專利名稱：黃磷清潔生產(chǎn)工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種黃磷清潔生產(chǎn)工藝方法，它涉及化工工藝、設(shè)備、自動化控制等相關(guān)技術(shù)。針對傳統(tǒng)黃磷生產(chǎn)工藝中存在混合氣和元素磷損失大、廢水和磷泥量大而后期處理困難、污染環(huán)境、自動化程度低、設(shè)備投資大、運行費用高、操作環(huán)境惡劣等缺點，從黃磷生產(chǎn)工藝的全過程出發(fā)，對傳統(tǒng)工藝方法的瓶頸和缺陷從設(shè)備、工藝、自控、安全、環(huán)保等方面加以綜合考慮，結(jié)合現(xiàn)行方法的實際生產(chǎn)流程，應(yīng)用除塵、尾氣吸附處理、溫度壓力的自動控制、物料進出的監(jiān)控、熱回收等方法加以改進。
傳統(tǒng)的黃磷生產(chǎn)方法一般是按比例配制好磷礦石、硅石、焦碳在電爐中產(chǎn)生出由CO、磷、粉塵等組成的混合氣，然后用多個水洗塔進行降溫、除塵，尾氣則在火炬煙囪外燃燒后排入大氣。水洗出來的黃磷粗品在沉降池中分為三層，上層是廢水，去污水處理站；中層是含有10～15％磷的渣滓，稱為磷泥，自然干燥后堆放；下層是含有少部分粉塵的磷，去精制工段加工后得成品。其主要缺點如下A、 電爐中氣體突發(fā)性增加引起混合氣溫度增高，導(dǎo)致生產(chǎn)經(jīng)常終止而損失元素磷，影響產(chǎn)量和收率；B、 水洗前未除塵，在磷泥中帶走10～15％的磷，無法回收，每生產(chǎn)一噸黃磷就要產(chǎn)生500Kg磷泥，這樣每生產(chǎn)一噸黃磷白白地浪費了50～75Kg磷，不僅損失巨大，而且增加了處理磷泥的難度和設(shè)備投入；C、 水洗前未除塵和熱回收，必須用大量的水進行降溫和除塵，增大了水的用量和污水的處理難度，從而增加了生產(chǎn)成本；D、 尾氣未作凈化處理，無法作燃料或化工原料，每生產(chǎn)一噸磷產(chǎn)生尾氣2700～3000NM3，尾氣中CO含量為85～90％，目前全部用來燃燒放空，不但白白浪費能源，而且嚴(yán)重污染環(huán)境；E、 沉降池分離出來的磷含雜質(zhì)較多，須經(jīng)精制工段處理后，才能得到成品黃磷，必然消耗大量的運行費用和設(shè)備投入，而且還要損失部分磷。
因此，傳統(tǒng)黃磷生產(chǎn)工藝技術(shù)的能耗大、成本高、磷礦利用率低、磷元素?fù)p失大、操作條件惡劣、環(huán)境污染嚴(yán)重。
針對以上問題，現(xiàn)行的中、小黃磷生產(chǎn)廠家多采用濕法除塵(又稱水膜除塵或泡沫除塵)等措施，但產(chǎn)生磷泥和污水量大，這給后期處理帶來困難。雖然現(xiàn)已有處理磷泥的專利技術(shù)，但是現(xiàn)行的處理技術(shù)局限于傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝已經(jīng)產(chǎn)生磷泥的前提下實施的處理，該技術(shù)思路增加了廠家的設(shè)備投資和運行費用，沒有從黃磷生產(chǎn)工藝的本身去考慮少產(chǎn)或不產(chǎn)磷泥，且黃磷產(chǎn)品依舊要經(jīng)過精制工序才能最終得到成品，所以沒有達(dá)到降低成本和減少磷損失的根本目的；而國外大型生產(chǎn)廠家多采用高壓靜電除塵，但是此法運行不穩(wěn)定，設(shè)備投資大，操作費用高，不易控制，因此應(yīng)用推廣難度較大。
在尾氣的凈化問題上，目前工業(yè)上凈化黃磷尾氣主要采用以下幾種方法A、 堿法是用5～10％的NaOH溶液通過化學(xué)反應(yīng)除去大量的CO2、H2S、SO2、HF等堿性氣體；B、 活性炭催化氧化吸附法；C、 變溫吸附法是利用吸附劑低溫吸附和高溫沖洗或真空解吸。
上述工藝雖然對凈化黃磷尾氣有一定的效果，但卻存在一些缺點。采用堿法，因黃磷尾氣中CO2、H2S、SO2、HF等酸性氣體較多，需消耗大量的堿液，造成堿洗工序的負(fù)荷重，運行費用高；采用活性碳催化氧化吸附法，需消耗大量的活性炭，凈化過程較長，操作費用較高；應(yīng)用變溫吸附法，吸附劑需升降溫度和沖洗或真空解吸，且不斷升溫再生吸附劑易老化。
本發(fā)明的目的在于提供一種黃磷清潔生產(chǎn)工藝方法，在水洗前充分除塵和熱回收，對尾氣凈化處理，自動控制工藝過程的溫度、壓力、物料進出，從而減少廢水和磷泥，減少水洗塔，省去精制工序，直接得到合格的磷產(chǎn)品，使得投資和能耗大大降低，產(chǎn)品收率顯著提高，環(huán)境污染明顯改善。
附圖
為黃磷清潔工藝方法的流程示意圖。本發(fā)明的具體實現(xiàn)方式為首先，按比例配制好磷礦石、硅石、焦碳在電爐中產(chǎn)生出含有磷、CO、CO2、H2S、SO2、HF和夾帶有部分粉塵的混合氣；
第二步，本發(fā)明采用除塵器(1)、(2)、(3)等三段除塵，把混合氣中絕大多數(shù)的粉塵除掉，實現(xiàn)了除塵器灰粉高度的自動檢測與自動排放，放出來的灰粉直接加工成磷肥，不存在污染。同時，在除塵器(1)、(2)、(3)間設(shè)立了自動水封(14)和溫控系統(tǒng)(11)、(12)、(13)，解決了電爐中突發(fā)性溫升和流量增加的問題。從投資看，三段除塵比國外的高壓靜電除塵設(shè)備減少一半，操作費用比靜電除塵設(shè)備減少70％左右；第三步，除塵后的混合氣溫度在160℃左右，本發(fā)明增加了一臺廢熱鍋爐(4)，以減輕水洗塔的負(fù)擔(dān)。故傳統(tǒng)工藝需三個水洗塔現(xiàn)在只需一個水洗塔，從而節(jié)省了運行費用和兩臺水洗設(shè)備的投資，同時改自然沉降池為機械分離器(5)，直接分離出黃磷的合格品，省去了精制工序，而泥磷減少為原工藝的10％左右，帶走的磷明顯減少(傳統(tǒng)方法每生產(chǎn)一噸磷產(chǎn)品，磷泥帶走磷元素50～75Kg)，污水減少40～60％，而且水污染程度也大大降低，減輕了污水處理站的負(fù)荷；第四步，在尾氣處理上，本發(fā)明對水氣分離后的尾氣經(jīng)(6)加壓進入吸附床(7)，在吸附劑作用下得到高純度的CO氣體，大部分用作化工原料或燃燒，少部分經(jīng)壓縮(8)后返回前工段用作吸塵膜反吹(10)、(17)和除塵器調(diào)溫(13)、(16)，排除的吸附劑返回電爐作燃料，每生產(chǎn)一噸黃磷又可回收2.5Kg回爐磷。
本發(fā)明具有以下主要優(yōu)點從工藝過程看，除塵方面，本發(fā)明采用簡單且國產(chǎn)化的三段除塵設(shè)備(1)、(2)、(3)，防止了絕大多數(shù)粉塵進入下工段，粉塵得到充分的回收并用作復(fù)合肥，投資上比國外采用高壓靜電除塵設(shè)備減少投資近一半，操作費用比靜電除塵設(shè)備少70％以上；水洗塔方面，本發(fā)明采用了余熱回收技術(shù)，減少水洗塔，節(jié)約用水40～60％以上；黃磷分離方面，本發(fā)明采用機械分離器(5)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的自然沉降池，實現(xiàn)了一次分離出合格黃磷產(chǎn)品，省去了精制工段的設(shè)備投入和日常運行費用；尾氣處理方面，本發(fā)明采用了吸附塔(7)和廉價的吸附劑，使用后的吸附劑不需再生，直接作原料，還將吸附的磷回收到電爐中進行再利用，同時處理后得到高純度CO尾氣，既可用作化工原料或燃燒，又可返回前工段用作吸塵膜反吹(10)和除塵器調(diào)溫(13)；從自動化程度看，本發(fā)明提供的黃磷清潔生產(chǎn)工藝方法，基本實現(xiàn)了各生產(chǎn)崗位的自動控制和遠(yuǎn)距離監(jiān)控操作。各除塵設(shè)備的粉塵高度自動顯示、粉塵自動排除；控溫、控壓、控水全自動操作；吸塵膜進行自動反吹操作；該控制系統(tǒng)還解決了突發(fā)性短時出現(xiàn)流量猛增、溫度猛漲的問題。
從環(huán)保角度看，本發(fā)明通過粉塵的回收利用，減少40～60％的污水排放或處理投入；廢料磷泥也減少到原來的10％左右，還省去專門的處理設(shè)備投入；通過尾氣的處理，不僅消除了大氣污染，而且變廢為寶，使傳統(tǒng)黃磷生產(chǎn)中的環(huán)境污染得到顯著改善。
從社會經(jīng)濟效益看，本發(fā)明每生產(chǎn)一噸磷產(chǎn)品，少產(chǎn)磷泥近480Kg，少帶走磷元素45～70Kg；每生產(chǎn)一噸磷又可回收2.5Kg回爐磷，每生產(chǎn)一噸磷產(chǎn)生尾氣2700～3000NM3，尾氣中含有85～90％的CO，可回收CO尾氣2400～2700NM3，加上本發(fā)明可節(jié)省生產(chǎn)用水和少產(chǎn)生污水40～60％以上，泥磷也大大減少，污水處理費用以及處理設(shè)備的固定投入明顯降低。同時大大改觀了黃磷生產(chǎn)中的環(huán)境污染，其社會經(jīng)濟效益十分顯著。
下面依照說明書附圖提供的一個實例，對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)描述。
針對傳統(tǒng)黃磷生產(chǎn)方法存在的問題，本發(fā)明作了很大的改進。下面是本發(fā)明生產(chǎn)方法的一個實例A、按比例配制好的磷礦石、硅石、焦碳在電爐中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)出含有磷、CO、CO2、H2S、SO2、HF和夾帶有部分粉塵的混合氣；B、混合氣先經(jīng)除塵器(1)除去夾帶的大顆粒粉塵，混合氣除去大顆粒粉塵后再進入除塵器(2)，除去大部分灰塵，剩余的灰粉經(jīng)除塵器(3)過濾脫除。經(jīng)過三段除塵，混合氣中絕大部分粉塵被除掉。在除塵器(1)、(2)、(3)上實現(xiàn)了灰粉高度的自動檢測與自動排放。除塵器放出來的灰粉直接加工成復(fù)合肥，不存在污染。在除塵器(1)、(2)、(3)間設(shè)立了自動水封(14)和溫控系統(tǒng)(11)、(12)、(13)，解決了電爐中突發(fā)性溫升和流量增加的問題。除塵器(3)用凈化加壓(8)后的CO尾氣經(jīng)輸送控制管線(15)、(17)、(10)，進行自動反吹再生吸塵膜；C、除塵后的混合氣溫度在160℃左右，增用換熱器(4)進行熱回收，從而減輕了水冷的負(fù)擔(dān)，水洗塔由三個減為一個，大大節(jié)約了運行費用，降低用水40～60％以上，減少了污水的處理。水洗塔的進水采用控水閥門(14)自動控制，解決了電爐中突發(fā)性溫升和流量增加的問題；
D、水洗后的粗品進入沉降池，用機械分離器(5)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的自然沉降池，直接分離出合格的黃磷成品，從而省去了精制工序，磷泥也只有原生產(chǎn)工藝10％左右，帶走的磷大大減少，污水也減少40～60％，且污染程度大大減低，減輕了污水處理系統(tǒng)的負(fù)荷；E、水洗塔的出口尾氣，經(jīng)水氣分離器除水后，由加壓設(shè)備(6)加壓后進入吸附塔(7)，用廉價吸附劑將1g/NM3的磷除凈，得到高純度的CO尾氣，大部分用作化工原料或燃燒，少部分返回前工段用作吸塵膜反吹(10)和除塵器調(diào)溫(13)，吸附塔的吸附劑的進出實現(xiàn)遠(yuǎn)距離自動控制操作，減輕了操作強度。排除的吸附劑返回電爐作原料，每生產(chǎn)一噸磷還能回收2.5Kg磷；F、CO是易燃、易爆的有毒氣體，爆炸極限的上限為4.2％，下限為12.5％，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定車間CO濃度小于30mg/m3，所以裝置無論外泄或空氣內(nèi)泄均需嚴(yán)格控制，以確保系統(tǒng)安全，為此在本發(fā)明中設(shè)計了自動穩(wěn)壓系統(tǒng)。
依上述本發(fā)明的實施方案，該黃磷清潔生產(chǎn)工藝方法投入少，成本低、幾乎無污染，自動化程度高。以8000噸/年的黃磷生產(chǎn)規(guī)模計算，每年少帶走磷500噸，年回收CO尾氣2000萬NM3，加上年回收可作磷肥的干粉塵2000噸；另外，本發(fā)明可節(jié)省生產(chǎn)用水40～60％，磷泥減少90％以上；加上減少污水和磷泥處理的固定投入和運行費用，其經(jīng)濟效益非常顯著。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是一種黃磷清潔生產(chǎn)工藝方法，按比例配制好磷礦石、硅石、焦碳，在電爐中進行化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)出含有磷、CO、CO2、H2S、SO2、HF和夾帶有部分粉塵等的混合氣，其特征是混合氣先經(jīng)重力除塵器、離心分離器、濾心式收塵器三段除塵和廢熱鍋爐熱回收，再去水洗塔降溫、分離磷，磷在沉降池通過機械分離直接得到成品；含大量CO的尾氣經(jīng)水氣分離器和加壓后去吸附塔凈化，凈化后的尾氣，部分CO增壓后去調(diào)節(jié)混合氣溫度和收塵器作反吹用，大部分去后工序作原料或燃料。吸附塔排放出來的吸附劑不用再生，直接去配料工段作原料；
2.按照權(quán)利要求1所闡述的黃磷清潔生產(chǎn)工藝方法，其特征是一種涉及設(shè)備、工藝、自控等技術(shù)的先進方法。具體包含除塵、尾氣凈化、熱回收、磷分離和實現(xiàn)整個工藝過程的自動化等；
3.按照權(quán)利要求1、2所闡述的黃磷清潔生產(chǎn)工藝方法，其特征是重力除塵器內(nèi)設(shè)有柵板等部件，采用切線進氣方式，灰粉高度自動檢測，灰粉自動排放，CO補充氣實現(xiàn)自動增壓、調(diào)溫的控制系統(tǒng)，由工藝管線、控制閥門等組成；
4.按照權(quán)利要求1、2所闡述的黃磷清潔生產(chǎn)工藝方法，其特征是離心分離器為低轉(zhuǎn)速離心機，內(nèi)設(shè)換氣降塵等部件。在重力除塵器與離心分離器之間有一個自動水或油封，在混合氣突發(fā)性出現(xiàn)溫度猛升和壓力猛漲時進行自動調(diào)節(jié)；
5.按照權(quán)利要求1、2所闡述的黃磷清潔生產(chǎn)工藝方法，其特征是濾心式收塵器內(nèi)置氟化樹脂膜、高效無機膜除塵等，包含CO凈化尾氣的反吹工藝管線和自動控制設(shè)施。在離心分離器與濾心式收塵器之間設(shè)有溫控閥門和控制管線；
6.按照權(quán)利要求1、2所闡述的黃磷清潔生產(chǎn)工藝方法，其特征是廢熱鍋爐用軟水回收熱，軟水循環(huán)使用；
7.按照權(quán)利要求1、2所闡述的黃磷清潔生產(chǎn)工藝方法，其特征是沉降池采用機械分離器內(nèi)設(shè)三層循環(huán)，高點排除污水，中間出磷泥，低點出黃磷成品，實現(xiàn)物料自動檢測、自動排放；
8.按照權(quán)利要求1、2所闡述的黃磷清潔生產(chǎn)工藝方法，其特征是吸附塔的吸附劑為焦碳、活性炭等，吸附劑的添加和排放實現(xiàn)自動控制，排除的吸附劑直接去配料工序作原料；
9.按照權(quán)利要求1、2所闡述的黃磷清潔生產(chǎn)工藝方法，其特征是吸附塔為固定床、流動床等；
10.按照權(quán)利要求1、2、3、5所闡述的黃磷清潔生產(chǎn)工藝方法，其特征是CO凈化尾氣用壓縮機加壓后，經(jīng)CO輸送管線和自控閥門，反吹吸塵膜和調(diào)節(jié)混合氣溫度、壓力。尾氣凈化的加壓設(shè)備為羅茨鼓風(fēng)機、離心風(fēng)機等。
全文摘要
本發(fā)明為一種黃磷清潔生產(chǎn)工藝方法，它涉及化工工藝、設(shè)備、自動化控制等相關(guān)技術(shù)。其主要特征是采用先進的除塵和熱回收技術(shù)，在分離黃磷之前除去絕大部分粉塵并回收熱能，從而減少污水和磷泥生成；改自然沉降為機械分離，省去后續(xù)的精制工序，直接獲得磷成品；用吸附技術(shù)處理尾氣，除去磷、硫、砷等有害雜質(zhì)，獲得可供使用的工業(yè)CO；自動控制和遠(yuǎn)距離監(jiān)控除塵設(shè)備的溫度、壓力、排塵、吸塵膜反吹、吸附床的吸附劑進出等。
文檔編號C01B25/00GK1463915SQ02133308
公開日2003年12月31日 申請日期2002年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月19日
發(fā)明者李東林, 張銘泰 申請人:成都華西化工研究所