CN107433102B - 一种用微波加热净化黄磷尾气的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用微波加热净化黄磷尾气的方法和装置，该装置包括尾气进气管、尾气出气管、加热管及微波装置，加热管分别与尾气进气管、尾气出气管连接，黄磷尾气由尾气进气管进入加热管中，微波装置产生微波并传输至加热管中，对黄磷尾气进行干燥、净化，经干燥、净化后的黄磷尾气从加热管进入尾气出气管，再由尾气出气管进入资源化利用装置、或者直接排放至大气中。本发明采用微波技术达到加热和净化双重作用，升温速率快、易于控制、操作方便；在资源化利用之前对尾气进行干燥、净化，提高能源利用率，形成有效的资源综合利用。本发明可应用到各种磷化工企业，对污染减排、废物资源化、实现循环经济等具有重大意义。
Description
技术领域
本发明涉及黄磷尾气净化领域，尤其涉及一种用微波加热净化黄磷尾气的方法和装置。
背景技术
我国是世界上主要的黄磷生产国，总产量高达180万吨/年，居世界首位。生产黄磷的同时伴随大量的黄磷尾气产生，每生产一吨黄磷大约产生2500～3000m3的黄磷尾气，黄磷尾气的主要成分为一氧化碳，含量为85％～92％，还含有硫化氢、白磷、磷化氢、二氧化硫等高腐蚀性的杂质。一氧化碳可作为燃料使用，因此，传统的黄磷尾气处理方法——燃烧排空，在带来大量二氧化碳排放的同时，还造成了资源浪费。在资源短缺、能源紧张、环境污染日益加重的当今社会，如何对黄磷尾气进行有效净化，是生产黄磷企业实现污染减排、废物资源化亟需解决的问题。
目前，国内外企业生产黄磷的常规方法是电炉法，该法生产工艺简单，通常是将黄磷矿石、硅石和焦炭等按一定比例和粒度投放至黄磷电炉中，在一千多度的高温下发生分解反应、还原反应，高温炉渣直接从黄磷电炉中排出，而含有磷蒸汽、炉尘和腐蚀性气体的高温磷炉气经冷却、漂洗后得到黄磷产品。从黄磷电炉直接排出的磷炉气在喷淋冷却装置中进行冷却，冷却得到的磷需要进一步漂洗，剩余的磷炉气需要进一步净化后排空或资源化，而且净化方法也常常采用喷淋法。一般来说，喷淋冷却装置包括一级喷淋冷却塔、二级喷淋冷却塔和三级喷淋冷却塔，其中，一级喷淋冷却塔、二级喷淋冷却塔喷淋热水，而三级喷淋冷却塔喷淋冷水。含高浓度一氧化碳的磷炉气经过喷淋冷却后含大量水分，若温度太低容易在管道中凝结，对管道造成腐蚀，因此，对磷炉气进行提温是很有必要的。
经喷淋冷却塔排出的黄磷尾气，除部分以传统的“火炬”形式燃烧外放外，资源化利用是备受推崇的处理途径。例如，将黄磷尾气转化为合成天然气；利用黄磷尾气还原铬渣中的六价铬，在去除黄磷尾气中的有毒气体的同时，使铬渣中的六价铬得到有效的还原，且还原后的铬渣不易返黄；……等。
但是无论采用哪种资源化利用方式，都有必要先对黄磷尾气进行进一步的净化处理。废气的净化方式虽有多种，但是黄磷尾气成分复杂，对设备腐蚀性相当严重，且净化的条件很难控制，因此资源化之前如何对黄磷尾气进行有效的干燥净化是亟需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种用微波加热净化黄磷尾气的方法和装置，能够加热干燥黄磷尾气的同时破坏黄磷尾气中的杂质成分，实现在黄磷尾气进行资源化利用之前对其进行干燥、净化。
一种用微波加热净化黄磷尾气的方法，步骤如下：
(1)黄磷尾气从尾气进气管流入加热管；
(2)微波装置产生微波，且微波以驻波的方式密封在加热管内，利用微波的穿透性、选择加热性对黄磷尾气进行加热、干燥，利用微波的非电离性，将黄磷尾气中的有毒杂质分子破坏，净化黄磷尾气；
(3)经加热、净化后的黄磷尾气进入尾气收集管；
(4)尾气收集管上连有除尘器，黄磷尾气经除尘器进一步除尘后排入尾气出气管；
(5)黄磷尾气从尾气出气管进入资源化利用装置，或者直接排放至大气中。
进一步，所述黄磷尾气的流速为1.0～1.5L/min，所述微波的频率为2450±10MHz，所述黄磷尾气在所述加热管中加热的时长为0.1～0.4s。
进一步，所述除尘器为脉冲喷吹滤筒除尘器，其喷吹压力为0.6～0.8MPa，喷吹时间为0.05～0.1s，喷吹管的直径为15～25mm，喷吹孔的直径为6～8mm，喷吹距离为150mm。
进一步，所述有毒杂质分子为磷化氢、羰基硫。
实施上述方法的一种用微波加热净化黄磷尾气的装置，包括尾气进气管、尾气出气管、加热管及微波装置，加热管分别与尾气进气管、尾气出气管连接，黄磷尾气由尾气进气管进入加热管中，微波装置产生频率为2450±10MHz的微波并传输至加热管中，利用微波的穿透性、选择加热性对黄磷尾气进行加热、干燥，利用微波的非电离性，将黄磷尾气中的有毒杂质分子破坏，净化黄磷尾气，经干燥、净化后的黄磷尾气从加热管进入尾气出气管，再由尾气出气管进入资源化利用装置、或者直接排放至大气中。
进一步，所述微波装置包括微波供给装置和微波传输装置，微波供给装置包括微波电控器和波导线，通过控制微波电控器产生微波，微波经波导线传输给所述加热管；微波传输装置包括微波发生器和波导管，微波发生器安装在波导管的底部，波导管套装于所述加热管内，且波导管通过波导线与微波电控器连接，以使波导管内的微波以驻波的方式密封于所述加热管内。
进一步，所述用微波加热净化黄磷尾气的装置还包括尾气收集管和除尘器，尾气收集管一端与所述加热管连接，尾气收集管的另一端与除尘器的一端连接，除尘器的另一端与所述尾气出气管连接，除尘器用以对干燥、净化过的黄磷尾气进一步的除尘处理。
进一步，所述用微波加热净化黄磷尾气的装置内部设置有十组所述加热管，组与组间垂直平行，布置在装置内，每组又分别有四根所述加热管，每组的四根所述加热管间通过弯头依次连接，呈“蛇形”排列，蛇形的始端为尾气进气端，蛇形的末端为尾气出气端，进气端、出气端均位于所述加热管上端，每组的进气端与所述尾气进气管连接，每组的出气端与所述尾气收集管连接。
进一步，所述用微波加热净化黄磷尾气的装置还包括流量计，流量计位于所述进气端与所述尾气进气管之间，方便监控、调配尾气的流量。
进一步，所述用微波加热净化黄磷尾气的装置各个部件集成于一壳体，壳体的底部安装有若干防震滑轮，防震滑轮上设置有卡口，用以调整装置的移动的方向，在壳体的侧面安装有滑轮移动开关，用以调整装置的位置；该壳体的顶板上设有主进风口，壳体的侧面板上设有辅进风口，壳体的前面板为门板，在门板上设有出风口，设置主进风口、铺进风口及出风口的目的在于调节装置内部的气压，前面板设置成门板的目的在于便于修理和维护装置；该壳体的内部还设置有中央管板，将壳体分为两部分，起到稳固内部结构的专用，且管板上还设有透气孔，便于上下腔体的气体流通等。
本发明一种用微波加热净化黄磷尾气的装置，在实际使用时，尾气进气管通过进气法兰与喷淋冷却塔的出口管道贯通连接，尾气出气管通过出气法兰与黄磷尾气资源化利用装置的进口管道贯通连接。黄磷尾气从喷淋装置流入尾气进气管中，再经进气端流入加热管中，通过微波装置产生的微波对黄磷尾气进行干燥、净化，干燥净化后的尾气经出气端进入尾气收集管，而后进入除尘器中进行除尘，再由尾气出气管进入资源化利用装置。在实际应用中也可将干燥、净化、除尘后的黄磷尾气直接排放至大气中。
本发明与现有技术相比，其主要优点是：采用微波技术达到加热和净化双重作用，升温速率快、易于控制、操作方便；在资源化利用之前对尾气进行干燥、净化，提高能源利用率，形成有效的资源综合利用；装置小巧、部件简单、没有繁杂的换热环节，安装方便，后期维护修理方便，节省人力、物力同时，提高工作效率；本发明可应用到各种磷化工企业，对污染减排、废物资源化、实现循环经济等具有重大意义。
附图说明
图1是一种用微波加热净化黄磷尾气的装置的结构示意图；
图2是一种用微波加热净化黄磷尾气的装置的加热管的左视图；
图3是本发明中黄磷尾气的处理流程图。
具体实施方式
下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。
为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
如图1-图3所示，本发明一种用微波加热净化黄磷尾气的装置，包括尾气进气管1、尾气出气管2、加热管3及微波装置4，加热管3分别与尾气进气管1、尾气出气管连接2，黄磷尾气由尾气进气管1进入加热管3中，微波装置4产生微波并传输至加热管3中，利用微波的穿透性、选择加热性及非电离性，对黄磷尾气进行干燥、净化，经干燥、净化后的黄磷尾气从加热管3进入尾气出气管2，再由尾气出气管2进入资源化利用装置、或者直接排放至大气中。
微波装置4包括微波供给装置41和微波传输装置42。微波供给装置41包括微波电控器411和波导线412，通过控制微波电控器411产生微波，微波经波导线412传输给加热管3；微波传输装置42包括微波发生器421和波导管422，微波发生器421安装在波导管422的底部，波导管422套装于加热管3内，且波导管422通过波导线412与微波电控器411连接，以使波导管422内的微波以驻波的方式密封于加热管，驻波产生的能量只在相邻接的波节、波腹处转移，能量以动能和势能的形式交换储存，能长时间存在于腔体，实现体加热，且加热均匀、持续时间长。
本实施例中一种用微波加热净化黄磷尾气的装置内部设置有十组加热管3，每组又分别有四根加热管3，每组的四根加热管3间通过弯头5依次连接，呈“蛇形”排列，蛇形的始端为尾气进气端31，蛇形的末端为尾气出气端32，且进气端31、出气端32均位于所属加热管3上端，组与组间垂直平行，布置在装置内。每组的进气端31与尾气进气管1连接，每组的出气端32与尾气收集管6连接，尾气收集管6与除尘器7的一端连接，除尘器7用以对干燥、净化过的黄磷尾气进一步的除尘处理，除尘器7的另一端与尾气出气管2连接。加热管3为非金属材质，在本实施例中加热管3选择石英玻璃材质。加热管3选择上述十组蛇形结构，采取分批处理，使黄磷尾气可充分被微波加热、净化处理，且处理速度迅速。
本发明一种用微波加热净化黄磷尾气的装置还包括流量计8，流量计8位于进气端31与尾气进气管1之间，方便监控、调配尾气的流量。
上述本发明一种用微波加热净化黄磷尾气的装置各个部件集成于一壳体上或内。该壳体的底部安装有若干防震滑轮9，滑轮9上设置有卡口91，用以调整移动的方向；此外，在壳体的侧面安装有滑轮移动开关10，用以调整装置的位置。在壳体的顶板上设有主进风口11，壳体的侧面板上设有辅进风口12，壳体的一侧面设置两扇门，在门板设有出风口13，设置主进风口11、铺进风口12及出风口13的目的在于调节装置内部的气压，在侧面设置门扇的目的在于便于修理和维护装置。在壳体顶板上还安装有若干吊挂装置14，方便装置的起吊，本实施例中的吊挂装置14为吊环，在实际应用时，还可选择挂钩、挂扣等吊挂装置，根据具体情况选择合适吊挂装置14。
上述壳体的上顶板为透波陶瓷材料、底板为不锈钢材料，在壳体的内部还设置有材质为保温材料的中央管板，将壳体分为两部分，起到稳固内部结构的专用，且管板上还设有透气孔，便于上下腔体的气体流通等。
本发明一种用微波加热净化黄磷尾气的装置，在实际使用时，尾气进气管1通过进气法兰15与喷淋冷却塔的出口管道贯通连接，尾气出气管2通过出气法兰16与黄磷尾气资源化利用装置的进口管道贯通连接。黄磷尾气从喷淋装置流入尾气进气管1中，再经进气端31流入加热管3中，通过微波装置4产生的微波对黄磷尾气进行干燥、净化，干燥净化后的尾气经出气端32进入尾气收集管6，而后进入除尘器7中进行除尘，再由尾气出气管2进入资源化利用装置。在实际应用中也可将干燥、净化、除尘后的黄磷尾气直接排放至大气中。
黄磷尾气的流速为1.0～1.5L/min(优选1.2L/min)，微波的频率为2450±10MHz(优选2450MHz)，装置的压力为60～101KPa(优选80KPa)，黄磷尾气在加热管中加热的时长为0.1s～0.4s(优选0.2s)左右，除尘器为脉冲喷吹滤筒除尘器，其喷吹气压为0.6～0.8MPa(优选0.7MPa)，喷吹时间为0.05～0.1s(优选0.08s)，喷吹管的直径为15～25mm(优选20mm)，喷吹孔的直径为6～8mm(优选7mm)，喷吹距离为150mm。上述各数据根据实际应用可做相应的调整更改。
一种用微波加热净化黄磷尾气的方法，步骤如下：
(1)黄磷尾气从尾气进气管流入加热管；
(2)微波装置产生微波，且微波以驻波的方式密封在加热管内，利用微波的穿透性、选择加热性对黄磷尾气进行加热、干燥，利用微波的非电离性，将黄磷尾气中的有毒杂质分子破坏，净化黄磷尾气；
(3)经加热、净化后的黄磷尾气进入尾气收集管；
(4)尾气收集管上连有除尘器，黄磷尾气经除尘器进一步除尘后排入尾气出气管；
(5)黄磷尾气从尾气出气管进入资源化利用装置，或者直接排放至大气中。
本发明采用微波加热，不需要换热过程，也不需要由表及里的热传导，而是通过微波在液体内部的能量消耗来直接进行加热，水属于极性分子，其介电常数非常高，属于强吸波物质、微波加热效率极高。本发明采用微波加热，可以在几秒的时间内迅速地将微波功率调到所需的数值，将黄磷尾气加热到适当温度，便于自动化和连续化生产。在使黄磷尾气的温度迅速升高的同时，基于微波的非电离性，还可将磷化氢、羰基硫等杂质分子破坏，实现对黄磷尾气的净化。
本发明与现有技术相比，其主要优点是：采用微波技术达到加热和净化双重作用，升温速率快、易于控制、操作方便；在资源化利用之前对尾气进行干燥、净化，提高能源利用率，形成有效的资源综合利用；装置小巧、部件简单、没有繁杂的换热环节，安装方便，后期维护修理方便，节省人力、物力同时，提高工作效率；本发明可应用到各种磷化工企业，对污染减排、废物资源化、实现循环经济等具有重大意义。
Claims (10)
1.一种用微波加热净化黄磷尾气的方法，步骤如下：
(1)黄磷尾气从尾气进气管流入加热管；
(2)微波装置产生微波，且微波以驻波的方式密封在加热管内，利用微波的穿透性、选择加热性对黄磷尾气进行加热、干燥，利用微波的非电离性，将黄磷尾气中的有毒杂质分子破坏，净化黄磷尾气；
(3)经加热、净化后的黄磷尾气进入尾气采集管；
(4)尾气收集管上连有除尘器，黄磷尾气经除尘器进一步除尘后排入尾气出气管；
(5)黄磷尾气从尾气出气管进入资源化利用装置，或者直接排放至大气中；
其中，设置有十组所述加热管，组与组间垂直平行，每组又分别有四根所述加热管，每组的四根所述加热管间通过弯头依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种用微波加热净化黄磷尾气的方法，其特征在于，所述黄磷尾气的流速为1.0～1.5L/min，所述微波的频率为2450±10MHz，所述黄磷尾气在所述加热管中加热的时长为0.1～0.4s。
3.根据权利要求1所述的一种用微波加热净化黄磷尾气的方法，其特征在于，所述除尘器为脉冲喷吹滤筒除尘器，其喷吹压力为0.6～0.8MPa，喷吹时间为0.05～0.1s，喷吹管的直径为15～25mm，喷吹孔的直径为6～8mm，喷吹距离为150mm。
4.根据权利要求1所述的一种用微波加热净化黄磷尾气的方法，其特征在于，所述有毒杂质分子为磷化氢、羰基硫。
5.一种用微波加热净化黄磷尾气的装置，其特征在于，包括尾气进气管、尾气出气管、加热管及微波装置，加热管分别与尾气进气管、尾气出气管连接，黄磷尾气由尾气进气管进入加热管中，微波装置产生频率为2450±10MHz的微波并传输至加热管中，利用微波的穿透性、选择加热性对黄磷尾气进行加热、干燥，利用微波的非电离性，将黄磷尾气中的有毒杂质分子破坏，净化黄磷尾气，经干燥、净化后的黄磷尾气从加热管进入尾气出气管，再由尾气出气管进入资源化利用装置、或者直接排放至大气中；其中，装置内部设置有十组所述加热管，组与组间垂直平行，布置在装置内，每组又分别有四根所述加热管，每组的四根所述加热管间通过弯头依次连接。
6.根据权利要求5所述的一种用微波加热净化黄磷尾气的装置，其特征在于，所述微波装置包括微波供给装置和微波传输装置，微波供给装置包括微波电控器和波导线，通过控制微波电控器产生微波，微波经波导线传输给所述加热管；微波传输装置包括微波发生器和波导管，微波发生器安装在波导管的底部，波导管套装于所述加热管内，且波导管通过波导线与微波电控器连接，以使波导管内的微波以驻波的方式密封于所述加热管终端。
7.根据权利要求5所述的一种用微波加热净化黄磷尾气的装置，其特征在于，还包括尾气收集管和除尘器，尾气收集管一端与所述加热管连接，尾气收集管的另一端与除尘器的一端连接，除尘器的另一端与所述尾气出气管连接，除尘器用以对干燥、净化过的黄磷尾气进一步的除尘处理。
8.根据权利要求7所述的一种用微波加热净化黄磷尾气的装置，其特征在于，每组的四根所述加热管呈“蛇形”排列，蛇形的始端为尾气进气端，蛇形的末端为尾气出气端，进气端、出气端均位于所述加热管上端，每组的进气端与所述尾气进气管连接，每组的出气端与所述尾气收集管连接。
9.根据权利要求8所述的一种用微波加热净化黄磷尾气的装置，其特征在于，还包括流量计，流量计位于所述进气端与所述尾气进气管之间，方便监控、调配尾气的流量。
10.根据权利要求5-9任一所述的一种用微波加热净化黄磷尾气的装置，所述用微波加热净化黄磷尾气的装置各个部件集成于一壳体，壳体的底部安装有若干防震滑轮，防震滑轮上设置有卡口，用以调整装置的移动的方向，在壳体的侧面安装有滑轮移动开关，用以调整装置的位置；该壳体的顶板上设有主进风口，壳体的侧面板上设有辅进风口，壳体的前面板为门板，在门板上设有出风口，设置主进风口、铺进风口及出风口的目的在于调节装置内部的气压，前面板设置成门板的目的在于便于修理和维护装置；该壳体的内部还设置有中央管板，将壳体分为两部分，起到稳固内部结构的作用，且管板上还设有透气孔，便于上下腔体的气体流通。
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