电晕放电协同分离转化黄磷炉气中粉尘和磷硫杂质

发布时间：2020-10-13 12:05

　　 黄磷是一种重要的化工产品,我国黄磷生产主要以电炉法工艺为主,产能和产量均居世界第一。电炉法产生黄磷会产生大量的黄磷炉气,炉气的主要成分是黄磷蒸气、CO、挟带的粉尘及一些气体杂质,黄磷生产需要去除其中的粉尘,尾气的资源化利用需要净化其中的杂质。国内黄磷生产主要通过湿法除尘在受磷阶段去除炉气中的粉尘,湿法除尘形成大量泥磷,泥磷回收成本高、能源和水消耗大,并产生含磷污水。湿法除尘后的尾气中含有85%-95%的CO可以作为热源或者一碳化工的原料气,但是含有一定的粉尘和COS、PH_3、H_2S等磷硫杂质,会腐蚀设备、影响原料气的品质。去除黄磷炉气中的粉尘和COS、PH_3、H_2S等杂质对于黄磷清洁生产、环境保护和资源化利用都十分重要。目前,主要通过湿法除尘、碱洗、吸附、催化等多种方法分步骤去除黄磷炉气中的粉尘、净化黄磷尾气中的杂质。分步净化技术复杂、工艺路线长,而且多种杂质共存的情况经常引起技术问题。开发综合净化黄磷炉气的工艺技术对于促进黄磷清洁生产和黄磷尾气资源化利用具有重要意义。电晕放电是一种气体放电净化技术,在电晕放电作用下可以产生大量高能电子。本文中利用电晕放电的原理,粉尘与电子结合荷电在电场中定向运动而被收集,高能电子撞击COS、PH_3、H_2S气体分子使其发生电离、解离等过程而被转化,在电晕放电条件下粉尘与COS、PH_3、H_2S相互作用,可以使杂质更容易转化而且产生的副产物更少,从而通过电晕放电实现协同分离转化黄磷炉气中的粉尘和COS、PH_3、H_2S杂质,简化黄磷炉气净化的工艺。本文采用线管式电晕放电反应器,通过配气系统和粉尘模拟装置主要研究了电晕放电条件对分离转化的影响,电晕放电对COS、PH_3、H_2S的转化效果,粉尘和COS、PH_3、H_2S共存时电晕放电的分离转化效果,以及电晕放电协同分离转化粉尘和COS、PH_3、H_2S的途径。通过实验和研究得到以下结果和结论：(1)电晕放电可以转化COS、PH_3、H_2S气体,COS、PH_3、H_2S混合气的初始浓度为1120 ppm、1080 ppm、1140 ppm时,常温、氧气含量为0.1%、相对湿度为23%、输入能量比为806 J/L条件下COS、PH_3、H_2S的转化效率可以达到80%、100%、100%。COS、PH_3和H_2S被电晕放电转化的容易程度是：PH_3H_2SCOS。(2)氧气浓度极低时(0.1%),电晕放电将COS、PH_3、H_2S转化为CO、CO_2、硫单质、SO_2、SO_4~(2-)、H2、P_4S_(10)、H_3PO_4。氧气浓度较高时,COS、PH_3、H_2S被转化为CO、CO_2、硫单质、SO_2、SO_4~(2-)、H_3PO_4,而没有H2、P_4S_(10)产生。根据不同情况下电晕放电作用于COS、PH_3、H_2S的产物推断,电晕放电通过高能电子撞击打断COS、PH_3、H_2S的化学键而使其发生转化,转化生成的产物与共存粒子的种类有关。(3)电晕放电可以使电场中的粉尘荷电、定向运动而被去除,实验条件下除尘效率高于99%。当粉尘和COS、PH_3、H_2S共存时,电晕放电作用下粉尘对COS和H_2S的转化有促进作用,但是对PH_3的转化效率有微弱的降低。粉尘的存在使CO_2的产率提高,而使CO和SO_2的产率降低,粉尘的存在显著抑制SO_2的生成。电晕放电作用下,COS、PH_3、H_2S或者它们的中间产物与粉尘中的CaF2、Al3+发生反应,使COS、PH_3和H_2S的磷硫可固定在固体物质中并被收集,实现同时分离转化粉尘和COS、PH_3、H_2S的目的。(4)综合考虑粉尘和COS、PH_3、H_2S的分离转化效果及能量产率,在不同电极类型中圆钢型电极对磷硫杂质的转化效果最好。反应器的极间距越小,粉尘和COS、PH_3、H_2S的分离转化效率越高,能量产率也越高。气体在反应器内的停留时间越长,粉尘和COS、PH_3、H_2S的分离转化效率越高,但是能量产率降低。86%CO气氛下和N2气氛不同电晕放电的伏安特性不同,但是相同SIE条件下,CO为主的气氛和氮气为主的H_2S的转化效率基本相同。温度升高会影响放电特性从而影响粉尘和COS、PH_3、H_2S的分离转化效率。电晕放电方法可以有效地同步分离转化黄磷炉气中的粉尘和COS、PH_3、H_2S,根据实际需求,设计和调节放电及相关条件可以实现较好的效果。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2016
【中图分类】：X781
【部分图文】：

与粉尘一起进入塔底受憐槽中，大部分粉尘在喷淋过程中被收集下来形成泥磯。??受磯后的Ｃ０等气体（即黄磯尾气），经总水封分排空燃烧或净化后利用。生产工??艺如图１－１所示。??放空??＆?水．．＾／１＼，?。??＼?吗Ｖｕ（电宁??之ＵＵ?７山??广?Ｉ?Ｋ?ＴＴ?／三?至干燥岗位????而?ｆ?１?ｆｔ?＾?ｊ?ｌ＼ｉ３??＼ａＡＡａＡＪ?Ｉ１＾?＼＾?＾??ｙ?ｎ?■?／ｉ４??１—小料仓；２—配料车；３—料桶；４—料柜：５—电炉；６—排潰遼：７—导气瞥；８—循环累；??９—热水槽：１０－冷凝塔；１１—集中權：１２—椅制锅：口一怠水封；１４－冷凝池；巧一高位植??图１－１黄癖生产湿法除尘工艺??Ｆｉｇ．?１－１?Ｗｅｔ?ｄｕｓｔ?ｒｅｍｏｖａｌ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｙｅｌｌｏｗ?ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ??黄稱炉气湿法除尘不仅需要消耗大量的水，还产生大量的泥磯和含稱污水。??湿法除尘中工艺中，每吨黄磯产生２０￣４０ｍ３含磯废水间，产生泥磯２５０?ｋｇ［７］，湿法??电除尘工艺必须配备污水处理系统，设备多、维护量大、运行成本高［８］。黄磯炉??气经过湿法除尘后，燃烧排放或者净化后资源化利用，湿法除尘后大部分黄磯尾??气中还含有较高的粉尘和磯硫杂质，无论是燃烧后排空还是尾气资源化利用，粉??尘和磯硫杂质都会污染环境、影响尾气的资源化利用。??黄磯炉气干法除尘是炉气首先经过静电除尘器去除炉气中的粉尘，之后冷却??得到粗磯

与粉尘一起进入塔底受憐槽中，大部分粉尘在喷淋过程中被收集下来形成泥磯。??受磯后的Ｃ０等气体（即黄磯尾气），经总水封分排空燃烧或净化后利用。生产工??艺如图１－１所示。??放空??＆?水．．＾／１＼，?。??＼?吗Ｖｕ（电宁??之ＵＵ?７山??广?Ｉ?Ｋ?ＴＴ?／三?至干燥岗位????而?ｆ?１?ｆｔ?＾?ｊ?ｌ＼ｉ３??＼ａＡＡａＡＪ?Ｉ１＾?＼＾?＾??ｙ?ｎ?■?／ｉ４??１—小料仓；２—配料车；３—料桶；４—料柜：５—电炉；６—排潰遼：７—导气瞥；８—循环累；??９—热水槽：１０－冷凝塔；１１—集中權：１２—椅制锅：口一怠水封；１４－冷凝池；巧一高位植??图１－１黄癖生产湿法除尘工艺??Ｆｉｇ．?１－１?Ｗｅｔ?ｄｕｓｔ?ｒｅｍｏｖａｌ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｙｅｌｌｏｗ?ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ??黄稱炉气湿法除尘不仅需要消耗大量的水，还产生大量的泥磯和含稱污水。??湿法除尘中工艺中，每吨黄磯产生２０￣４０ｍ３含磯废水间，产生泥磯２５０?ｋｇ［７］，湿法??电除尘工艺必须配备污水处理系统，设备多、维护量大、运行成本高［８］。黄磯炉??气经过湿法除尘后，燃烧排放或者净化后资源化利用，湿法除尘后大部分黄磯尾??气中还含有较高的粉尘和磯硫杂质，无论是燃烧后排空还是尾气资源化利用，粉??尘和磯硫杂质都会污染环境、影响尾气的资源化利用。??黄磯炉气干法除尘是炉气首先经过静电除尘器去除炉气中的粉尘，之后冷却??得到粗磯

电流的方向和离子运功轨迹正好跟负电晕放电相反。一般来说负电晕起晕电压较??低、击穿电压较高，其放电通道较正电晕较宽，放电较稳定，因此本实验采用负??电极电晕放电的方法。气体电离过程示意图见图１－３。??１４??
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本文编号：2839147