CN107596854A - 一种含砷蒸气的尾气的处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业废气回收处理技术领域，尤其涉及一种含砷蒸气的尾气的处理装置及方法，包括套筒和冷却水套，套筒包括内套筒和外套筒，内套筒的外壁与外套筒的内壁之间形成气体通道，冷却水套包括外层冷却水套和内层冷却水套，外层冷却水套设置于所述外套筒的外壁上，内层冷水套设置于内套筒的内壁上。本发明含砷蒸气的高温尾气进入套筒内并沿气体通道流动，与具有冷却水温度的套筒进行热交换，在低温条件下砷蒸气凝结为固体，附着于套筒内，剩余的气体经过气体通道后排出；采用水冷结构，冷凝成本低廉，可以有效地净化真空设备含腐蚀性气体的高温大流量尾气中的砷成分，并回收利用。

Description

一种含砷蒸气的尾气的处理装置及方法

技术领域

本发明涉及工业废气回收处理技术领域，尤其涉及一种含砷蒸气的尾气的处理装置及方法。

背景技术

砷，俗称砒，是一种类金属元素，砷单质以灰砷、黑砷和黄砷这三种同素异性体的形式存在。砷主要与铜、铅及其他金属形成合金；氧化砷、砷酸盐可作杀虫剂，木材防腐剂；高纯砷用于半导体和激光技术中。砷元素剧毒，无臭无味，致癌，极难根除毒性。我国电子工业气体标准GB/T 26250-2010规定，含砷三废在排放前必须进行解毒处理。

含砷微粒的尾气包括砷蒸气、N₂、H₂及少量其他气体，如Si₂H₆等，目前，对含砷微粒的尾气处理方法很多，大体是湿法、火法和干式处理三种，其中涉及湿法的方法容易引入含砷溶液的后续处理问题；火法一般是采用高温燃烧或还原的方法，产生氧化砷烟尘，引入到尾气的后续处理中；干式方法较有优势，但是成本高，不适于大产能生产设备。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有的含砷尾气处理装置成本高，砷回收难，且难以应用于较大产能的生产过程中处理大流量的高温尾气的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种含砷蒸气的尾气的处理装置，包括套筒和冷却水套，所述套筒包括内套筒和外套筒，所述内套筒的外壁与所述外套筒的内壁之间形成气体通道，所述冷却水套包括外层冷却水套和内层冷却水套，所述外层冷却水套设置于所述外套筒的外壁上，所述内层冷水套设置于所述内套筒的内壁上。

其中，所述气体通道内设有翅片，所述翅片沿所述套筒的轴向设置，且沿所述套筒的周向分布。

其中，所述翅片沿所述套筒的周向均匀分布。

其中，所述冷却水套包括套体和分割件，所述分割件位于所述套体内，且所述分割件沿所述套筒的轴向设置。

其中，所述套筒的底部设有进气口，所述套筒的顶部设有出气口，所述套体的底部设有进水口，所述套体的顶部设有出水口，冷却水通过所述进水口进入所述套体内，流经所述套体后，由所述出水口流出。

其中，所述分割件沿所述套筒的周向均匀分布。

其中，所述翅片与所述外套筒的内壁或所述内套筒的外壁连接。

其中，所述内套筒的顶端与所述外套筒的顶端通过法兰连接。

本发明还提供一种应用上述含砷蒸气的尾气的处理装置进行含砷蒸气的尾气的处理方法，包括以下步骤：

S1，向冷却水套中通入冷却水；

S2，将含砷蒸气的高温尾气通入套筒的气体通道内；

S3，砷蒸气凝结为固体后，将剩余尾气排出套筒；

S4，将内套筒与外套筒分离，并分别通过刮削的方式将内套筒与外套筒上的砷固体刮除回收。

其中，在步骤S3中，所述剩余尾气中包括Si₂H₆。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明含砷蒸气的尾气的处理装置，通过内套筒与外套筒套设组合形成夹层作为气体通道，内层冷却水套和外层冷却水套分别设置于内套筒的内壁和外套筒的外壁上，为气体通道提供冷却温度。含砷蒸气的高温尾气进入套筒内并沿气体通道流动，与具有冷却水温度的套筒进行热交换，在低温条件下砷蒸气凝结为固体，附着在套筒内，剩余的气体经过气体通道后排出，当尾气中含有Si₂H₆时，也可以实现砷蒸气与Si₂H₆的分离，得到的较高纯度的砷；本发明采用水冷结构，冷凝成本低廉，冷却效率高，可以有效地净化真空设备含腐蚀性气体的高温大流量尾气中的砷成分，并回收利用。生产线上可采用多套冷却处理装置交替使用，定期清理，进一步满足了大流量、高温尾气的生产线线上处理、回收的需求。含砷蒸气的高温尾气在经过本发明中含砷蒸气的高温尾气的冷却处理装置的冷凝处理后，砷以固体的形式凝结在内套筒与外套筒上，将套筒分离拆下，分别通过刮削的方式将内套筒与外套筒上的砷固体刮除。以此实现真空设备的低成本回收高温尾气中砷蒸气，达到尾气解毒的目的，同时得到粗金属产物。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例含砷蒸气的高温尾气的冷却处理装置的结构示意图；

图2是图1的A-A向剖视图；

图3是图2的局部B的结构示意图。

图中：1：套筒；2：冷却水套；3：翅片；4：法兰；10：气体通道；11：内套筒；12：外套筒；21：外层冷却水套；22：内层冷却水套；201：套体；202：分割件；1a：进气口；1b：出气口；2a：进水口；2b：出水口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

如图1所示，本发明实施例提供的含砷蒸气的高温尾气的冷却处理装置，包括套筒1和冷却水套2，套筒1包括内套筒11和外套筒12，内套筒11的外壁与外套筒12的内壁之间形成气体通道10，冷却水套2包括外层冷却水套21和内层冷却水套22，外层冷却水套21设置于所述外套筒12的外壁上，内层冷水套22设置于内套筒11的内壁上。

本发明含砷蒸气的高温尾气的冷却处理装置，通过内套筒与外套筒套设组合形成夹层作为气体通道，内层冷却水套和外层冷却水套分别设置于内套筒的内壁和外套筒的外壁上，为气体通道提供冷却温度。含砷蒸气的高温尾气进入套筒内并沿气体通道流动，与具有冷却水温度的套筒进行热交换，在低温条件下砷蒸气凝结为固体，附着于套筒内，剩余的气体经过气体通道后排出，当尾气中含有Si₂H₆时，也可以实现砷蒸气与Si₂H₆的分离，得到的较高纯度的砷；本发明采用水冷结构，冷凝成本低廉，冷却效率高，可以有效地净化真空设备含腐蚀性气体的高温大流量尾气中的砷成分，并回收利用。生产线上可采用多套冷却处理装置交替使用，定期清理，进一步满足了大流量、高温尾气的生产线线上处理、回收的需求。

其中，如图2所示，气体通道10内设有翅片3，翅片3沿套筒1的轴向设置，且翅片3沿套筒1的周向分布。含砷蒸气的高温尾气进入套筒中，并在气体通道的底部分散开，沿着气体通道流动，流经翅片，并附着于套筒壁和翅片上，凝结为固体；翅片一方面可以传递冷却水套的温度，使气体通道内的低温环境维持相对稳定，另一方面可以增大与砷蒸气的接触面积，最大程度的冷凝砷蒸气，提高冷却效果。

其中，翅片3沿套筒1的周向均匀分布。翅片在气体通道内周向均匀分布，均匀气体通道内的冷却温度，保证各个区域内蒸气与翅片的接触均匀，最大程度的冷凝砷蒸气，提高冷却效果。翅片可以根据清理方法的需求，设置成为不同长度。

进一步的，如图2和图3所示，冷却水套2包括套体201和分割件202，分割件202位于套体201内，且分割件202沿套筒1的轴向设置。分割件可以为直管、隔板等其他形式，用于隔离套体内的水路，本实施例以直管为例，外层冷却水套和内层冷却水套均由套体和直管组成，套体在外侧包裹直管，直管沿套筒的轴向，即气体通道的延伸方向设置，冷却水在套体中流过，即直管的内部与外部空间皆有冷却水流动，且冷却水在直管中以直线最短距离通过，降低气体通道的温度，此种冷却处理装置适于耐腐蚀性尾气、大流量、高温尾气的处理，砷蒸气的冷凝率高。

套体201可为单层壁也可为双层壁，当套体201为双层壁时，双层壁之间形成容纳直管的空间，冷却水套2可贴覆于套筒1壁上；当套体201为单层壁时，外层冷却水套21与外套筒12共用套筒1的外壁，内层冷却水套22与内套筒11共用内套筒11的内壁，即套体201与套筒壁共同组成容纳直管的空间，单层壁的套体201设置使冷却水流经冷却水套2后与套筒1内的高温尾气进行热交换更加直接，实现的冷却效果更佳。

其中，如图1所示，套筒1的底部设有进气口1a，套筒1的顶部设有出气口1b，套体201的底部设有进水口2a，套体201的顶部设有出水口2b，冷却水通过进水口2a进入套体201内，流经套体201后，由出水口2b流出。含砷蒸气的高温尾气由套筒底部的进气口进入套筒并在气体通道底部分散开，沿着气体通道上升，流经翅片，在气体通道的顶部汇聚，由套筒顶部的出气口排出，外层冷却水套和内层冷却水套各自的进水口和出水口分别设于其套体的底部和顶部，冷却水下进上出，走直线路径，与气体通道内尾气的流动方向相同，提高冷凝效果和效率。

其中，分割件202沿套筒1的周向均匀分布。分割件在内套筒与外套筒的周向上都均匀分布，实现冷却水的均匀分布，避免造成气体通道内局部温度过低不均或冷却温度不到位的现象。

具体的，翅片3与外套筒12的内壁或内套筒11的外壁连接。翅片位于气体通道内，可以与内套筒的外壁连接，也可以与外套筒的内壁连接，根据实际应用情况做相应的选择和改变。

其中，外套筒12和内套筒11的横截面的形状为圆形。套筒可以为圆柱形，也可以为倒圆锥形。

其中，内套筒11的顶端与外套筒12的顶端通过法兰4连接。套筒和翅片均由不锈钢材料制成，套筒顶部连接法兰封顶并将内套筒与外套筒连接成一体。

本实施例还提供了应用上述含砷蒸气的高温尾气的冷却处理装置进行含砷蒸气的高温尾气的冷却处理方法，包括以下步骤：

S1，向冷却水套中通入冷却水；

S2，将含砷蒸气的高温尾气通入套筒的气体通道内；

S3，砷蒸气凝结为固体后，将剩余尾气排出套筒；

S4，将内套筒与外套筒分离，并分别通过刮削的方式将内套筒与外套筒上的砷固体刮除回收。

其中，在步骤S3中，剩余尾气中包括Si₂H₆。当尾气中含有Si₂H₆时，本发明也可以实现砷蒸气与Si₂H₆的分离，得到的较高纯度的砷。

本发明含砷蒸气的高温尾气的冷却处理方法，含砷蒸气的高温尾气在经过本发明中含砷蒸气的高温尾气的冷却处理装置的冷凝处理后，砷以固体的形式凝结在内套筒与外套筒上，将套筒分离拆下，分别通过刮削的方式将内套筒与外套筒上的砷固体刮除回收。以此实现真空设备的低成本回收高温尾气中砷蒸气，达到尾气解毒的目的，同时得到粗金属产物。

综上所述，本发明含砷蒸气的尾气的处理装置及方法，通过内套筒与外套筒套设组合形成夹层作为气体通道，内层冷却水套和外层冷却水套分别设置于内套筒的内壁和外套筒的外壁上，为气体通道提供冷却温度。含砷蒸气的高温尾气进入套筒内并沿气体通道流动，与具有冷却水温度的套筒进行热交换，在低温条件下砷蒸气凝结为固体，附着于套筒内，剩余的气体经过气体通道后排出，当尾气中含有Si₂H₆时，也可以实现砷蒸气与Si₂H₆的分离，得到的较高纯度的砷；本发明采用水冷结构，冷凝成本低廉，冷却效率高，可以有效地净化真空设备含腐蚀性气体的高温大流量尾气中的砷成分，并回收利用。生产线上可采用多套冷却处理装置交替使用，定期清理，进一步满足了大流量、高温尾气的生产线线上处理、回收的需求。含砷蒸气的高温尾气在经过本发明中含砷蒸气的高温尾气的冷却处理装置的冷凝处理后，以砷固体的形式凝结在内套筒与外套筒上，将套筒分离拆下，分别通过刮削的方式将内套筒与外套筒上的砷固体刮除。以此实现真空设备的低成本回收高温尾气中砷蒸气，达到尾气解毒的目的，同时得到粗金属产物。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种含砷蒸气的尾气的处理装置，其特征在于：包括套筒和冷却水套，所述套筒包括内套筒和外套筒，所述内套筒的外壁与所述外套筒的内壁之间形成气体通道，所述冷却水套包括外层冷却水套和内层冷却水套，所述外层冷却水套设置于所述外套筒的外壁上，所述内层冷水套设置于所述内套筒的内壁上。

2.根据权利要求1所述的含砷蒸气的尾气的处理装置，其特征在于：所述气体通道内设有翅片，所述翅片沿所述套筒的轴向设置，且沿所述套筒的周向分布。

3.根据权利要求2所述的含砷蒸气的尾气的处理装置，其特征在于：所述翅片沿所述套筒的周向均匀分布。

4.根据权利要求1所述的含砷蒸气的尾气的处理装置，其特征在于：所述冷却水套包括套体和分割件，所述分割件位于所述套体内，且所述分割件沿所述套筒的轴向设置。

5.根据权利要求4所述的含砷蒸气的尾气的处理装置，其特征在于：所述套筒的底部设有进气口，所述套筒的顶部设有出气口，所述套体的底部设有进水口，所述套体的顶部设有出水口，冷却水通过所述进水口进入所述套体内，流经所述套体后，由所述出水口流出。

6.根据权利要求4所述的含砷蒸气的尾气的处理装置，其特征在于：所述分割件沿所述套筒的周向均匀分布。

7.根据权利要求2所述的含砷蒸气的尾气的处理装置，其特征在于：所述翅片与所述外套筒的内壁或所述内套筒的外壁连接。

8.根据权利要求1所述的含砷蒸气的尾气的处理装置，其特征在于：所述内套筒的顶端与所述外套筒的顶端通过法兰连接。

9.一种应用上述权利要求1-9任意一项所述的含砷蒸气的尾气的处理装置进行含砷蒸气的尾气的处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1，向冷却水套中通入冷却水；

S2，将含砷蒸气的高温尾气通入套筒的气体通道内；

S3，砷蒸气凝结为固体后，将剩余尾气排出套筒；

S4，将内套筒与外套筒分离，并分别通过刮削的方式将内套筒与外套筒上的砷固体刮除回收。

10.根据权利要求9所述的含砷蒸气的尾气的处理方法，其特征在于，在步骤S3中，所述剩余尾气中包括Si₂H₆。