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综合法黄磷生产尾气的净化
黄磷生产尾气的净化处理
因为黄磷生产尾气的组成成分很复杂,其中的有害杂质很多,所以直接没有太多的、太有价值的用处,净化后和净化中获得的物质就大不一样了。
在黄磷生产尾气的组成成分表中的红字元素本身是价值连城的成分,白白的让其跑掉,实在实在是一种极大的浪费,真是可惜,造成极大的环境污染又实在可恶,同时也是构成生产成本和环境污染的一个重要因素,实在不适合于当今的低碳经济的要求。
关键在于如何除去其中的有害物质,才能得到和利用价值连城的成分。
具统计、一般黄磷生产尾气的产出量为3000—3500m3/吨成品黄磷,其中至少含有纯净的一氧化碳2400Nm3/吨成品黄磷,很有用处,黄磷生产尾气的燃烧值为3500-3650大卡/Nm3,相当于0.5kg/m3以上的优质燃煤,至少可以折合成1200kg优质燃煤/吨成品黄磷,价值720元人民币。
(600-700元/吨优质燃煤)
元素磷在黄磷生产尾气中具有特别重要的实际意义和破怀性,因为它具有不可忽视的数量级,150-200g/m3黄磷尾气。
通过尾气净化后回收,能产生实际的经济价值。
元素磷在黄磷生产尾气处理中具有特别重要的实际意义,微量的元素磷也具有很大的破怀性,对它的含量要求具有不可忽视的数量级,哪怕含量只有一个PPM的元素磷也会带来灾难性的破坏,特别是做为锅炉的燃料时,微量的元素磷都会使锅炉的低温区积存焦磷酸,快速腐蚀锅炉的低温区(330℃以下的区域)。
对于一个年产量为两万吨黄磷的厂家来说,那是一笔多么可观的经济数据。
单是净化后的一氧化碳的价值,就已经具有特别重要的经济意义。
净化设备一次性投入相对也不太大,一经建成后,运行成本极低,几乎没有运行成本。
无论投资和效果、与目前的变温处理法相比,简直就是天壤之别。
虽然变温处理也有一些效果,但投资之大,技术要求之高,运行成本之高,一般的企业不敢观顾。
一氧化碳的年收入:
720元/吨黄磷×20000吨黄磷=18000000元=1800万元。
抽取状态下的黄磷尾气的原始成分表:
(云南省澄江磷化工集团提供)
成分名称
规格
含量
备注
一氧化碳:
CO
常压气体
80-85%
元素磷:
P4
150-200g/m3
包括磷化氢在内
五氧化二磷:
P2O5
50-80g/m3
遇水则生成磷酸
氟硅酸:
H2SiF6
500-1500g/m3
遇水则生成二氧化硅和氟化氢
磷化氢
8-12g/m3
见空气则燃烧
焦油
10-20g/m3
将粉尘包裹成团
硫
元素硫
20-50g/m3
水分
10-15%
不包涵在百分比以内
氮、氢、氧等
3-5%
固体粉尘
300-500目
1000-1500g/m3
包括SiO2、CaSiF6、C、矿粉等,
从上表中可以看出,黄磷生产尾气在利用中,在上表中除红字成分本身价值连城外,黑字成分都是有害成分。
除红字成分需要保留和并充分利用外,黑字成分都需要不同程度的加以彻底除掉,不然的话它会给使用带来巨大麻烦,首先、它会严重的堵塞输气管道,使运行停止,而且很难清除。
红字成分的利用是目的、除掉黑字成分是手段,除掉黑字成分需要非常的手段和设备,才能除掉这些成分,不可掉以轻心。
但也是易如反掌的事,只不过需要对症下药,药到病除而以。
如果达到了表中的尾气成分,黄磷尾气就有极大的用处,也才能顺利的使用,当然也就真的价值连城。
但目前很多黄磷厂都力求充分利用黄磷生产尾气,但始终事与愿违。
比如:
用作锅炉的燃料、发电,生产甲酸、甲醇、甲酸钠等等。
几乎都忽略了它的净化问题,或者说不好解决净化问题,包括设计部门在内,往往都把黄磷尾气的净化问题轻描淡写,造成黄磷尾气的利用设备不能正常使用,最后造成直接失败,特别用于大小锅炉燃料,几乎无一例完全成功,或者净化设备投资太大,成本过高,得不偿失,一般厂家不敢恭维,失去意义。
黄磷生产尾气的净化处理必须根据用户的实际需求而进行设计,以免造成不必要的设备浪费和增大投资。
因而尾气处理按使用需求分为不同的净化级别。
一般分为:
初级净化,高级净化,特殊净化。
一:
初级净化:
净化后,输送管道及设备无阻塞和粘稠物,一氧化碳纯度达95%以上(见表一)。
适用于:
对尾气组分要求不高,用作无特殊S、P、As、F组分要求的化工产品生产和一般性燃料使用。
如:
原料烘干,高中压气煤混燃锅炉,尾气加热器等。
净化工艺:
防爆式尾气接入装置---填料塔----沉降槽-----高效精滤塔-----组合压力控制输送机----分气缸
表一:
黄磷尾气初级净化技术指标:
组份
H2
02
N2
CO
CH4
CO2
ΣS
ΣP
ΣAs
ΣF
H2O
Σ
含量v%
8
0.1
4
95
1
2.5
0.1
0.1-1
0.01
0.01
饱和
100
(其中S、P、As、F为g/Nm3)抽气量为3100Nm3/h(操作弹性40-110%)
二:
高级净化:
在初级净化的基础上,使净化气中有害的元素磷和磷化氢含量在0.001-0.002g/Nm3(见表二)。
适用于:
净化气因元素磷的作用造成设备腐蚀和使用净化气生产化工产品对磷含量无要求的。
如:
,甲酸钠,内燃机发电等
净化工艺:
防爆式尾气接入装置---填料塔----沉降槽-----高效精滤塔-----高效电离净化器---组合压力控制输送机----分气缸
表二:
黄磷尾气高级净化技术指标:
组份
H2
02
N2
CO
CH4
CO2
ΣS
ΣP
ΣAs
ΣF
H2O
Σ
含量v%
8
0.1
4
95
1
2.5
0.1
0.001-0.002
0.01
0.01
饱和
100
三:
特殊净化:
净化气相对纯净,各组分微量.CO含量在99.5%以上(见表三),其中ΣP≤2PPM,ΣS≤2PPM,ΣF≤2PPM,ΣAs≤2PPM。
适用范围广泛,用作对S、P、As、F组分要求较高的化工产品生产的原料和液化煤气等。
如:
六偏磷酸钠,低压燃气锅炉,瓶装液化煤气等。
净化工艺:
防爆式尾气接入装置---填料塔----沉降槽-----高效精滤塔-----高压静电除雾塔---触媒置换塔----组合压力控制输送机----组合式洗涤塔----分气缸----储气罐
表三:
黄磷尾气特殊净化技术指标:
组份
H2
02
N2
CO
CH4
CO2
ΣS
ΣP
ΣAs
ΣF
H2O
Σ
含量v%
8
0.1
4
99.5
1
2.5
0.0001
0.0001-0.0002
0.0001
0.0001
饱和
100
黄磷生产尾气的净化处理设备的设计、制作和安装:
黄磷生产尾气的净化处理设备的设计必须根据自已的使用需要而行,以免造成不必要的设备浪费,比如:
用于高压锅炉(70kg/cm2以上)、而且气煤混烧,对于尾气中微量的磷就没有太大的影响,用下列表中的数据就可以了。
组份
H2
02
N2
CO
CH4
CO2
ΣS
ΣP
ΣAs
ΣF
H2O
Σ
含量v%
8
0.1
4
95
1
2.5
0.1
0.1-1
0.01
0.01
饱和
100
单独用黄磷生产尾气作为燃料用于低压锅炉(25kg/cm2以下)、因为燃烧炉气经过水的包裹段,温度在五氧化二磷的露点以下,在水的沸腾点以上,所以含五氧化二磷的炉气在低温区水合成磷酸,而且快速被脱水,因此形成焦磷酸,沉积在烟道中、快速腐蚀锅炉低温区,导致破坏。
单独用黄磷生产尾气作为燃料用于低压锅炉时、必需达到一个新的水平,如表所示:
组份
H2
02
N2
CO
CH4
CO2
ΣS
ΣP
ΣAs
ΣF
H2O
Σ
含量v%
8
0.1
4
95
1
2.5
0.1
0.0001-0.0002
0.01
0.01
饱和
100
其实,只要搞清楚了自已的要求,充分懂得黄磷生产尾气中的各成分的物理化学性质,设备的运行过程,黄磷生产尾气的净化处理设备的设计就不是一件困难事。
黄磷生产尾气的净化处理设备的设计依据:
在一个标准大气压下,经黄磷炉的洗涤塔输出的尾气中固体成分必尽很少,可以忽略不计、可溶于水的物质也很少,所以长期以来,人们往往采用水洗涤或药物洗涤的方法净化黄磷尾气,实际上犯了原则性错误,也是效果不佳的原因之所在,加之用风机抽取尾气时,进气管道中的气流处于负压状态,结果把洗涤尾气的污水也很大部分的抽入使用系统中,就造成了越洗越糟糕的结果,哪怕使用若干级洗涤塔的共同作用、也同样无济于事、结果都一样,黄磷尾气也同样没有得到净化,没有多大的用处。
其实黄磷尾气的净化、主要的工作应放在对其中的有害杂质S、P、As、F的捕集上面,而不是洗涤、众所周知、这些物质几乎都不溶于水,所以用水溶性物质洗涤黄磷尾气完全是徒劳的。
实践正明,这些物质都具有很强的附着性,特别是在湿润和特定的温度情况下、就更为突出,要不然黄磷尾气就不会堵塞尾气输送管道及设备。
既然如此,将计就计、利用黄磷尾气的这些特性,设计特殊化的填料塔处理黄磷生产尾气极为妥当、理所当然,效果极佳。
下面是黄磷生产尾气的净化处理主要设备制作﹑安装﹑及操作简介。
(图纸及相关技术资料略)
填料塔﹑高效精滤塔:
外径为Φ2000-2500、高为8000,两个塔中都设有特制的100X100mm填料,层间距为150-200mm。
沉降槽:
2500X2500X1500
在填料塔之后加设一级直流高压静电除雾塔效果更加显著,净化后的尾气纯度可以直接作为锅炉、化工原料和内燃机的燃料。
触媒置换塔:
Φ1500X6000内装HT1#触媒
压力控制输送机:
3000m3/h
组合组合式洗涤塔:
Φ2000X3000/2
高压静电除雾塔:
直流电压8000-12000V
电晕电极结构图:
整流器零件装配图
直流高压输出负极-单相桥式整流器
输出铜板
四个高压硅堆:
2DL-200KV
---1A
直流高压输出正极+接地铜板
单项桥式高压整流器的硅堆主件、必需安装在高压变压器的同一个油箱中让其浸没在变压器油中,将装配好的变压器整件装入变压器外壳内,固定好盖子螺丝后,加入35号透明变压器油。
系统地线的敷设:
根据除雾器所处的地理位置,选择导电性良好的软土和潮湿地带,埋设系统地线,同时采取多种手段和辅助性措施,尽可能降低地线的接地电阻的数量级,要求接地电阻值不超过5-15Ω(用接地电阻仪按规定测定)
在土层厚的地带挖深坑,一般要求坑深2-2.5米,
容积要求:
2米×3米×2-2.5米。
用100×10㎜的镀锌板铁,(或100×100×10的角钢)
下端打尖,并横向焊接上5-8根长:
60×60×1800㎜的横
铁块,
插入坑中心,先铺垫一层焦炭,焦碳粒度要求5-25㎜,
再填入湿润的泥土至坑满,在回填土中加入5-10㎏氯化钠,
(也可以是氯化钙、氯化钾、硫酸钠等盐类。
)用以增加电离子浓度,使接地电阻值更小,系统更安全可靠。
必须使用良好的电焊焊接所有接触头,不可使用螺栓连接,以免日久天长接触处生锈,造成螺丝接触不良,失去接地线的应有作用,危及设备和人身安全,造成不必要的麻烦和直接经济损失,需要一直保持地线坑内的湿润性。
高压馈线的敷设:
高压馈线是从高压发生器的输出顶端高压瓷瓶上引出的,必须使用8㎜2的铜芯聚四氟乙烯高压电缆线作高压馈线,因为、最高直流高压为100kV,所以、电缆的芯线与外皮之间要有足够的耐电压强度。
为了防止绝缘材料日久天长老化后导致漏电,需要将高压电缆固定在陶瓷波浪式绝缘子上,穿墙过线必须穿过高压陶瓷穿墙导管,要求高压电缆不要破断接头,最好整线馈入。
高压发生器的安装:
高压发生器柜(包括控制柜)尽可能靠近除尘器,用以减短高压馈线和接地线的长度,从而减少使用中的各种麻烦。
需要强调的问题在于:
高压发生器的地线必须与系统地线牢固的焊接接通!
高压静电除尘器的空载调试:
(1)、空载调试:
必须具备以下的几个条件,才能通电调试。
1、不通电状况下测试:
拆去高压发生器的高压桩头上的连线;用量程大的兆欧表测试,高压桩头与地线之间的绝缘电阻,应在3000-5000MΩ。
高压发生器的高压输出桩头与机壳之间的正向电阻应在2-3MΩ,反向电阻应在30-100MΩ以上。
2、检查配电柜中的所有元件的连线是否正确无误。
(2)、通电试车:
对于新安装的高压发生器及其系统的通电试车,一般为了稳当起见,都应该采用逐步通电的方法,先低压后再高压,先空载通电后再带负荷,先轻负荷后再满负荷的方法,通电试车。
1、拆开高压变压器的低压方连接线。
2、合上总电源空气开关,控制柜上的三个电源指示灯应该亮起、三个电源电压表应该有动作,并且可以读出三个来电压值,电压值应该在380-450V,三个电流表上的数值应该很小,或者说几乎为零。
3、按下高压接触器按钮,低压调压器应该接通,动作低压调压器旋扭,二次低电压表上的电压值应由0逐渐升高到380-450V,(与来电电压相同),然后反旋回到零。
4、拉下总电源空气开关,确认全机已停电时,接上高压变压器的低压接线。
5、合上总电源空气开关,按下高压按钮,并逐渐调整高压旋扭,这时直流高压表上的数值应由零逐渐上升到120KV,三个电流表上应有1-2a的电流指示。
高压变压器和机体不应有过大的低频振动声音。
通电4-6小时后,各显示指标均在规定范围内,全机无异常现象,视为高压发生器,制作、安装合格,可以投入带负荷使用。
6、全机空运行:
将高压回零后,拉下总电源空气开关,接上高压电缆线,再按前面的程序通电,作全系统空运行,运行指标与前面基本相同,空运行时间控制在6-8小时。
(需要测定机壳与大地的电压,如果电压在1.5-5V,视为正常,反之则需要检查处理接地系统,特别需要测定接地线的接地电阻的大小,其数值是否大于2.5-5Ω)。
(3)、高压静电除雾器系统的负载运行调试:
经过安装调试的高压静电除尘器的系统的负载运行调试,调试操作极为简单:
先将高压发生器的输出的直流高压调到零;相关炉灶都点火送烟,让烟囱顶有最大黑烟冒出,并达到最大值;将直流高压慢慢的升起,直到浓烟消失为止;过30分钟时间,如果烟囱顶还有微烟冒出,将高压微调上升500-1000V;如果一点烟都没有,则将高压微调下降500-1000V,每30分钟反复调整一次,直到恰到好处为止。
高压静电除雾器的运行操作:
经过安装调试的高压静电除尘器的系统的操作体系是很简单的,可动作和需要动作的地方几乎只有一个,那就是“高压起启动按钮”。
系统的操作规程:
系统一但安装调试完毕后,就可以直接投入使用,投入使用后,没有太多的可操作点,因为系统中没有旋转机械,关与停也很不重要,一般都是在抽气系统投入运行后、才开通静电收尘、而关机的时候却是系统全关停后、才关掉静电收尘。
必须定时清除系统沉淀和堵塞物。
黄磷尾气初级净化设备投资预算:
(3000-4000Nm3/小时)
名称
规格
数量
单价(万元)
金额(万元)
备注
不锈钢填料塔
Φ2000×8000
2台
35
70
包括填料,及土建
管道
各规格
1批
5
5
包括阀门
仪表
在现仪表
10
10
压力控制输送机
1套
20
20
包括电气控制系统,及土建
安装费
10
10
包括元素化验费
调试费
5
5
包括系统调试费
试产费
5
包括与厂方配合调试费
不可预见性费
5
包括另星件费
合计
130万元
黄磷尾气高级净化设备投资预算(3000-4000Nm3/小时)
名称
规格
数量
单价(万元)
金额(万元)
备注
不锈钢填料塔
Φ2000×8000
2台
35
70
包括填料,及土建
高压静电除雾塔
Φ2000×8000
1套
70
70
包括电气控制系统,及土建
管道
各规格
1批
5
5
包括阀门
仪表
在现仪表
10
10
压力控制输送机
1套
20
20
包括电气控制系统,及土建
安装费
10
10
包括元素化验费
调试费
5
5
包括系统调试费
试产费
5
包括与厂方配合调试费
不可预见性费
10
包括件费
合计
205万元
黄磷尾气特殊净化设备投资预算(3000-4000Nm3/小时)
名称
规格
数量
单价(万元)
金额(万元)
备注
不锈钢填料塔
Φ2000×8000
2台
35
70
包括填料,及土建
高压静电除雾塔
Φ2000×8000
1套
70
70
包括电气控制系统,及土建
管道
各规格
1批
5
5
包括阀门
仪表
在现仪表
10
10
压力控制输送机
1套
20
20
包括电控制系统,及土建
触媒置换塔
1台
90
90
包括触媒及土建
组合式洗涤塔
1套
70
70
包括土建
安装费
10
10
包括元素化验费
调试费
5
5
包括系统调试费
试产费
5
包括与厂方配合调试费
不可预见性费
10
包括件费
合计
365万元
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