黃磷電爐干法提磷工藝路線的探析

吳振山

(江蘇德義通環保科技有限公司 江蘇南京 211800)

黃磷電爐干法提磷工藝路線的探析

吳振山

(江蘇德義通環保科技有限公司 江蘇南京 211800)

通過對電爐法黃磷生產過程的分析，提出一種較為理想的環保工藝技術路線，并對采用該工藝路線的旋風除塵技術進行化工技術經濟分析。分析結果表明，該工藝穩定性好，綜合性價比高，值得大型黃磷生產企業應用嘗試。

黃磷；干法提磷；旋風除塵

我國現有的絕大多數電爐法黃磷生產裝置均采用水洗法提取黃磷，爐氣經水洗后再對磷泥進行液固分離及氣固分離。該工藝路線的優點是操作簡單，工藝系統穩定性高，設備維護成本低；缺點是系統綜合能耗高，磷收率低，循環水中的砷、氟等有毒成分含量高，對操作人員及周邊環境危害極大，需定期處理。較理想的工藝方案是先對爐氣進行氣固分離，然后采取間歇式換熱技術液化提取黃磷，不僅可降低水洗后氣固分離帶來的巨大能耗，而且能避免含砷、氟廢水的產生。遺憾的是，數十年前國內外均曾出現過利用電除塵技術對出磷電爐爐氣進行氣固分離的嘗試，但因需定期停車對電極板及振打器進行維護，工藝系統綜合成本高，技術推廣緩慢，未能實現技術的進一步推進。筆者等[1]曾嘗試采取過濾式氣固分離技術、間歇式換熱及水洗法工藝路線提取黃磷，并在磷電爐后續工段引入引風機，經過相關試驗證明該技術方案可行，但因一次投資較高，相關企業積極性不佳。為此，在吸收上述技術優點的基礎上，探討一種次佳工藝技術方案，以期降低黃磷生產綜合能耗。

1 工藝系統簡介

1.1 除塵工藝流程

除塵工藝流程如圖1所示。

出磷電爐的爐氣先經過旋風除塵器將其中粒徑大于5 μm的粉塵顆粒剔除，然后進入水洗塔分離出含有少量磷泥的黃磷。根據如圖2所示采用干法過濾式除塵器收集的磷電爐爐氣粉塵粒度分布，假定不同粒徑下的粉塵密度相同，理論狀態下采用旋風除塵后預計可除去爐氣中77%的粉塵。鑒于旋風除塵工藝對粒徑3～5 μm的粉塵也有一定的分離作用，且在實際運行中，粉塵間存在團聚、靜電吸附等現象，粉塵分離率一般會略高于理論值。

圖1 除塵工藝流程

1.2 工藝系統控制要點

該技術的核心控制點包括除塵器設備及管路殼體內層結露、粉塵分離率、磷電爐爐頂壓力以及除塵器卸料灰倉的氣密性，具體措施如下。

(1) 為保證除塵系統各點不結露，對整個除塵系統采取夾套電伴熱并作保溫處理。夾套內溫度過高或過低均會對磷收率及系統綜合能耗產生較大影響，根據黃磷行業采用過的LP濾芯除塵器及靜電除塵器的經驗數據，夾套溫度控制在280～330 ℃為宜。

圖2 磷電爐爐氣粉塵粒度分布

(2) 風機選型參數關系到工藝系統能否穩定運行，若所選風機的流量-壓頭-功率等綜合指標過于保守，當出現磷電爐塌料等情況時，除塵系統往往不能滿足工況使用要求；若指標過高，系統綜合能耗也會隨之升高。根據類似經驗，風機的風量參數為標準工況下的2.8～3.0倍、電機功率選擇理論值的1.5～1.8倍為宜，旋風筒的進氣量可通過改變風機轉速或風機出口旁路閥的開度進行調節，以保證磷電爐處于低負荷狀態時依然能夠保持較高的粉塵分離率。

(3) 磷電爐壓力的相對穩定也是關乎工藝系統能否順利運行的關鍵，可通過調節風機出口閥開度以維持磷電爐爐頂壓力在(200±150) Pa。

(4) 灰倉出料是系統安全系數要求最高的環節，本系統可采用連續出料或間歇式卸料，優先選擇間歇式卸料，卸料操作與電極分閘時間點保持同步，卸料完畢后即對灰倉卸料口進行水封或料封。

2 投資分析

2.1 投資估算

2.1.1 一次投資

以處理氣量3 000 m3/h(標態)、待處理氣體平均溫度375 ℃、氣體原始粉塵質量濃度平均值150 g/m3(標態)、除塵后氣體中粉塵質量濃度平均值34.5 g/m3(標態)、忽略操作壓力及粉塵含量對待處理氣體體積的影響、系統設計壽命20年為估算依據，系統一次投資匯總見表1。

2.1.2 運行費用

旋風除塵技術的設備易損件相對較少，主要運行費用是引風機的電費以及系統伴熱額外增加的電費。除塵系統年運行費用分項匯總如表2所示。

表1 系統一次投資匯總

項目 價格/元備 注設備鋼結構1291201套,材質Q345引風機560001臺,功率11kW,變頻調速加熱器1056012.0kW,正常投用8.5kWDN1100電動閘閥280001只DN400電動閘閥220001只DN300手動閘閥54001只保溫材料及輔材240001套控制系統1600001套安裝費21300合計456380

表2 除塵系統年運行費用分項匯總

項目單價數量價格/元電費1)0.6元/(kW·h)149040kW·h89424循環冷卻水0.2元/t600t120潤滑油25元/L15L375易損件5000元/套1套5000新增人工費2)200元/(人·h)158人·h31600

注：1)以強電運行功率19.5 kW、弱電運行功率1.2 kW統計；2)包括系統PLC控制、卸料、設備維修等需要的人工

2.2 效益分析

項目投入運行后，每年有2 494.8 t粉塵不再轉化為磷泥；在除塵系統設計壽命內，扣除運行費用，每年可為企業帶來166.74萬元的直接經濟效益。除塵后黃磷系統的年效益分析匯總見表3。

表3 除塵后黃磷系統年效益分析匯總

項目年耗量年效益/元備 注黃磷尾氣/m3(標態)771900849090電/(kW·h)27931452380V/220V新鮮水/m3348.86698低壓蒸汽/t139.6616759約0.3MPa磷損失量/t77.16925920以P4殘余質量分數3%計

3 結語

盡管上述技術方案依然不能徹底阻斷黃磷生產中磷泥的形成，但可大幅減少后續工段磷泥的生成量，且結合化工技術經濟等方面的分析，工藝路線可行。

該項目投資回收期約3個月，技改見效快。從經濟效益的絕對量來看，其數值相對較小，對降低黃磷生產成本的作用有限，故對小規模黃磷生產企業的吸引力不大，適合大規模黃磷生產企業采用。鑒于磷化工行業整體低迷的現狀，通過較低的投資實現對工藝設備的適當改進以降低運行成本，已成為行業內部分企業能否繼續生存的核心因素之一，建議有條件的企業可進行工藝技術嘗試。

[1] 吳振山,劉晨.黃磷提純工藝優化方案的可行性分析[J].硫磷設計與粉體工程，2015(5):36- 39.

ExplorationandAnalysisofDryPhosphorusExtractionProcesswithElectricFurnaceforYellowPhosphorus

WU Zhenshan

(Jiangsu Deyitong Environmental Protection Technology Co., Ltd., Nanjing 211800, China)

Through analysis of electric furnace yellow phosphorus production process, a more ideal environment friendly technological process is proposed, and an economical efficiency analysis for chemical technology of the cyclone dust removal technology adopted by the process is carried out. Analysis results show that the process has good stability and high comprehensive cost-performance ratio. It is worth attempting to apply by large- scale yellow phosphorus production enterprises.

yellow phosphorus; dry phosphorus extraction method; cyclone dust removal

TQ126.3+16

A

1006- 7779(2017)04- 0027- 02

2016- 06- 16)

吳振山(1985—)，男，高級工程師，研究方向為化工環保技術開發以及節能減排、企業管理；wuzhenshan@qq.com