黄磷尾气回收系统的安全设计

通过改变填料层高度得到调整;

(2)填料层阻力小,运行能耗低;

(3)使用寿命长;

(4)填料塔内必须保持气液分布均匀,不合理的分布方式会导致治理效率的降低;

(5)大直径填料塔给实际安装带来一定的困难,塔成本和运行成本也随之增加;

(6)由于洗涤塔为PP材质,对烟气温度有较高的要求,一般要求温度低于60℃。对外置设施应注意因太阳曝晒引至温升,在负压下的塑性变形。

参考文献

1　陈国理.压力容器及化工设备.广州:华南理工大学出版社,1990. 2　葛帅华.金隆工程烟气净化新型填料塔的设计.硫酸工业,1999.(5). 3　齐福来.填料塔塔径的计算.医药工程设计.1999.(4).

4　董谊仁.填料塔压降、液泛研究进展.化学工业与工程,2001.(2). 5　吴忠标.实用环境工程手册.北京:化学工业出版社,2001.

作者通讯处　胡小吐　510641　广州华南理工大学西秀村8-604

2002-10-08收稿

黄磷尾气回收系统的安全设计王孝武　孙水裕

(广东工业大学环境科学与工程学院,广州510090)　

李来明

(国投原宜磷化有限公司,湖北宜昌443000)

王　雄　涂宁宇

(广东工业大学环境科学与工程学院,广州510090)

摘要　对一个5000tΠa的黄磷电炉的尾气回收系统的设计进行了全面的安全分析,指出了其中存在的不足。在此基础上,提出了一个改进的设计方案,新的设计在生产应用中取得了明显的成效,安全性和效益均得到明显的提高。

关键词　黄磷尾气　回收系统　安全设计

1　前言

我国是一个黄磷生产大国,国内有上百家黄磷生产厂,总产量居世界首位。黄磷的生产主要是电炉法,将磷矿石、硅石和焦碳按一定比例和一定粒度混合后加入电炉,利用电热产生的1200°的高温,使磷矿石熔化分解产生P

2

O5,再与焦碳发生氧化2还原反应得到单质磷的蒸气,最后经过冷却、分离工艺得到成品。

在黄磷生产的过程中,会产生大量的尾气,每生产1t黄磷副产尾气2500～3000m3,如直接排放到大气中,不仅会严重污染环境,而且也是对资源的极大浪费。黄磷尾气的主要成分是C O,一般含量在85%～95%,随着原材料的组成、生产操作的不同,其组成会有所变化[1～3]。黄磷尾气经过处理后可做为一种高效燃料,也可做为一种重要的化工原料来合成多种有机化学品[3]。所以说黄磷尾气的回收不但可以保护环境,而且经济效益显著。

由于黄磷电炉煤气含C O约90%,其爆炸范围为1215%～7412%,如漏入过多空气就有爆炸危险,为确保安全,要求氧含量控制在015%以下[4]。所以其尾气回收系统的设计要以安全为第一要点,然而在以往的设计中,存在有许多安全性考虑不周的问题。下面对某设计院设计的一个年产5000t黄磷的电炉的尾气回收系统进行分析,并改进原设计,提出黄磷尾气回收系统应注意的安全要点。

2　安全设计中的主要控制要点

黄磷煤气的爆炸范围较宽,而且尾气中存在磷的蒸气,管道中还积存的液态或固态的黄磷,由于黄磷在有氧的条件下会自燃,所以黄磷尾气回收系统中的安全性考虑要比一般煤气高。

保证压力和密封性是设计的关键,同时必须有切实可行的防爆保证方案。压力主要是通过控制回流阀来保证的,这在一部分黄磷厂都已实现了全自动或半自动控制。采用水来密封,关于这个方面的设计应该说还是比较欠缺。通过防爆设计来保证人员、设备的安全,并不仅仅是简单地安装防爆膜,还需要从整体工艺的基础上来加以考虑。

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3　对原设计方案进行安全分析311　原设计黄磷尾气回收系统工艺流程

年产5000t 黄磷电炉的尾气回收工艺原设计流程见图1

。

图1　原设计黄磷尾气回收工艺流程简图

该设计是一个典型的黄磷尾气回收方案,从电炉来的炉气(含有磷蒸气、炉尘、C O 以及其它气态物质),在冷却塔中,炉气被冷凝和洗涤,大部分磷蒸气、炉尘被收集到受磷槽(也称之为收磷槽

),其余的气态成分进入到总水封。一般来说,总水封以后才被称为尾气回收系统,但从整个工艺设计上来说,电炉以后尾气所经部分都应该为尾气回收系统,要从整体上加以考虑。总水封上设置了放空管,在一定情况下要从此处排放尾气。在水环式真空泵的作用下,尾气进入洗气塔进一步除去液固态物质,然后经过水环式真空泵、U 型水封进入气柜或者其他深度净化系统[2,5,6]

。

为保证真空泵前压力为微正压状态,使用了起回流作

用的专用电动调节蝶阀进行远程自动控制。312　存在主要问题

真空泵前洗涤负荷过重　从图1可看出,泵前设置了2个洗气塔,是为了尽可能地除去尾气中的固态杂质,保证真空泵稳定运行。但是这里存在严重的安全问题,

泵前部分成为尾气回收系统的设计难点的一个重要原因是泵前部分容易出现负压,从而导致空气进入引发爆炸事故。而上述设计中将所有尾气的洗涤部分都在泵前,使尾气在泵前受到的阻力过大,从而增加了泵前出现负压的机率。

整个系统中缺少置换设计　尾气回收系统停车、开车时必须对整个系统进行完全的置换,使系统中的含氧量低于爆炸极限值,所以系统在设计时必须考虑到置换的便利,而且不能存在置换的死角。而原设计中显然缺少这方面的考虑。

受磷槽溢流管的设计不合理　密封好坏对尾气回收是非常重要的一环,原设计的受磷槽结构简图见

图2。

图2　原设计中受磷槽简图

从图2可看出,溢流管有可能是空气的进入点,尾气也可能从此处进出,而且这在黄磷生产工艺上也是不许可的,电炉炉气在温度骤降时,大量的磷进入水体,相当一部分还漂浮在水面上时,就进入了溢流

管,导致磷直接进入了废水处理系统。

防爆性能不高　虽然在2个洗气塔上设置了防爆水封,但是性能不好,而且不能自动使系统复位,安全性不好。

真空泵前的布管方式不利于系统运行　泵前管道布置要利于气体置换和管道清洗,由于有少量磷、炉尘会沾附到管壁,设计时必须考虑进去。313　改进措施及方法

改进工艺流程降低泵前负荷　为了便于引气,应该尽可能减少泵前阻力,同时还要保证进入真空泵的固态杂质尽可能少,改造后的尾气回收工艺流程见图3。

图3　改进后的黄磷尾气回收工艺流程简图

与图1相比,泵前洗气塔减为1个,容积也大大减小,而且不再在顶端设防爆水封,还取消了泵前U 型水封,泵后增加2个塔,并添加了磁环填料,大大提高了对固态杂质的去除率。泵前的洗气塔主要是进行一下粗洗,减少固体粉尘、磷颗粒对真空泵的影响。简化泵前流程是为了减少阻力,同时减少了密封点,增强了泵前的密封效果。改进工艺后,从总水封到真空泵前入口的压力差不超过100Pa ,大大提高了系统反应灵敏度,便于更好的控制回流阀来保持泵前压力的稳定性。

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