液下泵应用于含磷尾气的回收

黄磷生产中,由于原料在输送和混合中的碰撞摩擦,会带人所形成的粉尘,其化学反应中一些组分在高温时会挥发,或因操作不正常时,都将产生一定量的粉尘。因此,从电炉中逸出的炉气,除主要组分磷蒸气和一氧化碳外,还有少量的PH1、H2S、N2、OO2、SiF4、P2O3、H2O等其他气体及所夹带的少量粉尘。一般炉气中含磷量为270~380克/米3,含尘量约为50~150克/米3,炉气相应的露点为160~180℃(昆明地区为167.4℃)。如不经除尘而进入冷凝系统,影响凝聚精制操作,使磷泥量增加,磷收率下降,对炉气的除尘净化处理是十分必要的。

炉气的除尘净化,炉气从电炉中出来后,进入冷凝设备之前,最好先将其中的粉尘除去,以减少磷泥量。迄今国内外制磷工业,对磷泥的处理,一直是项为难的问题。在国内黄磷生产中,对炉气的净化,曾采用过箱式除尘器,是一种简单的重力沉降设备。因体积庞大,效率较低(当停留时间为20~60秒时,除尘效率最高才达50%左右),使用中又存在保温和排灰难等主要问题。曾设计的保温系统,是采用电炉尾气CO燃烧,除尘器被直接加热,受热不均匀,加之温度未考虑自动控制措施,人工操作控制常使气温波动很大。当温度低于磷蒸气的露点,磷会在除尘器中冷凝下来与粉尘凝聚在一起,在长期保温下,会使黄磷转化为赤磷。因粉尘又细又轻,收尘和排灰有较大困难。当原料干燥不好时,炉气中还有磷酸雾生成,混杂于粉尘中,使粉尘发粘不易流动。原设计的人工拖扒排灰装置,操作时劳动条件很恶劣,不便操作维修。所以未获推厂应用。结合我国中小型黄磷生产的特点,多是块矿入炉,石墨电极输电,只须在设计中适当考虑加高电炉内高,使一部分粉尘在炉内生料层中滤去,就相对地降低了炉气中的含尘量。所以,在国内中小型磷炉生产中,都没有采用除尘净化装置。至于今后是否可采用电除尘器,有待其生产发展来定。

国外多数大中型制磷厂,都采用电除尘器净化炉气,电除尘器的基本结构与冶金、化工、建材等工业中所用的大致相同,管式、板式及些其他新型的电除尘器都有采用。但因制磷工业的特点,对所采用的电除尘器有一些特殊的要求:为防止炉气中磷蒸气的冷凝,整个除尘器必须保温在250~300℃,否则产生的后果比箱式除尘器更为严重。保温方式一种是电炉尾气CO燃烧的烟气,在电除尘器夹套内循环保温;另一种是电热丝保温。前者价格低廉,但温度波动较大,后者控制稳定,但耗电较多。制磷系统的设备,一般均要保持微正压操作,对电除尘器顶部的高压电晕极进线,既要保持高电压的绝缘,又要能振动以除积灰,还得防止炉气逸出和空气漏进。为此,常用钟形罩加油封或用石英砂封加上惰性气体气封。由于炉气中不可避免地有少量的磷随粉尘一起被分离下来,就增加了排灰的困难故要求电除尘器的排灰装置,既要将收集的粉尘顺利地排出,又要避免炉气逸出和空气漏进,对排灰装置的气密一定要完善。

磷蒸气的冷凝:将炉气冷却至低于磷的露点温度,磷蒸气由气相转变为液相,经磷的微小液滴不断长大凝结而沉降下来。这是个有传热和传质的传递过程。当炉气中的磷蒸气低于露点温度时,气相中的磷不断凝聚变为液滴,而细的液滴长大到一定的粒度后,即可被收集下来。液滴的长大,一是气相中磷的继续凝聚粘结,是液滴互相碰撞合并。不论那种长大过程,都需要有一定的时间,经试验证实,水蒸气的存在对磷的冷凝影响不大,只要停留时间达1分钟以上,冷凝率就可达95%左右。

值得注意的是,在冷凝过程中,液相由于过饱和度的提高,晶种的生成速度就迅速增加,导致生成微小雾滴而不易沉降下来,被气流带走,造成磷的损失。生产中为避免这种现象发生,总是使过饱和度适当地超过临界数值。其措施是装置由3~4个冷凝容器组成的冷凝器组来实现。液体微粒的长大和沉降,是冷凝过程中的控制阶段,为了将绝大部分的磷从炉气中分离下来,必须在气流速度很小的情况下进行。

我国黄磷生产中,磷的冷凝都是采用三个串联的空塔、塔内气流速度一般为0.1~0.2米/秒,停留时间为100秒左右、尾气温度只要控制在35℃以下,出冷凝塔的气体含磷量不超过1克/米3,磷的冷凝效率可达9%以上。冷凝塔中喷水或不喷水,对磷的冷凝率影响不大,这与国外的试验结果基本相符。若采用喷水的湿式冷凝,其尾气中的含尘量和氟硅酸含量降低,对尾气作燃料或进一步净化利用是有利的。至于国外部分厂采用的间壁干式冷凝器冷凝磷蒸气,其优点是生成的磷泥量较少,含磷污水量也减少。缺点是设备投资高,操作中容易堵塞,国内没采用。冷凝塔可采用铸铁制造,虽能解决设备腐蚀问题,但一次性投资较高;若使用钢板焊制,内壁須进行防腐蚀处理,一般是涂生漆或酚醛树脂。

喷淋水多采用循环封闭式,既可节约用水量,又便于污水的处理。在循环过程中,循环水的腐蚀性会逐渐增强,为避免生成氟硅酸或它的碱式盐类,必须随时添加一定量的新鲜水和排放相应量的循环水,使循环水的pH值在5~9之间。三个冷凝塔置于受磷槽之上,冷凝的液态磷沉降于受磷槽中。受磷槽用钢板焊制,并采用蒸汽夹套保温,也可为混凝土地下贮槽,需视收磷系统的设备布置而定。钢板焊接夹套保温的受磷槽,适用于冷凝塔高位布置,收得的磷借位差放入精制设备中精制,其投资费用略高。混凝土地下收磷槽,适用于冷凝塔布置标高较低,磷需要液下泵进行输送,操作费用略高,特别适用于大型制磷电炉。由3塔出来的尾气,其中大部分为CO最高可达90%,经总水封排出分别利用或放空。

粗磷的精制回收:未经除尘的炉气,在冷凝塔中冷凝收集的磷,均含有一定量的杂质,这部分收集的磷通常称作粗磷。为制得符合商品标准(磷的纯度达99.9%)的成品磷,粗磷必须进一步精制提纯。一般的精制是间隙操作,利用位差从受磷槽把粗磷放入精制槽中,用直接蒸汽加热粗磷,并同时加水使其搅拌均匀。开始蒸汽量可适当大些,随着加热时间延长,蒸汽量可慢慢减少,使粗磷中的杂质和磷形成的胶状结构被破坏而导致杂质浮出。当槽内开始有微黄色烟雾冒出时,表示加热即可停止。然后用蒸汽夹套控制槽内热水温度60~80℃静置保温,磷和杂质借比重不同而自然分层,因磷的比重大而沉在下层底部得以分离,上层杂质就是通常所说的磷泥。磷与杂质分离的好坏,与静置沉降分层的时间有很大关系。一般说时间长些比较好,但无限的延长也是不现实的,最多精制时间可长达24小时。将精制好的磷与磷泥,分别从精制槽放出,即达精制目的。精制槽为两个,交替使用,通常精制周期为24小时一次。成品磷再用胶皮管放入有水的桶成型,每桶20公斤.待充分冷凝后,即可包装