CN110559783B - 低温干法净化黄磷炉气的装置及方法 - Google Patents

低温干法净化黄磷炉气的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温干法净化黄磷炉气的装置及方法，所述装置包括撞击式除尘器、加热器、金属毡除尘器、黄磷冷凝塔和螺旋排灰机，黄磷电炉炉气的出口管与撞击式除尘器的入口直接相连，撞击式除尘器的出口与所述加热器的入口相连，所述加热器的出口与金属毡除尘器的进口连通，所述金属毡除尘器的气体出口与所述黄磷冷凝塔的进口连接，所述撞击式除尘器底部的粉尘出口、加热器底部的粉尘出口、金属毡除尘器底部的粉尘出口与密闭式螺旋排灰机的粉尘进口密封连通，所述黄磷冷凝塔的出气口为所述装置的排气口。所述装置结构简单、节约能耗、能够解决炉气出口固体物料堵塞。

Description

低温干法净化黄磷炉气的装置及方法
技术领域
本发明涉及黄磷生产节能减排技术领域，尤其涉及一种低温干法净化黄磷炉气的装置及方法。
背景技术
中国黄磷产能与产量均占世界的85%左右，但目前的黄磷产业仍是一个高能耗、高污染的行业。工业化电炉法生产黄磷的主要方法是将合格块状磷矿、焦丁和硅石称量后送到黄磷电炉料仓；混合炉料经下料管进入黄磷电炉内，在电热作用下发生还原反应，产生的炉气直接进入三级或四级冷凝塔喷淋冷却制得粗磷，再通过多级精制，反复蒸煮、漂洗、过滤沉降、冷凝除杂质后得到黄磷产品。由于黄磷电炉出口炉气中含有大量粉尘，这些粉尘在黄磷冷凝过程中与黄磷一同进入粗磷产品，粗磷在精制过程中又产生大量的污水以及泥磷，造成严重的环境污染以及高昂的处理成本。如泥磷的回收一般采用转锅法，即使用黄磷尾气在转锅外燃烧加热，首先蒸发泥磷中约60%～70%的水分，再逐渐加温至炉膛温度700～800℃使磷蒸发再冷凝，使残渣含磷量降至1%以下，每锅蒸磷作业周期一般在6～8小时；耗时长，耗能高，燃烧、排渣时环境污染严重，是黄磷生产亟待解决的关键核心技术。
为了解决粉尘带入冷凝***副产泥磷的问题，国内外开展了一系列的研究和产业化开发，例如30kt/a黄磷装置，其在黄磷电炉出口设置电收尘器，但这种方法，一是需要将入炉矿石进行烧结成球，增加了成本；二是要求进入除尘器的炉气温度大于600℃；三是需要使用300～350℃惰性气体对所有控制***进行保温；每吨黄磷综合成本高达2400元，且由于电除尘效率的问题，不能完全根除泥磷的产生。CN103708432A公开了“从电炉制磷炉气中回收黄磷的方法、设备及专用收磷装置”，该发明要求操作温度187.5-280℃；CN103523762A 公开了“黄磷生产方法及设备”，采用烧结无机多孔材料制备过滤滤芯，要求操作温度仍然为187.5-280℃。CN103708432A与CN103523762A 都提到操作温度要求187.5-280℃，而目前我国普遍采用的磷炉炉气出口温度仅为110-140℃，要使气体温度提高至187.5-280℃，需要耗费大量的热量，同时在黄磷冷凝塔又再次需要将这一部分热量带走以维持***热平衡。CN205442645U公开了“黄磷炉气干法除尘设备的保温***”，采用燃烧黄磷尾气燃烧间接供给除尘设备进行保温，耗能大，效率低，且黄磷尾气含有的磷、氟等杂质对设备会造成极大的腐蚀。CN105056641A公开了一种“黄磷炉气过滤方法”，其采用停车置换模式，通入含氧气体燃烧附着在滤膜表面的黄磷，确保过滤装置的正常运行。这些发明都需要将过滤的炉气温度加热到187.5℃以上，增加了能耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种结构简单、节约能耗、能够解决炉气出口固体物料堵塞的低温干法净化黄磷炉气的装置。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种低温干法净化黄磷炉气的装置，其特征在于：包括撞击式除尘器、加热器、金属毡除尘器、黄磷冷凝塔和螺旋排灰机，黄磷电炉炉气的出口管与撞击式除尘器的入口直接相连，撞击式除尘器的出口与所述加热器的入口相连，所述加热器的出口与金属毡除尘器的进口连通，所述金属毡除尘器的气体出口与所述黄磷冷凝塔的进口连接，所述撞击式除尘器底部的粉尘出口、加热器底部的粉尘出口、金属毡除尘器底部的粉尘出口与密闭式螺旋排灰机的粉尘进口密封连通，所述黄磷冷凝塔的出气口为所述装置的排气口。
进一步的技术方案在于：所述撞击式除尘器包括上圆柱部和下圆锥部，所述下圆锥部的圆锥面上设置有进入口，黄磷电炉出口管从所述圆锥面上的进入口竖直的伸入到所述撞击式除尘器的顶部，所述上圆柱部内固定有隔板，通过所述隔板将所述上圆柱部分作左右两部分，所述上圆柱部的上侧设置有炉气出口管，所述炉气出口管***到所述加热器内，所述上圆柱部和下圆锥部为蒸汽夹套结构，且所述下圆锥部的锥尖处设置有粉尘出口管，所述粉尘出口管***到所述密闭式螺旋排灰机内。
进一步的技术方案在于：金属毡除尘器内的金属毡采用材质为316或310S不锈钢材质制作，由316或310S不锈钢纤维编制而成；金属毡表面孔隙小于1μm，其过滤为表面过滤，不形成较厚的滤饼，含尘的含磷炉气在通过金属滤料的时候，由超细纤维表面通过筛滤、拦截、碰撞、静电作用拦截大于等于1μm的粉尘。
进一步的技术方案在于：金属毡除尘器过滤风速为0.8~1.1m/min时，通过金属毡过滤器后，含磷炉气中的粉尘浓度低于5mg/Nm3；当过滤风速为1.2~1.5m/min时，通过金属毡过滤器后，含磷炉气中的粉尘浓度低于10mg/Nm3。
进一步的技术方案在于：所述加热器的热源为蒸汽、红外、微波、高温燃烧烟气中的一种或几种的组合。
本发明还公开了一种低温干法净化黄磷炉气的方法，其特征在于包括如下步骤：
黄磷电炉排出的黄磷炉气排入到撞击式除尘器内进行除尘处理，经撞击式除尘器除去黄磷炉气中粒径20μm以上的粉尘，撞击式除尘器外壁采用蒸汽保温和加热，防止可凝性气体凝结；除尘后的气体进入到加热器进行加热处理，将黄磷炉气加热到150~180℃，然后输入到金属毡除尘器，进一步去除粒径为1-20μm的粉尘，除尘净化后的黄磷炉气经黄磷冷凝塔直接产出黄磷产品，撞击式除尘器、加热器以及金属毡除尘器产生的粉尘被排入到密闭式螺旋排灰机内。
进一步的技术方案在于：通过用蒸汽对撞击式除尘器壁面进行加热，使撞击式除尘器壁温保持在140-150℃。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1）实现了干法除尘净化，取消漂磷与泥磷回收装置。漂磷与泥磷回收是黄磷生产的主要污染源之一，通过本发明所述装置，在进入冷凝工序之前，实现了磷蒸气与粉尘的分离，后工序不再产生泥磷，消除了漂磷与泥磷回收的能耗和污染，降低了黄磷生产成本，节约了供给漂磷的热水（或蒸汽）以及泥磷回收的磷炉尾气。2）节约能耗。本发明所述装置中金属毡除尘器设备的炉气控制温度为150-180℃，温度低，能耗低。3）黄磷电炉出口管直接***撞击式除尘器结构，解决了炉气出口固体物料堵塞问题。4）本发明采用撞击式除尘器与金属毡过滤器的组合方式，首先由撞击式除尘器除去大于20μm的粉尘颗粒，再用金属毡过滤器除去1～20μm的微小颗粒，采用两级除尘，提高了除尘效率。5）与传统工艺相比，一次磷收率提高5%～8%，减轻了操作人员的生产劳动强度，提高了***的安全性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例中所述装置的结构示意图；
图2是本发明实施例所述装置中撞击式除尘器的主视结构示意图；
图3是本发明实施例所述装置中撞击式除尘器的俯视结构示意图；
图4是本发明实施例所述装置中金属毡除尘器的结构示意图；
其中：1、撞击式除尘器；101、黄磷电炉出口管；102、隔板；103、炉气出口管；104、蒸汽夹套；105、粉尘出口管；2、加热器；3、金属毡除尘器；31、金属毡；32、高温烟气进口；32、高温烟气出口；4、黄磷冷凝塔；5、螺旋排灰机。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本发明实施例公开了一种低温干法净化黄磷炉气的装置，包括撞击式除尘器1、加热器2、金属毡除尘器3、黄磷冷凝塔4和螺旋排灰机5。黄磷电炉炉气的出口管101与撞击式除尘器1的入口直接相连，撞击式除尘器1的出口与所述加热器2的入口相连，所述加热器2的出口与金属毡除尘器3的进口连通，所述金属毡除尘器3的气体出口与所述黄磷冷凝塔4的进口连接，所述撞击式除尘器1底部的粉尘出口、加热器2底部的粉尘出口、金属毡除尘器3底部的粉尘出口与密闭式螺旋排灰机5的粉尘进口密封连通，所述黄磷冷凝塔4的出气口为所述装置的排气口。
如图2-3所示，所述撞击式除尘器1包括上圆柱部和下圆锥部，所述下圆锥部的圆锥面上设置有进入口，黄磷电炉出口管101从所述圆锥面上的进入口竖直的伸入到所述撞击式除尘器1的顶部，所述上圆柱部内固定有隔板102，通过所述隔板102将所述上圆柱部分作左右两部分，所述上圆柱部的上侧设置有炉气出口管103，所述炉气出口管103***到所述加热器2内，所述加热器2的热源为蒸汽、红外、微波、高温燃烧烟气中的一种或几种的组合。所述上圆柱部和下圆锥部为蒸汽夹套104结构，且所述下圆锥部的锥尖处设置有粉尘出口管105，所述蒸汽夹套104结构内可以通入蒸汽对其内部的气体进行加热和保温，所述粉尘出口管***到所述密闭式螺旋排灰机5内。
如图4所示，金属毡除尘器3内的金属毡31采用材质为316或310S不锈钢材质制作，由316或310S不锈钢纤维编制而成；金属毡31表面孔隙小于1μm，其过滤为表面过滤，不形成较厚的滤饼，含尘的含磷炉气在通过金属滤料的时候，由超细纤维表面通过筛滤、拦截、碰撞、静电作用拦截大于等于1μm的粉尘。金属毡除尘器3过滤风速为0.8~1.1m/min时，通过金属毡过滤器3后，含磷炉气中的粉尘浓度低于5mg/Nm3；当过滤风速为1.2~1.5m/min时，通过金属毡过滤器后，含磷炉气中的粉尘浓度低于10mg/Nm3。
本发明实施例还公开了一种低温干法净化黄磷炉气的方法，包括如下步骤：
黄磷电炉排出的黄磷炉气排入到撞击式除尘器1内进行除尘处理，经撞击式除尘器1除去黄磷炉气中粒径20μm以上的粉尘，撞击式除尘器1外壁采用蒸汽保温和加热，防止可凝性气体凝结，优选的，通过用蒸汽对撞击式除尘器1壁面进行加热，使撞击式除尘器）壁温保持在140-150℃；除尘后的气体进入到加热器2进行加热处理，将黄磷炉气加热到150~180℃，然后输入到金属毡除尘器3，进一步去除粒径为1-20μm的粉尘，除尘净化后的黄磷炉气经黄磷冷凝塔4直接产出黄磷产品，撞击式除尘器1、加热器2以及金属毡除尘器3产生的粉尘被排入到密闭式螺旋排灰机5内。
进一步的，黄磷电炉（又称磷炉）投运前，开启撞击式除尘器夹套蒸汽进口阀，通入蒸汽，开启加热器，控制温度150~180℃。开启电炉，运行后的磷炉炉气分别进入撞击式除尘器、加热器、金属毡除尘器、黄磷冷凝塔，撞击式除尘器除去20μm以上的粉尘颗粒，这部分颗粒约占总粉尘量的75%～80%；通过撞击式除尘器后的炉气进入加热器，进一步除去大于1μm以上的粉尘颗粒，为了确保撞击式除尘器与金属毡除尘器不被低于露点的物质阻塞，撞击式除尘器采用壁面保温与加热措施，进入金属毡除尘器前的气体采用加热器进行加热。撞击式除尘器、加热器、金属毡除尘器沉降与过滤下来的粉尘，经其各自的下部锥形料斗进入密闭的螺旋排灰机排出***。为了节约能源，涉及黄磷炉气干法净化的设备管道均须采取保温措施，减少炉气与外界的热交换。
实施例一
出口的磷炉炉气温度为110℃，进入撞击式除尘器除20μm以上的粉尘颗粒，撞击式除尘器的壁面控制温度为120-130℃，然后进入蒸汽加热器，将炉气温度加热到150℃后进入金属毡除尘器，在金属毡除尘器内除去粒径大于1μm的粉尘。经过粉尘分离的含磷炉气进入黄磷冷凝***制得黄磷成品。撞击式除尘器、加热器、金属毡除尘器沉降与过滤下来的粉尘，经其各自的下部锥形料斗进入密闭的螺旋排灰机排出***。
实施例二
出口的磷炉炉气温度为130℃，进入撞击式除尘器除20μm以上的粉尘颗粒，撞击式除尘器的壁面控制温度为140-150℃，然后进入红外加热器，将炉气温度加热到170℃后进入金属毡除尘器，在金属毡除尘器内除去粒径大于1μm的粉尘。经过粉尘分离的含磷炉气进入黄磷冷凝***制得黄磷成品。撞击式除尘器、加热器、金属毡除尘器沉降与过滤下来的粉尘，经其各自的下部锥形料斗进入密闭的螺旋排灰机排出***。
实施例三
出口的磷炉炉气温度为145℃，进入撞击式除尘器除20μm以上的粉尘颗粒，撞击式除尘器的壁面控制温度为150℃，然后进入烟气加热器，将炉气温度加热到180℃后进入金属毡除尘器，在金属毡除尘器内除去粒径大于1μm的粉尘。经过粉尘分离的含磷炉气进入黄磷冷凝***制得黄磷成品。撞击式除尘器、加热器、金属毡除尘器沉降与过滤下来的粉尘，经其各自的下部锥形料斗进入密闭的螺旋排灰机排出***。

Claims (4)

1.一种低温干法净化黄磷炉气的装置，其特征在于：包括撞击式除尘器（1）、加热器（2）、金属毡除尘器（3）、黄磷冷凝塔（4）和螺旋排灰机（5），黄磷电炉炉气的出口管（101）与撞击式除尘器（1）的入口直接相连，撞击式除尘器（1）的出口与所述加热器（2）的入口相连，所述加热器（2）的出口与金属毡除尘器（3）的进口连通，所述金属毡除尘器（3）的气体出口与所述黄磷冷凝塔（4）的进口连接，所述撞击式除尘器（1）底部的粉尘出口、加热器（2）底部的粉尘出口、金属毡除尘器（3）底部的粉尘出口与密闭式螺旋排灰机（5）的粉尘进口密封连通，所述黄磷冷凝塔（4）的出气口为所述装置的排气口；
所述撞击式除尘器（1）包括上圆柱部和下圆锥部，所述下圆锥部的圆锥面上设置有进入口，黄磷电炉炉气的出口管（101）从所述圆锥面上的进入口竖直的伸入到所述撞击式除尘器（1）的顶部，所述上圆柱部内固定有隔板（102），通过所述隔板（102）将所述上圆柱部分作左右两部分，所述上圆柱部的上侧设置有炉气出口管（103），所述炉气出口管（103）***到所述加热器（2）内，所述上圆柱部和下圆锥部为蒸汽夹套（104）结构，且所述下圆锥部的锥尖处设置有粉尘出口管（105），所述粉尘出口管***到所述密闭式螺旋排灰机（5）内；
金属毡除尘器（3）内的金属毡（31）采用材质为316或310S不锈钢材质制作，由316或310S不锈钢纤维编制而成；金属毡（31）表面孔隙小于1μm，其过滤为表面过滤，不形成较厚的滤饼，含尘的含磷炉气在通过金属滤料的时候，由超细纤维表面通过筛滤、拦截、碰撞、静电作用拦截大于等于1μm的粉尘；金属毡除尘器（3）过滤风速为0.8~1.1m/min时，通过金属毡除尘器（3）后，含磷炉气中的粉尘浓度低于5mg/Nm3；当过滤风速为1.2~1.5m/min时，通过金属毡除尘器后，含磷炉气中的粉尘浓度低于10mg/Nm3。
2.如权利要求1所述的低温干法净化黄磷炉气的装置，其特征在于：所述加热器（2）的热源为蒸汽、红外、微波、高温燃烧烟气中的一种或几种的组合。
3.一种使用如权利要求1所述装置的低温干法净化黄磷炉气的方法，其特征在于包括如下步骤：
黄磷电炉排出的黄磷炉气排入到撞击式除尘器（1）内进行除尘处理，经撞击式除尘器（1）除去黄磷炉气中粒径20μm以上的粉尘，撞击式除尘器（1）外壁采用蒸汽保温和加热，防止可凝性气体凝结；除尘后的气体进入到加热器（2）进行加热处理，将黄磷炉气加热到150~180℃，然后输入到金属毡除尘器（3），进一步去除粒径为1-20μm的粉尘，除尘净化后的黄磷炉气经黄磷冷凝塔（4）直接产出黄磷产品，撞击式除尘器（1）、加热器（2）以及金属毡除尘器（3）产生的粉尘被排入到密闭式螺旋排灰机（5）内。
4.如权利要求3所述的低温干法净化黄磷炉气的方法，其特征在于：通过用蒸汽对撞击式除尘器（1）壁面进行加热，使撞击式除尘器（1）壁温保持在140-150℃。
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