CN109289488B - 一种高温炉含氯、氩尾气的处理系统 - Google Patents

一种高温炉含氯、氩尾气的处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温炉含氯、氩尾气的处理系统，包括：固气分离装置、与固气分离装置相连的氯气净化系统、与氯气净化系统连接的氯气回收系统、以及与氯气净化系统连接的氩气净化系统；固气分离装置包括位于外侧的冷却装置。其中，氯气净化系统包括与固气分离装置相连的活性炭吸附器以及与活性炭吸附器相连的氢氧化钠反应器。氩气净化系统包括与氢氧化钠反应器连接的分子筛膜床。该高温炉含氯、氩尾气的处理系统利用高温炉尾气中氯气、惰性气体及杂质气体相变温度、对活性炭吸附特性及分子筛通过特性的不同，将杂质气体、氩气与部分氯气彼此分离并回收，防止尾气直接排放到空气中污染环境。

Description

一种高温炉含氯、氩尾气的处理系统
技术领域
本发明涉及环境保护领域，尤其涉及一种高温炉含氯、氩尾气的处理系统。
背景技术
目前国内外合成金刚石企业其原料石墨的纯化均为干法生产，所用设备大多是高温炉，且炉内工作温度一般在2800℃以上，由于石墨耐氧化性差，尤其是高温下更易氧化为二氧化碳而挥发，故高温下对石墨提纯时必须在绝氧、有惰性气体（多数企业使用氩气）的环境中进行，而有很多企业为提高产品石墨的质量，在炉内引入一定量的氯气，从而在对尾气的处理时，必须考虑氯气的问题；此外，实际生产中由于原料的变化、工艺的调整以及高温炉上各阀门的密封效果不佳等原因，使得高温炉排放的尾气成分较为复杂，故此时在对尾气处理时除考虑氯、氩气外，还应考虑极少量的氧及氧化碳的问题。
因此，提供一种针对高温炉含氯、氩尾气的处理系统，分离回收高温炉尾气中的氯气和氩气，防止尾气直接排放到空气中污染环境，是本领域的需要解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高温炉含氯、氩尾气的处理系统，分离回收高温炉尾气中的氯气和氩气，防止尾气直接排放到空气中污染环境。
根据本发明的一个方面，提供一种高温炉含氯、氩尾气的处理系统，包括：固气分离装置、与固气分离装置相连的氯气净化系统与氯气净化系统连接的氯气回收系统以及与氯气净化系统连接的氩气净化系统；固气分离装置包括位于外侧的冷却装置。
其中，氯气净化系统包括与固气分离装置相连的活性炭吸附器以及与活性炭吸附器相连的氢氧化钠反应器。
其中，氩气净化系统包括与氢氧化钠反应器连接的分子筛膜床。
其中，氯气回收系统包括与氢氧化钠反应器相连的硫酸亚铁反应器以及与硫酸亚铁反应器相连的盐水分离装置。
其中，硫酸亚铁反应器底部设置有排渣器。
可选择地，进一步包括与盐水分离装置相连的冷凝装置。
可选择地，冷凝装置通过高压水泵与固气分离装置的冷却装置相连。
可选择地，分子筛膜床为3A分子筛膜床。
可选择地，固气分离装置的底部设有密闭卸料器；固气分离装置的顶部设有气体出口。
可选择地，进一步包括与固气分离装置的气体出口相连的过滤器。
本发明的有益效果为：
本发明的高温炉含氯、氩尾气的处理系统利用高温炉尾气中氯气、惰性气体及杂质气体相变温度、对活性炭吸附特性及分子筛通过特性的不同，将杂质气体、氩气与部分氯气彼此分离并回收，防止尾气直接排放到空气中污染环境。
本发明的高温炉含氯、氩尾气的处理系统将活性炭吸附器未完全吸附的氯气通入氢氧化钠反应器与氢氧化钠溶液反应，再将反应液通入硫酸亚铁反应器中反应，可得氢氧化铁沉淀和氯化钠、硫酸铁混合溶液，而混合溶液对环境已无危害。
本发明的高温炉含氯、氩尾气的处理系统进一步将硫酸亚铁反应器中的氯化钠、硫酸铁混合溶液进行盐水分离，最终得氯化钠、硫酸铁混合晶体和水并分别回收，并将水冷却后重新输送回系统循环利用，可减少资源浪费，经济环保，具有实用推广价值。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的高温炉含氯、氩尾气的处理系统的结构示意图。
附图标记：1、固气分离装置，2、密闭卸料器，3、活性炭吸附器，4、氢氧化钠反应器，5、硫酸亚铁反应器，6、排渣器，7、盐水分离装置，8、分子筛膜床。
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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征向量可以相互任意组合。
一种高温炉含氯、氩尾气的处理系统，包括：固气分离装置1、与固气分离装置1相连的氯气净化系统与氯气净化系统连接的氯气回收系统以及与氯气净化系统连接的氩气净化系统；固气分离装置1包括位于外侧的冷却装置。
其中，所述固气分离装置1的底部设有密闭卸料器2；所述固气分离装置1的顶部设有气体出口。
高温炉尾气各组分（如杂质气体、惰性气体、氧气、二氧化碳等）的相变温度不同，固气分离装置1可用于冷却高温炉尾气，使相变温度低的组分冷凝固化被分离。
如图1所示，固气分离装置1的气体出口与过滤器相连，以去除尾气中未完全沉降的固体杂质。
如图1所示，氯气净化系统包括与固气分离装置1相连的活性炭吸附器3以及与活性炭吸附器3相连的氢氧化钠反应器4。
氩气净化系统包括与氢氧化钠反应器4连接的分子筛膜床8。优选地，分子筛膜床8为3Å分子筛膜床，分子筛膜床8的材料为钛硅酸盐。在此条件下，分子筛膜床8只允许氩气通过，而其它截面大的如氧等气体分子则留下，从而实现氩气与其它气体分离。
如图1所示，氯气回收系统包括与氢氧化钠反应器4相连的硫酸亚铁反应器5以及与硫酸亚铁反应器5相连的盐水分离装置7。硫酸亚铁反应器5底部设置有排渣器6以回收硫酸亚铁反应器5中生成的氢氧化铁沉淀。
优选地，盐水分离装置7与冷凝装置（图未示）相连以将盐水分离装置7中分离出来的水冷却至0~5摄氏度。冷凝装置通过高压水泵与固气分离装置1的冷却装置相连以将来自盐水分离装置7中的水重新输送回系统循环利用。
当高温炉系统启动运行时，炉体排出的尾气历经三个步骤后，便可完全实现杂质气体的固化回收、氯气、氩气的回收以及其它气体和水的排放。
高温炉排除的含氯、氩及杂质气体等尾气首先进入外围有冷却循环水进行冷却的固气分离装置1，从石墨中挥发的杂质气体（金属及金属氧化物）则因骤冷而即刻固化沉降并由底部密闭卸料器2卸下回收（其中有及少量与氯反应生成的氯化物），而仍以气态形式存在的含氯、氩气体则由固气分离装置1顶部进入过滤器滤除其中为完全沉降的固体杂质。
对含氩、氯气体，首先使用活性炭吸附器3对含氯气体进行吸附处理（除去大部分氯气；再对其余只含微量氯气的气体进行化学处理，即使其与氢氧化钠溶液（NaOH）在氢氧化钠反应器4内反应：
Cl2+2NaOH==NaCl+NaClO+H2O
反应的生成物与反应液一起进入进入硫酸亚铁反应器5内与硫酸亚铁（FeSO4）进行还原反应：
6FeSO4+3NaClO+3H2O=2Fe2(SO4)3+2Fe(OH)3↓+3NaCl
最终生成含氯盐（NaCl）、铁盐Fe2(SO4)3和铁的氢氧化物Fe(OH)3沉淀。沉淀Fe(OH)3可通过排渣器6排除并回收，而留在硫酸亚铁反应器5内的混合液NaCl、Fe2(SO)3溶液虽对环境无害，但还需进一步处理，可将混合液引入盐水分离器内，回收NaCl、Fe2(SO4)3混合晶体，分离出来的水经过冷凝装置冷却至0~5摄氏度，经高压水泵输送至固气分离装置1的冷却装置中循环利用。
由氢氧化钠反应器4排出的含氩气体，直接通过分子筛膜床8，由于分子筛为钛硅酸盐(ETS-3A)即孔径3Å的材料，只允许氩气通过，而其它截面大的如氧等气体分子则留下，从而实现氩气与其它气体分离。
实施例1
实测炉体尾气排量为1100L/min且经快速测定所排放的气体中氯气含量为5%（体积百分数）、氩气含量为90%，此时炉体排出的含氩、氯及杂质气体直接引入外围有冷却循环水进行冷却的固气分离装置1内，杂质气体因遇骤冷而固化，在固气分离装置1内沉降（其中有金属氧化物、部分金属氯化物等），再由其底部密闭卸料器2排除，通过回收得知数量约0.045kg/min；而含氯、氩气体则由固气分离装置1顶部排出后，再进入后面的氯气净化处理系统和氩气净化处理系统。
由固气分离装置1顶部排除的含氩、氯气体，首先进入活性炭吸附器3内，对其中的氯气进行吸附处理（除去大部分氯气），经回收测定数量为45L/min；再对其余含微量氯气、大量氩气的气体在氢氧化钠反应器4内进行化学处理，即使其中氯与氢氧化钠溶液（NaOH）反应，反应后的溶液由氢氧化钠反应器4通入硫酸亚铁反应器5内与硫酸亚铁（FeSO4）反应。最终生成含氯盐NaCl、铁盐Fe2(SO4)3和铁的氢氧化物Fe(OH)3沉淀，通过回收沉淀物得知数量约0.033kg/min；而留在硫酸亚铁反应器5内的混合液被引入盐水分离装置7内，回收NaCl、Fe2(SO4)3混合晶体，分离出来的水重复利用。
由NaOH溶液反应器排除的含氩气体，直接通过分子筛膜床8，由于分子筛为钛硅酸盐(ETS-3A)即孔径3Å的材料，只允许氩气通过，而其它截面大的气体分子则留下被排除，再对分子筛膜床8进行减压（减压至相对压力P/P0=0.15）使氩气解吸，回收纯度为99.99%（数量为950L/min）的氩气。
实施例2
实测炉体尾气排量为1300L/min且经快速测定所排放的气体中氯气含量为6%（体积百分数）、氩气含量为90%，此时炉体排出的含氩、氯及杂质气体直接引入外围有冷却循环水进行冷却的固气分离装置1内，杂质气体因遇骤冷而固化，在固气分离装置1内沉降（其中有金属氧化物、部分金属氯化物等），再由其底部密闭卸料器2排除，通过回收得知数量约0.053kg/min；而含氯、氩气体则由固气分离装置1顶部排出后，再进入后面的氯气净化处理系统和氩气净化处理系统。
由固气分离装置1顶部排除的含氩、氯气体，首先进入活性炭吸附器3内，对其中的氯气进行吸附处理（除去大部分氯气），经回收测定数量为54L/min；再对其余含微量氯气、大量氩气的气体在氢氧化钠反应器4内进行化学处理，即使其中氯与氢氧化钠溶液（NaOH）反应，反应后的溶液由氢氧化钠反应器4排出至硫酸亚铁反应器5内与硫酸亚铁（FeSO4）反应，最终生成含氯盐NaCl、铁盐Fe2(SO4)3和铁的氢氧化物Fe(OH)3沉淀，通过回收沉淀物得知数量约0.039kg/min；而留在硫酸亚铁反应器5内的混合液被引入盐水分离装置7内，回收NaCl、Fe2(SO4)3混合晶体，分离出来的水可重复利用。
由NaOH溶液反应器排除的含氩气体，直接通过分子筛膜床8，由于分子筛为钛硅酸盐(ETS-3A)即孔径3Å的材料，只允许氩气通过，而其它截面大的气体分子则留下被排除，再对分子筛膜床8进行减压（减压至相对压力P/P0=0.18）使氩气解吸，回收纯度为99.99%（数量为1122L/min）的氩气。
实施例3
实测炉体尾气排量为900L/min且经快速测定所排放的气体中氯气含量为6%（体积百分数）、氩气含量为88%，此时炉体排出的含氩、氯及杂质气体直接引入外围有冷却循环水进行冷却的固气分离装置1内，杂质气体因遇骤冷而固化，在固气分离装置1内沉降（其中有金属氧化物、部分金属氯化物等），再由其底部密闭卸料器2排除，通过回收得知数量约0.037kg/min；而含氯、氩气体则由固气分离装置1顶部排出后，再进入后面的氯气净化处理系统和氩气净化处理系统。
由固气分离装置1顶部排除的含氩、氯气体，首先进入活性炭吸附器3内，对其中的氯气进行吸附处理（除去大部分氯气），经回收测定数量为44L/min；再对其余含微量氯气、大量氩气的气体在氢氧化钠反应器4内进行化学处理，即使其中氯与氢氧化钠溶液（NaOH）反应，反应后的溶液由氢氧化钠反应器4排出至硫酸亚铁反应器5内与硫酸亚铁（FeSO4）反应，最终生成含氯盐NaCl、铁盐Fe2(SO4)3和铁的氢氧化物Fe(OH)3沉淀，通过回收沉淀物得知数量约0.027kg/min；而留在硫酸亚铁反应器5内的混合液被引入盐水分离装置7内，回收NaCl、Fe2(SO4)3混合晶体，分离出来的水则可重复利用。
由NaOH溶液反应器排除的含氩气体，直接通过分子筛膜床8，由于分子筛为钛硅酸盐(ETS-3A)即孔径3Å的材料，只允许氩气通过，而其它截面大的气体分子则留下被排除，再对分子筛膜床8进行减压（减压至相对压力P/P0=0.21）使氩气解吸，回收纯度为99.99%（数量为761L/min）的氩气。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种高温炉含氯、氩尾气的处理系统，其特征在于，包括：固气分离装置（1）、与固气分离装置（1）相连的氯气净化系统、与所述氯气净化系统连接的氯气回收系统、以及与所述氯气净化系统连接的氩气净化系统；所述固气分离装置（1）包括位于外侧的冷却装置；
所述氯气净化系统包括与所述固气分离装置（1）相连的活性炭吸附器（3）以及与所述活性炭吸附器（3）相连的氢氧化钠反应器（4）；
所述氩气净化系统包括与所述氢氧化钠反应器（4）连接的分子筛膜床（8），所述分子筛膜床（8）为3Å分子筛膜床，所述分子筛膜床（8）的材料为钛硅酸盐；
所述氯气回收系统包括与所述氢氧化钠反应器（4）相连的硫酸亚铁反应器（5）以及与所述硫酸亚铁反应器（5）相连的盐水分离装置（7）；
所述硫酸亚铁反应器（5）底部设置有排渣器（6）；
进一步包括与所述盐水分离装置（7）相连的冷凝装置；
所述冷凝装置通过高压水泵与所述固气分离装置（1）的所述冷却装置相连；
所述固气分离装置（1）的底部设有密闭卸料器（2）；所述固气分离装置（1）的顶部设有气体出口；
进一步包括与所述固气分离装置（1）的所述气体出口相连的过滤器。
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