一种提高黄磷收率的吸收装置的制作方法

本发明涉及一种提高黄磷收率的吸收装置，属于黄磷生产节能减排技术领域。

背景技术：

黄磷的生产工艺主要由黄磷电炉（将磷矿石还原为单质磷，单质磷以气相的形式由磷炉气带至黄磷冷凝工段）、黄磷冷凝（气态磷蒸气通过水的冷凝吸收，由气态变为液态的过程）、黄磷精制系统（用热水对冷凝下来的磷进行漂洗精制，获得磷含量大于99%的黄磷产品并副产泥磷）、泥磷回收（采用蒸馏法或过滤法回收泥磷中的黄磷）四个部分组成，其基本工艺流程为：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，产生的炉气从电炉炉盖上的导气管进入三个串联的冷凝塔，气态磷被喷淋水冷凝为液态粗磷，进入收集槽，定期将粗磷虹吸到精制槽漂洗沉降获得合格黄磷，包装成为产品；冷凝后的尾气送到磷炉尾气利用工段。精制产生的泥磷通过过滤、转锅回收其中的黄磷。生产过程中产生的含磷废水送到废水处理站中和处理后回用。

目前的冷凝塔均为中空结构，磷炉尾气的排放温度在50℃以上，从图1可以看出，50℃时，磷炉尾气中的磷含量高达3g/Nm³，每产1吨黄磷损失的磷高达11-15kg，不仅增加了黄磷成本和后系统处理负荷，还污染了环境。因此，降低磷炉尾气中的磷含量是黄磷行业亟待解决的技术瓶颈之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于降低磷炉尾气中的黄磷含量，提高黄磷回收率的同时保护环境，提高黄磷生产的整体清洁化生产水平，降低黄磷生产成本。本发明提出一种提高黄磷收率的吸收装置，该装置将动力波、旋流器技术原理与黄磷生产技术相结合，采用动力波吸收器有效地降低了磷炉尾气的气体温度，采用旋流器有效分离低温出现的固相黄磷；与传统的三级中空冷凝塔相比，本发明提高了黄磷的吸收率，减少了循环吸收水的用量；减少了设备体积、材料消耗、装置占地面积，降低了吸收器的投资。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种提高黄磷收率的吸收装置，包括热冷凝塔1、二级冷凝塔2、动力波吸收器3、热冷凝塔循环槽4、二级冷凝塔循环槽5、旋流器6、热冷凝塔循环泵7、二级冷凝塔循环泵8和动力波吸收器循环泵9；

热冷凝塔1顶部的气体入口与黄磷电炉尾气出口连通，热冷凝塔1下部的气体出口与二级冷凝塔2下部的气体入口连通；热冷凝塔1底部的出水口与热冷凝塔循环槽4入口连通，热冷凝塔循环槽4出水口与热冷凝塔循环泵7连通，热冷凝塔循环泵7与热冷凝塔1的进水口连通，形成回路，热冷凝塔循环槽4通过黄磷液体虹吸管与黄磷精制系统连通；

二级冷凝塔2底部的出水口与二级冷凝塔循环槽5入口连通，二级冷凝塔循环槽5出水口与二级冷凝塔循环泵8连通，二级冷凝塔循环泵8与二级冷凝塔2的进水口连通，形成回路；二级冷凝塔循环泵8与二级冷凝塔2的进水口连通的管路上还设有管道与热冷凝塔循环槽4连通；二级冷凝塔循环槽5通过黄磷液体虹吸管与黄磷精制系统连通；

二级冷凝塔2顶部的气体出口与动力波吸收器3气体入口连通，动力波吸收器3的液体出口与动力波吸收器循环泵9连通，动力波吸收器循环泵9与旋流器6入口连通，旋流器6上部的出口与动力波吸收器3液体入口处连通，方向与气体进入方向相对，形成回路；旋流器6底部的出口与二级冷凝塔循环槽5连通；动力波吸收器3顶部的气体出口与磷炉尾气利用工段连通，动力波吸收器3底部设有含磷悬浮液出口与黄磷精制系统连通；动力波吸收器3还与外接补水装置连通。

所述热冷凝塔1、二级冷凝塔2均为内置2-4层喷头的中空吸收塔。

热冷凝塔1的喷淋水温度为60～75℃，二级冷凝塔2的喷淋水温度为45～55℃，动力波吸收器3的吸收水温度为18～22℃。

工作过程：黄磷电炉制备的磷炉气进入热冷凝塔1，热冷凝塔循环泵7从热冷凝塔循环槽4中抽取水（60～75℃）到热冷凝塔1中进行喷淋，磷炉气通过与喷淋水进行热交换，使磷炉气温度降低而喷淋水温度升高，磷炉气中部分黄磷冷凝后，随着喷淋水从热冷凝塔1底部的出水口排出至热冷凝塔循环槽4中，再从冷凝塔循环槽4通过黄磷液体虹吸管排至黄磷精制系统；降温后的磷炉气从热冷凝塔1气体出口进入二级冷凝塔2，二级冷凝塔循环泵8从二级冷凝塔循环槽5中抽取水（45～55℃）到二级冷凝塔2中进行喷淋（二级冷凝塔循环泵8泵出的一部分水经由管道流入热冷凝塔循环槽4中，对热冷凝塔的循环水进行补充），磷炉气通过对流与喷淋水进行热交换，进一步降低磷炉气温度，磷炉气中又一部分黄磷冷凝后，随着喷淋水从二级冷凝塔2底部的出水口排出至二级冷凝塔循环槽5中，再从二级冷凝塔循环槽5通过黄磷液体虹吸管排至黄磷精制系统；经过二次降温后的磷炉气从二级冷凝塔2气体出口进入动力波吸收器3，动力波吸收器循环泵9抽取水（18～22℃）经过旋流器6分离固体黄磷后，液体通过旋流器6上部出口至大孔径非节流型的喷嘴逆着气流喷出，气流和液体相撞，从而形成高效传热传质的泡沫层，在极短的时间内，实现气液热量的迅速交换，即将磷炉尾气的排放温度从50℃以上降至22℃以下，从图1可以看出，50℃时，磷炉尾气中的磷含量高达3g/Nm³，而出口气体温度22℃时磷含量仅为0.18g/Nm³；经过旋流器6分离后的固体黄磷从旋流器6底部出口排出至二级冷凝塔循环槽5中，由于二级冷凝塔循环槽5的温度为45～55℃，固体黄磷熔融为液态黄磷，再从二级冷凝塔循环槽5通过黄磷液体虹吸管排至黄磷精制系统。从动力波吸收器3出来的磷炉尾气从动力波吸收器3顶部气体出口送至磷炉尾气利用工段，部分冷凝下来的液态（或固体）磷从动力波吸收器3底部含磷悬浮液出口送至黄磷精制系统；动力波吸收器3还与外接补水装置连通，以保证其中吸收水的体积。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点或积极效果：

（1）提高黄磷的吸收率，减少磷炉尾气中有害物的排放，保护环境

本发明在黄磷生产领域中最突出的创新点是采用了动力波吸收器；运用动力波气液相充分混合的原理，使得吸收液温度与磷炉气的温度相当，从而减少了磷炉气所携带的黄磷量（磷炉尾气中的黄磷含量从3g/Nm³降至0.18g/Nm³以下）；有利于保护环境，降低生产成本；在黄磷生产过程中，具有明显的节能、降耗、增效特点；

（2）本发明提出了动力波吸收器与旋流器的组合，克服了液相温度下降，黄磷由液相转化为固相（黄磷凝固温度44.1℃），影响设备正常运行的问题。即在动力波吸收器循环泵出口采用旋流器，通过固体颗粒与液相离心力的差异，实现固体黄磷的分离，既保证了磷炉尾气出口温度低于22℃，又确保不因黄磷凝固导致设备运行的不稳定；

（3）本发明采用动力波吸收器和低温水吸收相结合，以降低烟气的排烟温度。动力波吸收器在本发明中的作用不是吸收（黄磷在水中几乎不溶），而是采用动力波气液充分接触的原理，使气体排烟温度与液相接近，由于气体中黄磷的含量与温度密切相关，气体温度的降低，导致原饱和的气态磷蒸气冷凝，从而减少了烟气排放中的磷含量；

（4）大幅度降低吸收工段的设备体积，减少装置占地面积。动力波气速高达15-25m/s，是喷淋塔的10倍以上，气速的增加，使吸收工段设备体积减小，节省材料和装置占地面积；

（5）与传统工艺流程比较，最后一级吸收塔（动力波吸收器）的黄磷吸收率提高到98%以上，生产系统循环洗涤水用量减少60-80%，具有明显的经济效益，同时由于减少了对环境的污染，还具有良好的社会效益，是一种节能型的黄磷尾气吸收技术。

附图说明

图1为炉气中温度与磷蒸气含量的关系图；

图2为本发明装置结构示意图；

图中：1-热冷凝塔，2-二级冷凝塔，3-动力波吸收器，4-热冷凝塔循环槽，5-二级冷凝塔循环槽，6-旋流器，7-热冷凝塔循环泵，8-二级冷凝塔循环泵，9-动力波吸收器循环泵。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本发明进行详细、清楚、完整地说明，显然，所描述的仅仅是本发明一部分实施例，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作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。

以年产10kt/a黄磷生产装置为例，年运行小时数7200小时，具体实施内容如下：

实施例1

一种提高黄磷收率的吸收装置，包括热冷凝塔1、二级冷凝塔2、动力波吸收器3、热冷凝塔循环槽4、二级冷凝塔循环槽5、旋流器6、热冷凝塔循环泵7、二级冷凝塔循环泵8和动力波吸收器循环泵9；

热冷凝塔1顶部的气体入口与黄磷电炉尾气出口连通，热冷凝塔1下部的气体出口与二级冷凝塔2下部的气体入口连通；热冷凝塔1底部的出水口与热冷凝塔循环槽4入口连通，热冷凝塔循环槽4出水口与热冷凝塔循环泵7连通，热冷凝塔循环泵7与热冷凝塔1的进水口连通，形成回路，热冷凝塔循环槽4通过黄磷液体虹吸管与黄磷精制系统连通；

二级冷凝塔2底部的出水口与二级冷凝塔循环槽5入口连通，二级冷凝塔循环槽5出水口与二级冷凝塔循环泵8连通，二级冷凝塔循环泵8与二级冷凝塔2的进水口连通，形成回路；二级冷凝塔循环泵8与二级冷凝塔2的进水口连通的管路上还设有管道与热冷凝塔循环槽4连通；二级冷凝塔循环槽5通过黄磷液体虹吸管与黄磷精制系统连通；

二级冷凝塔2顶部的气体出口与动力波吸收器3气体入口连通，动力波吸收器3的液体出口与动力波吸收器循环泵9连通，动力波吸收器循环泵9与旋流器6入口连通，旋流器6上部的出口与动力波吸收器3液体入口处连通，方向与气体进入方向相对，形成回路；旋流器6底部的出口与二级冷凝塔循环槽5连通；动力波吸收器3顶部的气体出口与磷炉尾气利用工段连通，动力波吸收器3底部设有含磷悬浮液出口与黄磷精制系统连通；动力波吸收器3还与外接补水装置连通；

热冷凝塔1、二级冷凝塔2均为内置2层喷头的中空吸收塔。

黄磷电炉出口温度180℃、磷含量约350g/Nm³的磷炉气体进入热冷凝塔1，控制热冷凝塔1的循环喷淋水温75℃，出热冷凝塔的气体温度100℃，磷收率为70%；二级冷凝塔喷淋水温度55℃，出二级冷凝塔的气体温度75℃，磷收率72%；动力波吸收器的吸收水温22℃，出口气体温度22℃，出口磷含量为0.18g/Nm³，磷收率99.4%。总的磷收率为99.95%。

实施例2

本实施例装置结构参照实施例1，不同之处在于，本实施例中热冷凝塔1、二级冷凝塔2均为内置3层喷头的中空吸收塔。

黄磷电炉出口温度150℃、磷含量约350g/Nm³的磷炉气体进入热冷凝塔，控制热冷凝塔的循环喷淋水温70℃，出热冷凝塔的气体温度95℃，磷收率为76%；二级冷凝塔喷淋水温度55℃，出二级冷凝塔的气体温度70℃，磷收率76.5%；动力波吸收器的吸收水温20℃，出口气体温度20℃，出口磷含量为0.14g/Nm³，磷收率99.3%。总的磷收率为99.96%。

实施例3

本实施例装置结构参照实施例1，不同之处在于，本实施例中热冷凝塔1、二级冷凝塔2均为内置4层喷头的中空吸收塔。

黄磷电炉出口温度150℃、磷含量约350g/Nm³的磷炉气体进入热冷凝塔，控制热冷凝塔的循环喷淋水温65℃，出热冷凝塔的气体温度85℃，磷收率为84.3%；二级冷凝塔喷淋水温度45℃，出二级冷凝塔的气体温度65℃，磷收率78.25%；动力波吸收器的吸收水温20℃，出口气体温度20℃，出口磷含量为0.14 g/Nm³，磷收率98.8%。总的磷收率为99.96%。

实施例4

本实施例装置结构参照实施例3，不同之处在于，本实施例中热冷凝塔1、二级冷凝塔2、动力波吸收器3的水温如下设置：

黄磷电炉出口磷炉炉气的温度130℃、磷含量约350g/Nm³的磷炉气体进入热冷凝塔，控制热冷凝塔的循环喷淋水温60℃，出热冷凝塔的气体温度80℃，磷收率为89.4%；二级冷凝塔喷淋水温度45℃，出二级冷凝塔的气体温度60℃，磷收率83.8%；动力波吸收器的吸收水温18℃，出口气体温度18℃，出口磷含量为0.1g/Nm³，磷收率98.33%。总的磷收率为99.97%。