CN109798531A - 一种等离子裂解处理有机氟残液的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等离子裂解处理有机氟残液的装置，包括裂解炉、进料装置、等离子体喷枪、水蒸气通入装置，所述裂解炉具有卧式的圆柱体形状的炉腔，进料装置和等离子体喷枪设置在裂解炉头部，所述水蒸气通入装置设置在裂解炉尾部。本发明还提出一种等离子裂解处理有机氟残液的方法。本发明的提出的装置，在裂解炉尾部通入水蒸气，使活泼氟在裂解炉中形成就优先形成氟化氢气体，避免活泼氟对裂解炉表面的破坏，减少或避免形成不易吸收处理的低分子氟化物(尘氟)，使氟化物燃烧更完全。比较改进前，裂解炉使用寿命明显延长。

Description

一种等离子裂解处理有机氟残液的装置和方法

技术领域

本发明属于废液处理技术领域，具体涉及一种对含氟物质的裂解设备和裂解方法。

背景技术

有机卤化物是氟化学工业产生的主要废弃物。焚烧方法是处理有机氟废弃物的常规方法，但存在焚烧不完全，高能耗，二次污染，寿命短，易产生二噁英等缺点。采用等离子裂解方法处理有机氟废物可以很好的避免或减少以上缺点。但有机卤化物不同于其它废弃物，处理后以氧化物的形式被吸收处理达标排放，有机卤化物最后是以卤化氢的形式被吸收处理达标排放的。等离子发生器产生等离子体的方法主要有直流弧光放点法、交流工频放电法、高频感应放电法、低气压放电法等。以上方法水或水蒸气通过等离子电弧易导致等离子发生器短路，直接通入氢气易导致爆炸，危险性高，不易控制、储存及使用。现有方法是残液及压缩空气通过等离子发生器后进入裂解炉，裂解后的气体通过裂解炉气体出口后，进入冷却系统(一般为急冷水)。残液通过等离子发生器时会产生大量活泼氟，活泼氟易破坏和腐蚀裂解炉表面，影响裂解炉使用寿命，同时活泼氟易生成氟化物或低分子氟聚合物，尾气中尘氟的含量也会增大。例如申请号200910251727.6的专利公开了一种等离子体处理垃圾焚烧飞灰的方法；申请号201610649472的专利公开了一种高温等离子焚烧废气的方法及设备。上述现有有机氟化物等离子处理方法，在裂解炉中氟化物以活泼氟存在，活泼氟对裂解炉表面的破坏较大，也影响裂解炉中的其他反应，形成不易吸收处理的低分子氟化物，

因此，需要有一种在裂解炉中将活泼氟全部转换为氟化氢，降低对裂解炉表面的腐蚀同时也降低了其他氟化物或低分子氟聚合物的形成几率，使尾气的吸收更彻底，降低尘氟的含量的装置和方法。

发明内容

针对现有的有机氟残液裂解技术所存在的问题，本发明提出一种等离子裂解处理有机氟残液的装置，在前端裂解炉中将活泼氟全部转换为氟化氢，降低对裂解炉表面的腐蚀和尘氟含量。

本发明的第二个目的是提出使用上述装置裂解有机氟残液的方法。

实现本发明上述目的技术方案为：

一种等离子裂解处理有机氟残液的装置，其特征在于，包括裂解炉、进料装置、等离子体喷枪、等离子体电弧区(温度最高区域、裂解区域)、水蒸气通入装置，

所述裂解炉具有卧式的圆柱体形状的炉腔，进料装置和等离子体喷枪设置在裂解炉头部，所述水蒸气通入装置设置在裂解炉尾部，蒸汽喷入位置和等离子电弧发生位置的距离2～3米为佳。

进一步地，所述水蒸气通入装置包括水蒸气入口管、流量计、疏水器、缓冲罐，所述水蒸气入口管有2根，左右对称地安装于裂解炉后部的炉壁上，水蒸气入口管与裂解炉炉壁呈45°夹角。使水蒸气交汇于裂解炉尾部1/3区域内。

其中，所述水蒸气通入装置包括水蒸气入口管、流量计、疏水器、缓冲罐，所述的2根水蒸气入口管位于同一水平面，水蒸气入口管位于裂解炉中间高度处，与裂解炉炉壁的夹角为45度。水蒸气管道上设置所述流量计和疏水器。

其中，所述的水蒸气入口管、疏水器、缓冲罐为碳钢材质，所述流量计为孔板流量计。

其中，所述进料装置为两根进料管，上下对称地设置在等离子体发生器的两边进料管与裂解炉炉壁的夹角为45度，所述裂解炉炉顶设置有裂解尾气出口，底部设置有残渣排出口。

一种等离子裂解处理有机氟残液的方法，包括操作：

1)裂解炉内充入空气后等离子体喷枪放电，使通过压缩空气的等离子体电弧升温至2000±50℃时；

2)从进料装置通入有机氟残液和压缩空气混合液，同时开始通入水蒸气；

2)残液和压缩空气按比例经喷嘴进入等离子裂解段，裂解段内保持反应温度1400-2100℃；

3)裂解尾气通过冷却装置，进行水洗、碱洗吸收。

其中，有机氟残液与压缩空气、水蒸气的配比为1kg/h：1.5～2.2NM³/h：0.3～0.8NM³/h。

优选地，有机氟残液与压缩空气、水蒸气的配比为1kg/h：1.5～2.2NM³/h：0.4～0.5NM³/h。

其中，裂解炉内压力控制为-300～-900Pa。

其中，所述冷却装置是将裂解炉出来气体冷却，进一步将未转化的卤化物转化为卤化氢，水吸收是采用水吸收裂解产生的气体中的酸，然后用无机碱和偏碱性盐吸收气体中的残留酸及酸性氧化物。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明的提出的装置，在裂解炉尾部通入水蒸气，使活泼氟在裂解炉中形成就优先形成氟化氢气体，避免活泼氟对裂解炉表面的破坏，减少或避免形成不易吸收处理的低分子氟化物(尘氟)，使氟化物燃烧更完全。比较改进前，裂解炉使用寿命明显延长。

(2)水蒸气中的氢元素被氟掠夺后形成活泼氧原子更易与有机氟残液反应，使得有机氟残液充分燃烧，防止炭黑的生成，保障装置能够长期稳定运行；

(3)减少通过等离子电弧区的压缩空气量，减少酸性氧化物的形成；

(4)急冷水及水洗装置吸收的裂解尾气HF，得到的氢氟酸符合有关产品标准，产生良好经济效益；比较改进前，裂解一定量的有机氟残液，冷却水及水洗塔中的pH明显上升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明裂解有机氟残液的工艺流程图。

图2为本发明水蒸气通入装置、等离子裂解炉的设备布置俯视图。

图1和图2中，1为有机氟残液与压缩空气的混合进料器；2为等离子体发生器；3为裂解炉炉腔；4为裂解尾气出口；5为蒸汽喷嘴；6为残渣排出口；7为孔板流量计；8为蒸汽缓冲罐。

具体实施方式

下面通过最佳实施例来说明本发明。本领域技术人员所应知的是，实施例只用来说明本发明而不是用来限制本发明的范围。

实施例中，如无特别说明，所用手段均为本领域常规的手段。

实施例1

本裂解炉和水蒸气通入装置结构参见图1和图2。裂解炉包含进料装置、等离子体发生器2、等离子体电弧区、水蒸气通入装置、裂解炉炉腔3、残渣排出口6和裂解尾气出口4；本裂解炉具有卧式的圆柱体形状的裂解炉炉腔3，水蒸气通入装置处于裂解炉尾部低温区。进料装置为两根有机氟残液与压缩空气的混合进料器1，上下对称地设置在等离子体发生器的两边，进料器与裂解炉炉壁的夹角为45度，所述裂解炉炉顶设置有裂解尾气出口4，底部设置有残渣排出口6。

在裂解炉后部低温区安装两个316L不锈钢材质水蒸气入口管，水蒸气入口管位于裂解炉水平中轴面内，与裂解炉炉壁的夹角为45度，使水蒸气交汇于裂解炉尾部1米。蒸汽喷嘴5的喷入位置距离等离子电弧高温区发生位置3米。

水蒸气通入装置包括孔板流量计7、疏水器、缓冲罐8。

使用本实施例的装置，等离子裂解处理有机氟残液的方法包括操作：

1)裂解炉内充入空气后等离子体发生器放电，使通过压缩空气的等离子体电弧升温至2000±50℃时；

2)从进料装置通入有机氟残液和压缩空气混合液；同时开始通入水蒸气；

2)残液和压缩空气按比例经喷嘴进入等离子裂解段，裂解段内保持反应温度1400～2000℃；

3)裂解尾气通过冷却装置，进行水洗、碱洗吸收。

以下为处理的具体实例。

实施例2：四氟乙烯残液的裂解

四氟乙烯残液、压缩空气的通入量为1kg/h：2.2NM³/h，水蒸气的通入量分别为0.3NM³/h，0.45NM³/h与0.8NM³/h。四氟乙烯残液和压缩空气同时进入进料装置，通入等离子体喷枪，与此同时在裂解炉尾部通入水蒸气，水蒸气进入系统前通入缓冲装置，保证测量水蒸气的孔板流量计准确性，避免或减少明水的通入。

四氟乙烯残液和压缩空气通过等离子枪被输送至高温等离子裂解区使其充分裂解，裂解炉膛高温区温度2000℃以上，同时在裂解炉尾部低温区通入水蒸气，使通过炉膛高温区裂解产生的活泼氟全部转换为氟化氢气体，降低对裂解炉表面的腐蚀，同时也降低了其他氟化物或低分子氟聚合物的形成几率，使尾气的吸收更彻底，降低尘氟的含量。炉膛负压控制在-300Pa。

裂解后的气体通过两级水喷淋吸收，吸收HF气体后，再使用碳酸钠/亚硫酸钠水溶液喷淋吸收，中和去除没有被谁吸收掉的HF气体。吸收后烟道气中尘氟含量等参数见表1。

通过对比考察，增加水蒸气装置后，裂解吸收后尾气中的尘氟含量不到原来的17％，裂解炉表面的腐蚀也明显降低，有效延长了裂解炉的使用寿命，保证了装置的长期稳定运行。用水吸收裂解后的气体中的HF，得到的氢氟酸含量明显增加，产生了良好的经济效益。灼烧残渣明显降低，烟道气中尘氟与气氟含量远远低于国家标准，具有良好的社会效益。

表1：裂解参数

实施例3：六氟丙烯残液的裂解

六氟丙烯残液、压缩空气和水蒸气的通入量为1kg/h:2.2NM³/h：0.45NM³/h。六氟丙烯残液和压缩空气同时进入进料装置，通入等离子体喷枪，与此同时在裂解炉尾部通入水蒸气，水蒸气进入系统前通入缓冲装置，保证测量水蒸气的孔板流量计准确性，避免或减少明水的通入。

六氟丙烯残液和压缩空气通过等离子枪被输送至高温等离子裂解区使其充分裂解，裂解炉膛高温区温度2000℃以上，同时在裂解炉尾部低温区通入水蒸气，使通过炉膛高温区裂解产生的活泼氟全部转换为氟化氢气体，降低对裂解炉表面的腐蚀，同时也降低了其他氟化物或低分子氟聚合物的形成几率，使尾气的吸收更彻底，降低尘氟的含量。炉膛负压控制在-900Pa。

裂解后的气体通过两级水喷淋吸收，吸收HF气体后，再使用碳酸钠/亚硫酸钠水溶液喷淋吸收，中和去除没有被谁吸收掉的HF气体。

裂解后的气体中尘氟含量不到原来的21％，通过对比考察，裂解炉表面的腐蚀也明显降低，有延长了裂解炉的使用寿命，保证了装置的长期稳定运行。用水吸收裂解后的气体中的HF，得到的氢氟酸符合有关产品标准：氢氟酸含量≥40％，产生了良好的经济效益。灼烧残渣≤0.01％，烟道气中尘氟与气氟含量远远低于国家标准，具有良好的社会效益。

实施例4：F23压缩气体的裂解

F23压缩气体、压缩空气和水蒸气的通入量为1kg/h:1.5NM³/h:0.45NM³/h。F23压缩气体和压缩空气同时进入进料装置，通入等离子体喷枪，与此同时在裂解炉尾部通入水蒸气，水蒸气进入系统前通入缓冲装置，保证测量水蒸气的孔板流量计准确性，避免或减少明水的通入。

F23压缩气体和压缩空气通过等离子枪被输送至高温等离子裂解区使其充分裂解，裂解炉膛高温区温度2000℃以上，同时在裂解炉尾部低温区通入水蒸气，使通过炉膛高温区裂解产生的活泼氟全部转换为氟化氢气体，降低对裂解炉表面的腐蚀，同时也降低了其他氟化物或低分子氟聚合物的形成几率，使尾气的吸收更彻底，降低尘氟的含量。炉膛负压控制在-600Pa。

裂解后的气体通过两级水喷淋吸收，吸收HF气体后，再使用碳酸钠/亚硫酸钠水溶液喷淋吸收，中和去除没有被谁吸收掉的HF气体。

裂解后的气体中尘氟含量不到原来的10％，通过对比考察，裂解炉表面的腐蚀也明显降低，有延长了裂解炉的使用寿命，保证了装置的长期稳定运行。用水吸收裂解后的气体中的HF，得到的氢氟酸符合有关产品标准：氢氟酸含量≥40％，产生了良好的经济效益。灼烧残渣≤0.01％，烟道气中尘氟与气氟含量远远低于国家标准，具有良好的社会效益。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种等离子裂解处理有机氟残液的装置，其特征在于，包括裂解炉、进料装置、等离子体喷枪、水蒸气通入装置。

所述裂解炉具有卧式的圆柱体形状的炉腔，进料装置和等离子体喷枪设置在裂解炉头部，所述水蒸气通入装置设置在裂解炉尾部，水蒸汽喷入位置和等离子电弧发生位置的距离2～3米。

2.根据权利要求1所述的等离子裂解处理有机氟残液的装置，其特征在于，所述水蒸气通入装置包括水蒸气入口管、流量计、疏水器、缓冲罐，所述水蒸气入口管有2根，左右对称地安装于裂解炉后部的炉壁上，水蒸气入口管与裂解炉炉壁呈45°夹角，使水蒸气交汇于裂解炉尾部1/3区域内。

3.根据权利要求1所述的等离子裂解处理有机氟残液的装置，其特征在于，所述水蒸气通入装置包括水蒸气入口管、流量计、疏水器、缓冲罐，所述的2根水蒸气入口管位于同一水平面，水蒸气入口管位于裂解炉中间高度处，与裂解炉炉壁的夹角为45度；所述水蒸气入口管通过水蒸汽管道连接所述缓冲罐，水蒸气管道上设置所述流量计和疏水器。

4.根据权利要求3所述的等离子裂解处理有机氟残液的装置，其特征在于，所述的水蒸气入口管、疏水器、缓冲罐为碳钢材质，所述流量计为孔板流量计。

5.根据权利要求1～4任一项所述的等离子裂解处理有机氟残液的装置，其特征在于，所述进料装置为两根进料管，上下对称地设置在等离子体发生器的两边进料管与裂解炉炉壁的夹角为45度，残液交汇于等离子体发生器高温区，所述裂解炉炉顶设置有裂解尾气出口，底部设置有残渣排出口。

6.一种等离子裂解处理有机氟残液的方法，其特征在于，包括操作：

1)裂解炉内充入空气后等离子体发生器放电，使通过压缩空气的等离子体电弧升温至2000±50℃时；

2)从进料装置通入有机氟残液和压缩空气混合液，同时开始通入水蒸气；

2)残液和压缩空气按比例经过离子体电弧高温区进入等离子裂解段，裂解段内保持反应温度1400～2100℃；

3)裂解尾气通过冷却装置，进行水洗、碱洗吸收。

7.根据权利要求6所述的等离子裂解处理有机氟残液的方法，其特征在于，有机氟残液与压缩空气、水蒸气的配比为1kg/h：1.5～2.2NM³/h：0.3～0.8NM³/h。

8.根据权利要求7所述的等离子裂解处理有机氟残液的方法，其特征在于，有机氟残液与压缩空气、水蒸气的配比为1kg/h：1.5～2.2NM³/h：0.4～0.5NM³/h。

9.根据权利要求6所述的等离子裂解处理有机氟残液的方法，其特征在于，裂解炉内压力控制为-300～-900Pa。

10.根据权利要求6～9任一项所述的等离子裂解处理有机氟残液的方法，其特征在于；所述冷却装置是将裂解炉出来气体冷却，进一步将未转化的卤化物转化为卤化氢，水吸收是采用水吸收裂解产生的气体中的酸，然后用无机碱和偏碱性盐吸收气体中的残留酸及酸性氧化物。