Способ извлечения фосфора из газов печей производства фосфора

Изобретение относится к технологии производства фосфора электротермическим способом, в частности к извлечению фосфора из отходящих газов фосфорных печей. Сущность способа состоит в том, что выходящие печные газы из электрофильтра температурой (570-520 К) непрерывно вводят водяной пар путем распыливания в газоходе с температурой ниже точки росы фосфора в печных газах в пределах (430-380 К). Изобретение позволяет уменьшить количество образующегося шлама до 10% и снизить содержание фосфора в шламе до 5-10%. 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии производства фосфора электротермическим способом, в частности к извлечению фосфора из отходящих газов фосфорных печей.

Известен способ выделения фосфора из газов электротермических печей производства фосфора путем обработки водой в две стадии: на первой стадии газы охлаждают до температуры ниже точки росы фосфора и отводят сконденсированный фосфор вместе с водой в сборник, где его накапливают под слоем воды, на второй стадии газы доочищают более холодной водой (Позин М.Е. Технология минеральных солей. 1970, т.2, с.946-954).

Недостатком известного способа являются значительное количество образующегося шлама и высокое содержание в нем фосфора.

Наиболее близким по технической сущности является способ извлечения фосфора из газов печей производства фосфора, включающий обработку газов перед охлаждением в течение 0,15-2 с парами воды с температурой 140-350°С, подаваемыми в количестве 10-100 г/м³, двустадийное охлаждение газов водой, сбор сконденсированного фосфора в сборнике фосфора и отделение его от шлама (А.с. СССР №1017670, кл. С01В 25/027, бюл. №18, 1983).

Недостатком известного способа является также повышенное шламообразование, вызванное наличием в печных газах пыли.

Задача изобретения состоит в разработке способа, снижающего шламообразование в процессе извлечения фосфора из газов печей производства фосфора.

Технический результат изобретения заключается в снижении шламообразования в процессе извлечения фосфора из газов печей производства фосфора.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе извлечения фосфора из газов печей производства фосфора, включающем обработку газов перед охлаждением в течение 0,15-2 с парами воды с температурой 140-350°С, подаваемыми в количестве 10-100 г/м³, двустадийное охлаждение газов водой, сбор сконденсированного фосфора в сборнике фосфора и отделение его от шлама, согласно изобретению в выходящие из электрофильтра газы с температурой (570-520 К) непрерывно вводят водяной пар путем распыливания в газоходе с температурой ниже точки росы фосфора в печных газах в пределах (430-380 К).

Способ осуществляется следующим образом.

В выходящие из электрофильтра печные газы с температурой 570-520 К вводят путем распыливания водяной пар с температурой 430-380 К. Минеральные частицы, адсорбировавшие положительные и отрицательные ионы (подавляющая часть заряженных частиц при ионизации печных газов в сильном электрическом поле приобретает отрицательный заряд), и соответственно, не осевших на коронирующих и осадительных электродах, или подвергшихся вторичному уносу уловленной пыли (Верещагин И.П., Левитов В.И., Мирзабекян Г.З., Пашин М.М. Основы электрогазодинамики дисперсных систем. М.: Энергия, 1974, с.403-407), при соприкосновении с водяным паром, соответственно, приобретают отрицательные заряды (отдельные свободные электроны) - положительными ионами и нейтрализуются, или теряют свои отрицательные заряды - отрицательными ионами (так как они переходят по электропроводящему водяному пару на корпус газохода и через него в землю) и разряжаются. При этом нейтрализуются электрические поля вокруг частиц пыли и электрические силы между частицами пыли и молекулами газов. Наличие влаги в зазоре между частицей и подложкой ( в нашем случае молекулой) препятствует возникновению контактной разности потенциалов и поэтому в условиях, когда проявляются капиллярные силы, электрической компонентой сил можно пренебречь (там же, с.315). Частицы минеральной пыли с противоположными зарядами при их соударении друг с другом в газоходе также разряжаются и теряют вокруг себя силовые электрические поля.

Развитая активная поверхность минеральных частиц пыли в отсутствие электрических сил адсорбирует влагу из распыливаемого водяного пара в газоходе до полного насыщения и смачивания внутренней и наружной поверхности пор (капилляров) минеральных частиц, покрываясь гидратной оболочкой, и усиливает капиллярные силы адгезии с влагой в последних, и приобретает в дальнейшем гидрофобные свойства по отношению к частицам фосфора, конденсирующимся в результате теплообмена между газами и водяным паром в объеме при понижении температуры газов до точки росы фосфора в печных газах 450-400 К, то есть часть фосфора в газовом тракте при этой температуре может находится в распыленном жидком состоянии (Технология фосфора / Под ред. В.А.Ершова, В.Н.Белова. Л.: Химия, 1979, с.266) в виде каплей.

То обстоятельство, что поверхность минеральных частиц адсорбировала влагу и стала гидрофобной раньше, чем образовались капли фосфора и вступили в адгезионное взаимодействие с минеральными частицами пыли в газовой фазе, обеспечивает их отталкивание при их соударении вследствие гидрофобии (Кац В.Я., Викторов С.В., Мурзагалиев Е.Ш. Эффективность работы ленточной мешалки для гомогенизации и отстаивания фосфоросодержащих шламов // Межвуз.сб. «Массообменные процессы и аппараты химической технологии», Казань, 1980, с.51-53), и наоборот, при соударении каплей фосфора друг с другом они попадают в сферу влияния их молекул (сил молекулярного притяжения - Ван-дер-Ваальсовы силы) и коаленсцируют в сплошную фосфорную фазу без образования фосфорсодержащих шламовых коагуляций адсорбционного и адгезионного происхождений, снижая тем самым процесс шламообразования.

Известно положительное воздействие закрученного потока водяного пара, вводимого коаксиально и противоточно во вращающиеся потоки фосфорсодержащего шлама, для разрушения и разделения шламовых коагуляций с коалесценцией отдельных фосфорных частиц в укрупненные фосфорные агрегаты и сепарацией агрегированного фосфора (Предпатент РК №12244, кл. С01В 25/02, F25В 9/04, бюл. №11, 2002 ).

Отличительными признаками предлагаемого способа являются указанный порядок последовательности процессов извлечения фосфора из газов печей производства фосфора: непрерывная обработка водяным паром с температурой (430-380 К) отходящих печных газов из электрофильтра путем распыливания пара в газоходе при температуре (570-520 К), нейтрализация электрических сил между ионами и минеральными частицами пыли при соприкосновении с паром, адсорбция минеральными частицами пыли влаги из водяного пара, гидрофобного взаимодействия адсорбированных влагой минеральных частиц и каплей фосфора, коалесценция каплей фосфора в сплошную жидкую фосфорную фазу.

Проведены промышленные испытания предлагаемого способа извлечения фосфора из газов печей производства фосфора в электропечи типа РКЗ-80ф с установленной мощностью 80 МВА. Выход товарного фосфора, изменение количества образующегося шлама и его состава при изменении температуры пара и его расхода представлены в таблице.

Предлагаемое изобретение позволяет уменьшить количество образующегося шлама до 10% и снизить содержание фосфора в шламе до 5-10%.

Таблица Выход товарного фосфора, изменение количества образующегося шлама и его состава при изменении температуры пара и его расхода
Примеры, №	Параметры процесса	Выход, т/сут	Количество образующихся шламов, %	Состав шлама, %	Количество фосфора в шламе, т/сут	Общее количество выработанного фосфора из газов, %	Выход товарного фосфора из газов, %	Содержание фосфора в шламе от общей выработки фосфора из газов, %	Примечание
Температура отходящих печных газов, К	Суточная мощность печи, MBA	Температура водяного пара, К	Расход пара, кг/с	фосфора	шлама	фосфор	шлам
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
1	570-520	1150	-	-	63,0	21,0	33,33	63,2	10,9	13,27	76,27	82,6	17,4	Без пара
2	570-520	1110	-	-	63,0	14,0	22,22	71,7	8,1	10,0	73,0	86,3	13,7	Без пара
3	570-520	1150	373	0,1	63,0	21,0	33,33	55,9	10,3	11,74	74,74	85,14	14,86	Недостаток пара
4	570-520	1100	373	0,3	63,0	14,0	22,22	47,4	12,7	6,64	69,64	90,47	9,53	Недостаток пара
5	570-520	960	373	0,5	63,0	7,0	11,11	10,2	28,7	0,714	63,714	98,88	1,12
6	570-520	1150	393	0,2	77,0	7,0	9,1	9,3	24,2	0,651	77,651	99,16	0,84
7	570-520	1110	393	0,2	74,0	7,0	9,5	5,0	35,9	0,35	74,35	99,53	0,47
8	570-520	1150	407	0,3	77,0	-	-	-	-	-	77,0	100,0	-	Точнее - это * в пределах 99% (трудно учесть в заводских условиях накопление шлама)
9	570-520	1100	407	0,2	70,0	-	-	-	-	-	70,0	100,0	-	99%
10	570-520	1150	417	0.1	77,0	7,0	9,1	7,8	29,6	0,546	77,546	99,3	0,7
11	570-520	1150	417	0,3	77,0	-	-	-	-	-	77,0	100,0	-	99%
12	570-520	1150	425	0,4	77,0	7,0	9,1	4,7	36,7	0,329	77,329	99,57	0,43
13	570-520	1100	432	0,5	70,0	-	-	-	-	-	70,0	100,0	-	99%
14	570-520	1150	438	0,8	77,0	7,0	9,1	4,9	38,4	0,343	77,343	99,56	0,44	Большой расход пара

Способ извлечения фосфора из газов печей производства фосфора, включающий обработку газов перед охлаждением парами воды, двустадийное охлаждение газов водой, сбор сконденсированного фосфора в сборнике фосфора и отделение его от шлама, отличающийся тем, что в выходящие из электрофильтра газы с температурой 570-520 К непрерывно вводят водяной пар путем распыливания в газоходе с температурой ниже температуры точки росы фосфора в печных газах в пределах 430-380 К.