CN113604667A - 一种多金属蒸气真空梯级冷凝方法及系统 - Google Patents

一种多金属蒸气真空梯级冷凝方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属真空冷凝分离技术领域，涉及一种多金属蒸气真空梯级冷凝方法及系统，通过在真空冷凝器中建立不同温度场，结合复杂多金属饱和蒸气压差，将金属蒸气梯级冷凝，同时将尾气循环利用，实现对金属熔池进行补热。其中，对不同温度场划分为低温区、中温区、高温区，通过水冷罩形成低温区，将部分低熔点金属冷凝为固体富集，通过水冷盘管形成中低温区，将部分金属冷凝为液相排出，金属熔池形成高温区，并利用不同金属液饱和蒸气压差和密度差控制重金属液从熔池底部排除，实现了多金属蒸气的捕集与分离。

Description

一种多金属蒸气真空梯级冷凝方法及系统
技术领域
本发明属于金属真空冷凝分离技术领域，涉及一种多金属蒸气真空梯级冷凝方法及系统。
背景技术
炼钢过程或铅、锌冶炼过程通常会产生含多种金属的高温蒸气，经常规冷却除尘后会生成含Pb、Zn、Cd等重金属粉尘或污泥，依据发改委2021年1月公布的《国家危险废物名录(2021年版)》中，该类粉尘已正式被划分为HW23危险废弃物，需要投入较高的二次处置成本，同时蒸气中的资源与能源也未得到重复的回收与再利用。因此市场亟需一种针对复杂多金属蒸气的冷却系统，实现对金属的捕集与分离，同时对蒸气中的能源循环利用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于解决复杂多金属蒸气的捕集与分离问题，提供一种多金属蒸气真空梯级冷凝方法及系统。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种多金属蒸气真空梯级冷凝方法，在真空冷凝器中自下而上依次设置高温区、中温区、低温区；将多金属蒸气依次流经高温区、中温区、低温区，通过控制真空冷凝器中各区域的温度，利用不同金属的冷凝温度差，在高温区、中温区、低温区分别进行冷凝分离。
进一步，通过控制真空冷凝器内的气压，利用不同金属之间的饱和蒸气压差，使部分金属蒸气在高温区冷凝并形成金属液，并利用不同金属液的密度差，在高温区底部设置排液口，将底部的金属液排出。
进一步，所述高温区的温度大于主金属液相温度100～250℃，所述主金属为高温区中体积占比大于50％的金属液。
进一步，控制真空冷凝器内的气压在主金属饱和蒸气压以下，使高温区中金属液重复蒸发。
进一步，所述中温区采用水冷盘管进行冷却，水冷盘管中的冷却水采用上进下出的流向，与多金属蒸气形成对流换热，并控制水冷盘管温度小于主金属液相温度100～150℃。
进一步，将真空冷凝器排出的尾气进行回收，用于对高温区加热。
一种多金属蒸气真空梯级冷凝系统，包括真空冷凝器，所述真空冷凝器包括真空罐、设于真空罐底部的金属熔池、设于真空罐中部的水冷盘管、设于真空罐顶部的水冷罩；所述金属熔池上设有进气管，所述水冷罩上设有出气管；所述水冷盘管下方还设有冷凝液收集盘，所述金属熔池、冷凝液收集盘的底部均设有排液口。
进一步，还包括内部设有冷却水的水冷套；所述水冷套套设于进气管上。
进一步，还包括尾气回收装置，所述尾气回收装置包括依次串接的水洗池、真空泵、烧嘴；所述出气管与水洗池连通；所述金属熔池下方设有加热室，所述烧嘴设于加热室中；所述加热室上还设有排气口。
进一步，所述进气管与水平方向呈20～45°倾角，采用水平倾角设计，使金属液不产生回流，并减小进气端阻力。
本发明的有益效果在于：
1)本发明针对冶金还原过程产生的多金属蒸气，通过在真空冷凝器中构建不同温度场，对不同温度场划分为低温区、中温区、高温区，通过水冷罩形成低温区，将部分低熔点金属冷凝为固体富集，通过水冷盘管形成中低温区，将部分金属冷凝为液相排出，金属熔池形成高温区，并利用不同金属液饱和蒸气压差和密度差控制重金属液从熔池底部排除。多金属蒸气在金属熔池第一次降温，在水冷盘管第二次降温，在水冷罩第三次降温，形成三个梯级的冷凝分离效果，将金属蒸气梯级冷凝分别回收，同时将冷凝后的气体通过水洗过滤后对金属熔池进行补热循环利用。
2)本发明可广泛应用于铅、锌、铜以及其他金属的碳热还原过程产生的多金属蒸气分离与捕集，也适用于含铅、锌、镉以及其他重金属粉尘、炉渣、浸出渣等固体废弃物的直接还原或熔融还原工艺下的烟气冷凝，同时，对冶金企业环保也具有重大参考意义。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明中多金属蒸气真空梯级冷凝系统示意图；
附图标记：1-进气管；2-金属熔池；3-水冷盘管；4-出气管；5-水洗池；6-真空泵；7-尾气管；8-烧嘴；9-排气口；10-水冷罩；11-进水端；12-出水端；13-冷凝液收集盘；14-上部排液口；15-底部排液口。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例1
请参阅图1，为一种多金属蒸气真空梯级冷凝系统，包括真空冷凝器，真空冷凝器包括真空罐、设置在真空罐底部的金属熔池2、设置在真空罐中部的水冷盘管3、设置在真空罐顶部的水冷罩10；金属熔池2上安装有与水平方向呈30°的进气管1，水冷罩10上安装有出气管4；水冷盘管3下方还安装有冷凝液收集盘13，金属熔池2的底部设置有底部排液口15，冷凝液收集盘13的底部设置有上部排液口14；进气管1上还套装有内部设有冷却水的水冷套。水冷盘管3中的冷却水从上部的进水端11流入，从下部的出水端12流出，采用上进下出的流向，与多金属蒸气形成对流换热。
本实施例中，多金属蒸气真空梯级冷凝系统还包括尾气回收装置，尾气回收装置包括依次串接的水洗池5、真空泵6、烧嘴8；出气管4与水洗池5通过管道连通；金属熔池2下方设置有加热室，烧嘴8设置在加热室中；加热室上还设置有排气口9，真空泵6通过尾气管7将尾气输送至烧嘴8。
将锌焙砂还原过程产生的含锌蒸气经水冷套初级冷却至800～900℃，并沿进气管1通入金属熔池2中冷凝并分层，控制金属熔池2温度550～700℃，真空冷凝器的内部压力控制在1.2kPa，多金属蒸气经金属熔池2冷却后逸出进入水冷盘管3形成的中温区，并控制温度为350～500℃，进行第二次冷凝，冷凝的金属液通过冷凝液收集盘13汇集至上部排液口14排出；金属蒸气再流经水冷罩10，水冷罩10温度控制在200℃以下，进行第三次冷凝，形成结晶体；剩余的尾气从排气管排出，尾气经水洗池5水洗过滤后通过真空泵6循环为金属熔池2加热。
分别对水冷罩10表面结晶体、上部排液口14和底部排液口15排出的金属液、水洗过滤渣以及过滤后烟气成分取样分析，结果如表1所示。
表1
Figure BDA0003180580970000041
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：通入的多金属蒸气为锌浸出渣火法还原过程产生的含锌蒸气，温度为900～1000℃，金属熔池2控制温度在550～700℃，真空冷凝器的内部压力控制在1.5kPa，水冷盘管3温度控制为350～500℃，分别对熔池上方和熔池底部排出的金属液、水洗过滤渣以及过滤后烟气成分取样分析，结果如表2所示。
表2
Figure BDA0003180580970000042
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管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，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种多金属蒸气真空梯级冷凝方法，其特征在于：在真空冷凝器中自下而上依次设置高温区、中温区、低温区；将多金属蒸气依次流经高温区、中温区、低温区，通过控制真空冷凝器中各区域的温度，利用不同金属的冷凝温度差，在高温区、中温区、低温区分别进行冷凝分离。
2.根据权利要求1所述的多金属蒸气真空梯级冷凝方法，其特征在于：通过控制真空冷凝器内的气压，利用不同金属之间的饱和蒸气压差，使部分金属蒸气在高温区冷凝并形成金属液，并利用不同金属液的密度差，在高温区底部设置排液口，将底部的金属液排出。
3.根据权利要求2所述的多金属蒸气真空梯级冷凝方法，其特征在于：所述高温区的温度大于主金属液相温度100～250℃，所述主金属为高温区中体积占比大于50％的金属液。
4.根据权利要求3所述的多金属蒸气真空梯级冷凝方法，其特征在于：控制真空冷凝器内的气压在主金属饱和蒸气压以下，使高温区中金属液重复蒸发。
5.根据权利要求3所述的多金属蒸气真空梯级冷凝方法，其特征在于：所述中温区采用水冷盘管进行冷却，水冷盘管中的冷却水采用上进下出的流向，与多金属蒸气形成对流换热，并控制水冷盘管温度小于主金属液相温度100～150℃。
6.根据权利要求1所述的多金属蒸气真空梯级冷凝方法，其特征在于：将真空冷凝器排出的尾气进行回收，用于对高温区加热。
7.一种多金属蒸气真空梯级冷凝系统，其特征在于：包括真空冷凝器，所述真空冷凝器包括真空罐、设于真空罐底部的金属熔池、设于真空罐中部的水冷盘管、设于真空罐顶部的水冷罩；所述金属熔池上设有进气管，所述水冷罩上设有出气管；所述水冷盘管下方还设有冷凝液收集盘，所述金属熔池、冷凝液收集盘的底部均设有排液口。
8.根据权利要求7所述的多金属蒸气真空梯级冷凝系统，其特征在于：还包括内部设有冷却水的水冷套；所述水冷套套设于进气管上。
9.根据权利要求7所述的多金属蒸气真空梯级冷凝系统，其特征在于：还包括尾气回收装置，所述尾气回收装置包括依次串接的水洗池、真空泵、烧嘴；所述出气管与水洗池连通；所述金属熔池下方设有加热室，所述烧嘴设于加热室中；所述加热室上还设有排气口。
10.根据权利要求7所述的多金属蒸气真空梯级冷凝系统，其特征在于：所述进气管与水平方向呈20～45°倾角。
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