專利背景
在
磷酸法活性炭生產領域,磷酸法活性炭炭化、活化過程產生的尾氣的溫度為80~300℃,其中,炭化過程產生的尾氣的溫度為80~180℃,活化過程產生的尾氣的溫度為200~300℃,兩個過程所產生的尾氣均主要含木焦油、高濃度磷酸炭粉、氣態磷酸及煙氣,並且,每噸尾氣帶走的磷酸在150~250千克。因此,磷酸法活性炭的尾氣處理技術具有很好的環境和經濟效益。
2014年12月之前,磷酸法活性炭炭化、活化尾氣的處理方式有以下幾種:
(1)採用噴淋方式回收尾氣中的磷酸,由於此種液相噴淋方式只有在尾氣中酸濃度較低時,才能回收乾淨,造成回收液體積大,使得回收液摻入生產系統進行回收使用變得困難;部分企業採用對體積較大的低濃度回收液進行蒸發濃縮的方式來解決其回收利用難的問題,但由於回收液中含有
焦油,炭粉等物質,濃縮過程容易堵塞蒸發器;
(2)也有人採用固體吸附材料對尾氣中的磷酸進行回收利用,雖然,此種回收方式不產生多餘的水,且還可對尾氣中的高溫煙氣進行餘熱利用,但是,由於尾氣中的磷酸在高溫的炭、活化過程中脫水大部分以含磷物質的氣溶膠形式存在,無法直接被固體吸附材料所完全吸附,因此,吸附效率低,並且,未考慮吸附過程的吸附面積及吸附強度,在固體吸附材料處理後,高溫煙氣將攜帶部分細小吸附材料排出,形成二次污染;
(3)目前較為先進方式為尾氣進行液相調質後採用電除霧方式回收尾氣磷酸,雖然減少了回收液體積,但是,電能消耗大,且,裝備技術要求高,使其在磷酸法活性炭尾氣處理推廣受到一定的限制。
發明內容
專利目的
該發明旨在提供一種固液混合處理方式結合多級循環路徑的用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的裝置和方法,在實現尾氣淨化的同時,實現回收磷酸和餘熱利用,具有顯著的經濟效益,且,適用面廣。
技術方案
《一種用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的裝置及其方法》包括自前向後順序連通的至少2個高速氣流旋轉裝置和至少1個洗氣裝置;最前端高速氣流旋轉裝置與尾氣進入通道連通;每個高速氣流旋轉裝置的正下方均設有與其底部連通的混合拌料機;每個洗氣裝置內均設有噴淋裝置,洗氣裝置的底部開設開口,洗氣裝置的正下方設有回收槽;每個回收槽上均連通有泵;除最前端泵外的其餘泵的出口均與其前方相鄰的泵連通;最前端泵的出口與其前方相鄰的混合攪拌機連通;且每個泵的出口同時也與相應的洗氣裝置內的噴淋裝置連通;每個混合拌料機上均連通有第一輸送裝置,除最前端的第一輸送裝置外的其餘第一輸送裝置的出口均再與其前方相鄰的混合攪拌機連通;且每個第一輸送裝置的出口同時也與相應的高速氣流旋轉裝置的進氣口連通;最後端洗氣裝置上設有與其內的噴淋裝置連通的液體吸附劑補入通道;最後端高速氣流旋轉裝置下方的混合拌料機上設有與其內部連通的固體吸附劑補入通道。
一種根據上述用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的裝置進行的磷酸回收方法,包括以下步驟:
(1)由尾氣進入通道向最前端高速氣流旋轉裝置內通入尾氣,尾氣依次經過各個高速氣流旋轉裝置和洗氣裝置進行淨化脫磷,淨化後的尾氣由最後端洗氣裝置的出氣口排出;
(2)向每個回收槽內加入一定量的液體吸附劑,啟動泵,同時,通過液體吸附劑補入通道向最後端洗氣裝置的噴淋裝置內補入液體吸附劑;
(3)每個洗氣裝置內的噴淋裝置噴灑液體吸附劑,對進入該洗氣裝置內的尾氣進行沖刷,經過沖刷的尾氣繼續進入後方相鄰的洗氣裝置內,同時,沖刷尾氣後的液體吸附劑落入回收槽內,回收槽內的液體吸附劑經過泵後,除最前端泵外的其餘泵,其內的液體吸附劑一部分被泵入前方相鄰的泵內,剩餘部分被泵入該洗氣裝置的噴淋裝置內進行重複利用;最前端泵內的液體吸附劑一部分被泵入前方相鄰的混合攪拌機內,剩餘部分被泵入該洗氣裝置的噴淋裝置內進行重複利用;
(4)向每個混合攪拌機內加入一定量的固體吸附劑,啟動第一輸送裝置,同時,通過固體吸附劑補入通道向最後端高速氣流旋轉裝置內補入固體吸附劑;
(5)每個高速氣流旋轉裝置內的固體吸附劑與其內的尾氣進行高速旋轉混合,除最後端高速氣流旋轉裝置外的其餘高速氣流旋轉裝置中經過沖刷的尾氣繼續進入後方相鄰的高速氣流旋轉裝置內;最後端高速氣流旋轉裝置中經過沖刷的尾氣繼續進入後方相鄰的洗氣裝置內;同時,每個高速氣流旋轉裝置中沖刷尾氣後的吸附劑落入相應的混合攪拌機內,每個混合攪拌機內的吸附劑經過第一輸送裝置後一部分進入前方相鄰的混合攪拌機內,剩餘部分再次進入該高速氣流旋轉裝置內進行重複利用;
(6)最前端混合攪拌機內的固體吸附劑一部分再次進入該高速氣流旋轉裝置內進行重複利用,剩餘部分收集備用。
改善效果
(1)《一種用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的裝置及其方法》通過將至少2個高速氣流旋轉裝置和至少1個洗氣裝置組合使用,再結合尾氣自前向後、吸附劑自後向前的循環模式,來解決單獨固體吸附劑存在的吸附磷酸不徹底問題和單獨液體吸附劑產生的回收液量大、難以利用的問題,從而,使得尾氣中的磷酸得以充分回收利用,同時,也實現了固體吸附劑和液體吸附劑的重複利用;
(2)最前端的回收槽內的部分液體吸附劑進入前方相鄰的混合攪拌機(即最後端的混合攪拌機)內,與最後端的混合攪拌機內的固體吸附劑混合後,最後端的混合攪拌機內的部分固體吸附劑再進入前方相鄰的混合攪拌機,依次類推;這樣,對於混合攪拌機來說,自後向前的混合攪拌機內的吸附劑的固體吸附劑的濕度呈梯度降低趨勢,同時,每個高速氣流旋轉裝置中的尾氣也會對進入其內的吸附劑進行乾燥,既可實現吸附劑的乾燥,又實現了對尾氣餘熱的回收利用;
(3)尾氣自前向後,依次經過各個高速氣流旋轉裝置,其溫度逐漸降低,當尾氣溫
度接近其飽和露點時,尾氣中的含磷氣凝膠與水反應不斷生成磷酸,並以液滴形式析出,然後又被固體吸附充分吸附,大大提高尾氣中磷酸的吸附效率;
(4)該發明的結構簡單,操作簡單,易於工業化推廣;
(5)該發明中的所有吸附劑和尾氣均處於流動狀態,不易堵塞尾氣處理所用到的管道和設備。
該發明的用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的裝置可做如下改進:
(1)該發明的第一輸送裝置優選採用進料關風器,可避免尾氣帶動吸附劑回流。當然,第一輸送裝置也可選擇螺旋輸送裝置、輸送帶等常見的輸送裝置。
(2)與混合攪拌器連通的高速氣流旋轉裝置的底部位置設有出料關風器,這樣,可根據需要控制沖刷尾氣後的吸附劑的下料時機,同時,也可避免尾氣向卸料口方向流動。
(3)最後端的洗氣裝置的出氣口與一風機連通。風機的設定,可加快洗氣裝置內尾氣的排出,並且,也避免尾氣的回流。
該發明的用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的方法可做如下改進:
(1)所述的固體吸附劑優選採用木屑、果殼粉碎物,含水率為30%~70%。木屑和果殼粉碎物均為常見的磷酸法活性炭製備工藝的原材料,這樣,最前端混合攪拌機中的部分吸附劑收集備用,該部分收集備用的吸附劑可進一步作為磷酸法活性炭製備工藝的原材料進行利用,可實現尾氣中磷酸的回收利用;並且,材料易於取得,生產成本低;當然,固體吸附劑也可採用其他的活性炭等具有吸附能力的材料。
(2)所述的液體吸附劑優選採用濃度為15%以下的磷酸溶液,有利於尾氣中的磷酸物質溶於液體吸附劑內。當然,該發明的液體吸附劑也可採用清水。
(3)所述的混合攪拌機內的吸附劑,進入高速氣流旋轉裝置內的吸附劑與進入前方相鄰混合攪拌機內的吸附劑的比例優選為1~4:1。從吸附效果來說,上述比例越大,尾氣與吸附劑的接觸面積大,吸附效果越好;但是,若上述比例過大,尾氣氣流阻力增大,相關收集設備型號也要相應增大,成本較高;若上述比例過低,則吸附效果較差。
(4)所述高速氣流旋轉裝置的進氣口的尾氣流速為11~30米/秒,此流速既可使吸附劑保持較佳的流態化,也可實現破環含磷氣溶膠的效果。
(5)最後端洗氣裝置出氣口排出的尾氣的溫度為40~70℃,既可將實現將尾氣溫度降低至飽和露點以下,利於尾氣中磷酸的回收,又可避免尾氣溫度過低,採用的洗氣裝置數量多,增加成本。
(6)從最前端混合攪拌機排出的用於收集備用的吸附劑中磷酸含量為1%~10%,適合用作磷酸法活性炭製備工藝的原材料。
圖1為實施例1~3的結構示意圖,箭頭表示相應管道內吸附劑的流動方向;
圖2為實施例4的結構示意圖,箭頭表示相應管道內吸附劑的流動方向。
1.《一種用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的裝置及其方法》其特徵在於:包括自前向後順序連通的至少2個高速氣流旋轉裝置和至少1個洗氣裝置;最前端高速氣流旋轉裝置與尾氣進入通道連通;每個高速氣流旋轉裝置的正下方均設有與其底部連通的混合拌料機;每個洗氣裝置內均設有噴淋裝置,洗氣裝置的底部開設開口,洗氣裝置的正下方設有回收槽;每個回收槽上均連通有泵;除最前端泵外的其餘泵的出口均與其前方相鄰的泵連通;最前端泵的出口與其前方相鄰的混合攪拌機連通;且每個泵的出口同時也與相應的洗氣裝置內的噴淋裝置連通;每個混合拌料機上均連通有第一輸送裝置,除最前端的第一輸送裝置外的其餘第一輸送裝置的出口均再與其前方相鄰的混合攪拌機連通;且每個第一輸送裝置的出口同時也與相應的高速氣流旋轉裝置的進氣口連通;最後端洗氣裝置上設有與其內的噴淋裝置連通的液體吸附劑補入通道;最後端高速氣流旋轉裝置下方的混合拌料機上設有與其內部連通的固體吸附劑補入通道。
2.根據權利要求1所述的一種用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的裝置,其特徵在於:第一輸送裝置採用進料關風器。
3.根據權利要求1所述的一種用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的裝置,其特徵在於:與混合攪拌器連通的高速氣流旋轉裝置的底部位置設有出料關風器。
4.根據權利要求1所述的一種用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的裝置,其特徵在於:最後端的洗氣裝置的出氣口與一風機連通。
5.根據上述權利要求1所述的用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的裝置進行的磷酸回收方法,包括以下步驟:
(1)由尾氣進入通道向最前端高速氣流旋轉裝置內通入尾氣,尾氣依次經過各個高速氣流旋轉裝置和洗氣裝置進行淨化脫磷,淨化後的尾氣由最後端洗氣裝置的出氣口排出;
(2)向每個回收槽內加入一定量的液體吸附劑,啟動泵,同時,通過液體吸附劑補入通道向最後端洗氣裝置的噴淋裝置內補入液體吸附劑;
(3) 每個洗氣裝置內的噴淋裝置噴灑液體吸附劑,對進入該洗氣裝置內的尾氣進行沖刷,經過沖刷的尾氣繼續進入後方相鄰的洗氣裝置內,同時,沖刷尾氣後的液體吸附劑落入回收槽內,回收槽內的液體吸附劑經過泵後,除最前端泵外的其餘泵,其內的液體吸附劑一部分被泵入前方相鄰的泵內,剩餘部分被泵入該洗氣裝置的噴淋裝置內進行重複利用;最前端泵內的液體吸附劑一部分被泵入前方相鄰的混合攪拌機內,剩餘部分被泵入該洗氣裝置的噴淋裝置內進行重複利用;
(4) 向每個混合攪拌機內加入一定量的固體吸附劑,啟動第一輸送裝置,同時,通過固體吸附劑補入通道向最後端高速氣流旋轉裝置內補入固體吸附劑;
(5) 每個高速氣流旋轉裝置內的固體吸附劑與其內的尾氣進行高速旋轉混合,除最後端高速氣流旋轉裝置外的其餘高速氣流旋轉裝置中經過沖刷的尾氣繼續進入後方相鄰的高速氣流旋轉裝置內;最後端高速氣流旋轉裝置中經過沖刷的尾氣繼續進入後方相鄰的洗氣裝置內;同時,每個高速氣流旋轉裝置中沖刷尾氣後的吸附劑落入相應的混合攪拌機內,每個混合攪拌機內的吸附劑經過第一輸送裝置後一部分進入前方相鄰的混合攪拌機內,剩餘部分再次進入該高速氣流旋轉裝置內進行重複利用;最前端混合攪拌機內的固體吸附劑一部分再次進入該高速氣流旋轉裝置內進行重複利用,剩餘部分收集備用。
6.根據權利要求5所述的一種用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的磷酸回收方法,其特徵在於:所述的固體吸附劑優選採用木屑、果殼粉碎物,含水率為30%~70%。
7.根據權利要求5所述的一種用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的磷酸回收方法,其特徵在於:所述的液體吸附劑採用濃度為15%以下的磷酸溶液。
8.根據權利要求5所述的一種用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的磷酸回收方法,其特徵在於:所述的混合攪拌機內的吸附劑,進入高速氣流旋轉裝置內的吸附劑與進入前方相鄰混合攪拌機內的吸附劑的比例優選為1~4:1。
9.根據權利要求5所述的一種用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的磷酸回收方法,其特徵在於:所述高速氣流旋轉裝置的進氣口的尾氣流速為11~30米/秒。
10.根據權利要求5所述的一種用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的磷酸回收方法,其特徵在於:最後端洗氣裝置出氣口排出的尾氣的溫度為40~70℃,從最前端混合攪拌機排出的用於收集備用的吸附劑中磷酸含量為1%~10%。
實施方式
如圖1所示,用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的裝置,包括自前向後順序連通的2個高速氣流旋轉裝置11和1個洗氣裝置21;最前端高速氣流旋轉裝置11與尾氣進入通道1連通;每個高速氣流旋轉裝置11的正下方設有與其底部連通的混合拌料機30;每個洗氣裝置21內均設有噴淋裝置22,洗氣裝置21的底部開設開口100,且洗氣裝置21的正下方設有回收槽40;每個回收槽40上均連通有泵50,泵50的出口再與其前方相鄰的混合攪拌機30連通,且該泵50的出口同時也與相應的洗氣裝置21內的噴淋裝置22連通;每個混合拌料機30上均連通有進料關風器60;除最前端進料管關風器60外的其餘進料關風器60的出口均與其前方相鄰的混合攪拌機30連通;且每個進料關風器60的出口同時也與相應的高速氣流旋轉裝置11的進氣口連通;最後端洗氣裝置21上設有與其內的噴淋裝置22連通的液體吸附劑補入通道2;最後端高速氣流旋轉裝置11下方的混合拌料機30上設有與其內部連通的固體吸附劑補入通道3。
一種根據實施例1的用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的裝置進行的磷酸回收方法,包括以下步驟:
(1)由尾氣進入通道1向最前端高速氣流旋轉裝置11內通入尾氣,尾氣依次經過各個高速氣流旋轉裝置11和洗氣裝置21進行淨化脫磷,淨化後的尾氣由最後端洗氣裝置21排出;
(2)向每個回收槽40內加入一定量的液體吸附劑,啟動泵50,同時,通過液體吸附劑補入通道2向最後端洗氣裝置21的噴淋裝置22內補入液體吸附劑;
(3)每個洗氣裝置21內的噴淋裝置22噴灑液體吸附劑,對進入該洗氣裝置21內的尾氣進行沖刷,經過沖刷的尾氣繼續進入後方相鄰的洗氣裝置內,同時,沖刷尾氣後的液體吸附劑落入回收槽40內,回收槽40內的液體吸附劑經過泵50後一部分被泵入前方相鄰的混合攪拌機30內、剩餘部分被泵入該洗氣裝置21的噴淋裝置22內進行重複利用;
(4)向每個混合攪拌機30內加入一定量的固體吸附劑,啟動進料關風器60,同時,通過固體吸附劑補入通道3向最後端高速氣流旋轉裝置11內補入固體吸附劑;
(5)每個高速氣流旋轉裝置11內的固體吸附劑與其內的尾氣進行高速旋轉混合,除最後端高速氣流旋轉裝置11外的其餘高速氣流旋轉裝置11內經過沖刷的尾氣繼續進入後方相鄰的高速氣流旋轉裝置11內;最後端高速氣流旋轉裝置11內經過沖刷的尾氣繼續進入後方相鄰的洗氣裝置21內;同時,每個高速氣流旋轉裝置11內沖刷尾氣後的吸附劑均落入相應的混合攪拌機30內;每個混合攪拌機30內的吸附劑經過進料關風器60後一部分進入前方相鄰的混合攪拌機30內,剩餘部分進入該高速氣流旋轉裝置11內進行重複利用;
(6)最前端混合攪拌機30內的固體吸附劑一部分進入該高速氣流旋轉裝置11內進行重複利用,剩餘部分收集備用;
其中,固體吸附劑為含水率為70%的木屑;液體吸附劑為清水;進入尾氣進入通道1的尾氣的溫度為300℃;進入高速氣流旋轉裝置11內的吸附劑與進入前方相鄰混合攪拌機30內的吸附劑的比例為3:1;尾氣經最前端的高速氣流旋轉裝置11(即圖1中的第1個高速氣流旋轉裝置)後的尾氣溫度降低為150℃,經過最後端高速氣流旋轉裝置11(即圖1中的第2個高速氣流旋轉裝置)後的尾氣溫度降低為85℃,經過洗氣裝置21後的尾氣溫度為70℃;從最前端混合攪拌機30排出的用於收集備用的吸附劑中磷酸含量為7.5%。
實施例2的用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的裝置與實施例1結構相同,如圖1所示。
實施例2的用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的方法與實施例2的不同之處在於:其中,固體吸附劑為含水率為50%的木屑;液體吸附劑為15%的磷酸溶液;進入尾氣進入通道1的尾氣的溫度為150℃;進入高速氣流旋轉裝置11內的吸附劑與進入前方相鄰混合攪拌機30內的吸附劑的比例為1:1;尾氣經最前端的高速氣流旋轉裝置11(即圖1中的第1個高速氣流旋轉裝置)後的尾氣溫度降低為80℃,經過最後端高速氣流旋轉裝置11(即圖1中的第2個高速氣流旋轉裝置)後的尾氣溫度降低為60℃,經過洗氣裝置21後的尾氣溫度為52℃;從最前端混合攪拌機30排出的用於收集備用的吸附劑中磷酸含量為6%,其他步驟均與實施例2相同。
實施例3的用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的裝置與實施例1結構相同,如圖1所示。
實施例3的用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的方法與實施例1的不同之處在於:其中,固體吸附劑為含水率為30%的木屑;液體吸附劑為1%的磷酸溶液;進入尾氣進入通道1的尾氣的溫度為110℃;進入高速氣流旋轉裝置11內的吸附劑與進入前方相鄰混合攪拌機30內的吸附劑的比例為4:1;尾氣經最前端的高速氣流旋轉裝置11(即圖1中的第1個高速氣流旋轉裝置)後的尾氣溫度降低為70℃,經過最後端高速氣流旋轉裝置11(即圖1中的第2個高速氣流旋轉裝置)後的尾氣溫度降低為55℃,經過最前端洗氣裝置21(即圖1中的第1個洗氣裝置)後的尾氣溫度為52℃;從最前端混合攪拌機30排出的用於收集備用的吸附劑中磷酸含量為5%,其他步驟均與實施例2相同。
如圖2所示,實施例4的用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的裝置與實施例1不同的是:用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的裝置,包括自前向後順序連通的2個高速氣流旋轉裝置11和2個洗氣裝置21;除最前端泵50外的其餘泵50的出口均與其前方相鄰的泵50連通;最前端泵50的出口與其前方相鄰的混合攪拌機30連通;且每個泵50的出口同時也與相應的洗氣裝置21內的噴淋裝置22連通。
實施例4的用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的方法與實施例1不同之處在於:
步驟(3)中,除最前端泵50外的其餘泵50,其內的液體吸附劑一部分被泵入前方相鄰的泵50內,剩餘部分被泵入該洗氣裝置21的噴淋裝置22內進行重複利用;最前端泵內的液體吸附劑一部分被泵入前方相鄰的混合攪拌機30內,剩餘部分被泵入該洗氣裝置21的噴淋裝置22內進行重複利用;其餘步驟均與實施例1相同。
其中,固體吸附劑為含水率為35%的果殼粉碎物;液體吸附劑為1%的磷酸溶液;進入尾氣進入通道1的尾氣的溫度為110℃;進入高速氣流旋轉裝置11內的吸附劑與進入前方相鄰混合攪拌機30內的吸附劑的比例為4:1;尾氣經最前端的高速氣流旋轉裝置11(即圖1中的第1個高速氣流旋轉裝置)後的尾氣溫度降低為70℃,經過最後端高速氣流旋轉裝置11(即圖1中的第2個高速氣流旋轉裝置)後的尾氣溫度降低為55℃,經過最前端洗氣裝置21後的尾氣溫度為53℃,經過最後端洗氣裝置21(即圖1中的第2個洗氣裝置)後的尾氣溫度為40℃;從最前端混合攪拌機30排出的用於收集備用的吸附劑中磷酸含量為5.5%,其他步驟均與實施例2相同。
該發明的上述實施例1~4的用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的裝置均可做如下改進:
(1)如圖1、2所示,與混合攪拌器30連通的高速氣流旋轉裝置11的底部位置設有出料關風器70,這樣,可根據需要控制沖刷尾氣後的吸附劑的下料時機,同時,也可避免尾氣向卸料口方向流動。
(2)如圖1、2所示,最後端的洗氣裝置21的出氣口與一風機80連通。風機80的設定,可加快洗氣裝置21內尾氣的排出,並且,也避免尾氣的回流。
該發明的用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的方法可做如下改進:
(1)所述的液體吸附劑優選採用濃度為15%以下的磷酸溶液,有利於尾氣中的磷酸物質溶於液體吸附劑內。當然,該發明的液體吸附劑也可採用清水。
(2)所述高速氣流旋轉裝置的進氣口的尾氣流速為11~30米/秒,此流速既可使吸附劑保持較佳的流態化,也可實現破環含磷氣溶膠的效果。
實施例1~4中從最前端混合攪拌機出來的用於收集備用的吸附劑可直接用作磷酸法活性炭製備工藝的原材料。
榮譽表彰
2019年9月,《一種用於回收磷酸法活性炭尾氣中磷酸的裝置及其方法》獲得2019年度福建省專利獎三等獎。