主要是氟硅酸钾，因此就有在挡板上结垢的危险，所以设置了定期运行的清洗设备，包括除雾层冲洗母管及喷嘴***。冲洗介质是工艺水，工艺水还用于调节洗涤塔中的液位。
上述洗涤塔的底部设置有收集池，在收集池的下部径向设置有侧入式搅拌器。在收集池的下部径向布置了侧入式搅拌器，其作用是使浆液成悬浮物状态并使其进行扩散，即将固体维持在悬浮状态下，同时均匀分布氧化空气。搅拌器的型式为侧入式，轴的密封形式为机械密封。设置人工冲洗设施。洗涤塔收集池配置1台搅拌器。
采用上述装置进行硝酸法磷酸装置反应槽尾气处理的方法，包括以下步骤：
a在氢氧化钾溶液罐3中配制氢氧化钾溶液，并通过吸收剂输送管道将氢氧化钾溶液输送至洗涤塔2的喷淋层并喷出。
b反应槽尾气出口排出的尾气经第一气体输送管道输送至文丘里洗涤器1，经过文丘里洗涤器1洗涤后再经第二气体输送管道输送至洗涤塔2的下部进口。
c在洗涤塔2中尾气经过导流板7均匀分布后上升，与喷淋层8喷出的氢氧化钾溶液接触后实现脱氟脱硝。
d经步骤c实现脱氟脱硝的尾气继续上升，流经除雾层9，在除雾层中尾气中的液滴得到清除，经洗涤塔洗涤后的净尾气通过烟囱16排出。除雾层9出口尾气中雾滴浓度≤75mg/m3。
e经步骤c洗涤后获得的浆液通过浆液输送管道输送至洗涤塔循环槽4中，洗涤塔循环槽4中的循环浆液再通过浆液循环管道输送至喷淋层循环喷淋洗涤。
上述步骤中，所述氢氧化钾溶液的质量百分比浓度为20％；所述循环浆液的pH值为5.2-6.2。
上述步骤中，第二气体输送管道还与空气管道连接，采用尾气与空气混合的方式通入洗涤塔中，以在尾气处理过程中尽量减少生成亚硝酸钾的反应。
上述步骤中，尾气和氢氧化钾溶液接触后，NO2和氢氧化钾溶液反应生成硝酸钾和亚硝酸钾，SiF4与氢氧化钾溶液反应生成氟硅酸钾沉淀，HF与氢氧化钾溶液反应生成氟化钾，其中氟硅酸钾沉淀析出，硝酸钾、亚硝酸钾和氟化钾随浆液返回洗涤塔。
下面对本发明作进一步补充说明：
硝酸与磷矿在酸解槽主要发生以下反应。
磷矿的主要成份氟磷酸钙与足够数量的硝酸反应：
Ca5F(PO4)3+10HNO3→5Ca(NO3)2+3H3PO4+HF
反应生成的HF与磷矿中的SiO2生产H2SiF6：
6HF+SiO2＝H2SiF6+2H2O
H2SiF6+SiO2＝3SiF4↑+2H2O
气相中的氟主要以SiF4形式存在，同时含有部分未反应的HF，磷矿中带有的铁，铝化合物与硝酸反应转变成它们的硝酸盐：
R2O3+6HNO3→2R(NO3)3+3H2O
当磷矿中含有白云石时，它们也耗用硝酸，反应后以硝酸钙、镁的形态存在：
CaCO3+2HNO3→Ca(NO3)2+CO2+H2O
MgCO3+2HNO3→Mg(NO3)2+CO2+H2O
酸解槽加入浓硝酸时，少量硝酸会发生分解：
4HNO3＝4NO2↑+O2↑+2H2O
因此，出酸解槽的尾气中主要含有SiF4、HF、NO2等有害气体和CO2、O2、空气等气体。
以氢氧化钾溶液为吸收剂，尾气中的气体会发生如下反应。
NO2和氢氧化钾反应生成硝酸钾和亚硝酸钾：
2NO2+2KOH＝＝＝＝KNO3+KNO2+H2O
考虑到反应生成的洗涤液要返回磷酸和复合肥生产***，亚硝酸钾在复合肥生产干燥过程中会发生分解反应，继续生成氮氧化物，为后续生产环节带来环保处理问题，因此，在尾气处理过程中尽量减少生成亚硝酸钾的反应，可以采取通入部分空气(加大漏风量)方式。
SiF4与氢氧化钾溶液反应生成氟硅酸钾沉淀：
3SiF4+4KOH＝2K2SiF6↓+SiO2·2H2O↓
HF与氢氧化钾溶液反应生成氟化钾：
HF+KOH＝KF+H2O
CO2与氢氧化钾溶液反应生成碳酸钾，反应生成的碳酸钾与酸性尾气继续反应生成CO2。
CO2+2KOH＝K2CO3+H2O
综上所述，采取氢氧化钾溶液为吸收剂处理酸解槽尾气，最终洗涤液中主要含有硝酸钾、氟硅酸钾、氟化钾，洗涤液返回生产***作为过滤机洗涤水后，氟硅酸钾带入石膏，氟化钾和硝酸钾直接返回***。
上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。
需要说明的是，在本说明书的教导下，本领域技术人员所作出的任何等同替代方式，或明显变型方式，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硝酸法磷酸装置反应槽尾气处理装置，其特征在于：包括文丘里洗涤器、洗涤塔、氢氧化钾溶液罐和洗涤塔循环槽，反应槽尾气出口通过第一气体输送管道与文丘里洗涤器的上部进口连通，文丘里洗涤器的下部出口通过第二气体输送管道与洗涤塔的下部进口连通，在洗涤塔的内部设置有导流板，在导流板的上方设置有喷淋层，在喷淋层的上方设置有除雾层，所述氢氧化钾溶液罐通过吸收剂输送管道与喷淋层连通，在吸收剂输送管道上设置有氢氧化钾溶液输送泵，所述洗涤塔的底部设置有循环浆液出口，所述循环浆液出口通过浆液输送管道与洗涤塔循环槽连通，洗涤塔循环槽通过浆液循环管道与喷淋层连通，在浆液循环管道上设置有浆液循环泵，在洗涤塔的顶部设置有烟囱。
2.根据权利要求1所述的一种硝酸法磷酸装置反应槽尾气处理装置，其特征在于：所述喷淋层包括一根喷淋母管，在喷淋母管上连通多个喷淋支管，在喷淋母管和多个喷淋支管上均设置有螺旋喷头；所述螺旋喷头包括喷头本体和位于喷头本体顶部的中空连接头，喷头本体呈螺旋形，所述喷淋母管和喷淋支管的底部均连通有竖直管，中空连接头与竖直管的末端螺纹连接或缠绕粘接在一起。
3.根据权利要求1所述的一种硝酸法磷酸装置反应槽尾气处理装置，其特征在于：所述洗涤塔是由玻璃钢材料制成的，洗涤塔的高度为6m，洗涤塔内喷淋层设置2层，除雾层设置1层。
4.根据权利要求1所述的一种硝酸法磷酸装置反应槽尾气处理装置，其特征在于：所述除雾层是由从上至下依次布设的除雾丝网、折流除雾器和旋流器组成，除雾丝网的厚度为150mm，除雾丝网与折流除雾器之间的距离为300-500mm，折流除雾器与旋流器之间的距离为300-500mm；所述折流除雾器包括多个平行布设的波形板，在波形板的弯折处设置有翅片，所述翅片沿波形板的弯折线方向布设，翅片的截面呈弧形。
5.根据权利要求1所述的一种硝酸法磷酸装置反应槽尾气处理装置，其特征在于：所述洗涤塔上在对应除雾层的位置处设置有反冲洗装置。
6.根据权利要求1所述的一种硝酸法磷酸装置反应槽尾气处理装置，其特征在于：所述洗涤塔的底部设置有收集池，在收集池的下部径向设置有侧入式搅拌器。
7.一种硝酸法磷酸装置反应槽尾气处理方法，采用如权利要求1-6中任一权利要求所述的装置，其特征在于包括以下步骤：
a在氢氧化钾溶液罐中配制氢氧化钾溶液，并通过吸收剂输送管道将氢氧化钾溶液输送至洗涤塔的喷淋层并喷出；
b反应槽尾气出口排出的尾气经第一气体输送管道输送至文丘里洗涤器，经过文丘里洗涤器洗涤后再经第二气体输送管道输送至洗涤塔的下部进口；
c在洗涤塔中尾气经过导流板均匀分布后上升，与喷淋层喷出的氢氧化钾溶液接触后实现脱氟脱硝；
d经步骤c实现脱氟脱硝的尾气继续上升，流经除雾层，在除雾层中尾气中的液滴得到清除，经洗涤塔洗涤后的净尾气通过烟囱排出；
e经步骤c洗涤后获得的浆液通过浆液输送管道输送至洗涤塔循环槽中，洗涤塔循环槽中的循环浆液再通过浆液循环管道输送至喷淋层循环喷淋洗涤。
8.根据权利要求7所述的一种硝酸法磷酸装置反应槽尾气处理方法，其特征在于：所述氢氧化钾溶液的质量百分比浓度为20％；所述循环浆液的pH值为5.2-6.2。
9.根据权利要求7所述的一种硝酸法磷酸装置反应槽尾气处理方法，其特征在于：第二气体输送管道还与空气管道连接，采用尾气与空气混合的方式通入洗涤塔中。
10.根据权利要求7所述的一种硝酸法磷酸装置反应槽尾气处理方法，其特征在于：尾气和氢氧化钾溶液接触后，NO2和氢氧化钾溶液反应生成硝酸钾和亚硝酸钾，SiF4与氢氧化钾溶液反应生成氟硅酸钾沉淀，HF与氢氧化钾溶液反应生成氟化钾，其中氟硅酸钾沉淀析出，硝酸钾、亚硝酸钾和氟化钾随浆液返回洗涤塔。
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