一種負載活性炭催化氧化淨化熱法磷酸尾氣的方法

2023-10-09 14:06:39 2

專利名稱：一種負載活性炭催化氧化淨化熱法磷酸尾氣的方法
技術領域：
本發明涉及一種用負載活性炭淨化熱法磷酸尾氣的方法，屬於化 學化工製備技術領域。
二、 技術背景-
磷酸及其磷酸鹽是化學工業的重要組成部分。所有磷化物、磷酸鹽的生產都離不 開作為基礎化工原料的磷酸。磷酸的生產方法分為熱法磷酸和溼法磷酸兩種。熱法磷 酸是指以磷礦石為原料，先加工成元素磷，再用元素磷加工而成的磷酸；溼法磷酸是 指以磷礦石和無機酸為原料，直接加工而成的磷酸。溼法磷酸粗產品含雜質較多，主 要用於生產肥料.；熱法磷酸卻具有產品濃度高、雜質少等優點，可用於製造食品及工 業級磷酸鹽產品。熱法磷酸的生產方法有三種①以含磷爐氣直接燃燒後用水吸收制 磷酸的完全燃燒法；②將含磷爐氣與適量空氣混合，使磷蒸汽和磷化氫氣體被氧化， 然後將氧化產物(P205)用稀磷酸吸收而製得磷酸；③將含磷爐氣中的磷冷凝成液態磷， 用空氣燃燒生成P20s，然後用水(或酸)吸收製得磷酸的液態磷燃燒法。其中前兩種基本 己被淘汰，目前廣泛採用液態磷燃燒法生產熱法磷酸。而此工藝系統的尾氣中含有 P205、 ？203和單質磷等雜質氣體，此類尾氣的排放將造成嚴重的空氣汙染。現有的尾 氣處理方法一般為水洗法，李雲，周駿宏在"熱法磷酸生產尾氣排放P205超標原因分
析及對策"(硫磷設計與粉體工程，2006年第5期)，中提到熱法磷酸生產排放的尾氣中 P20s含量嚴重超標，提出兩個方面的對策(1)對生產工藝設備進行改造和優化操作 條件，減少有害氣體的排放；(2)改尾氣管最上層的酸噴淋為水噴淋，降低尾氣溫度
以降低磷酸蒸汽分壓，同時提高水合速度，減少氣相中的P20s。經査其餘文獻，都未
提及熱法磷酸尾氣的淨化方法。上述水洗法吸收液的處理面臨著造成二次汙染的問題， 如採用本發明的改性活性炭催化氧化淨化法可以避免二次汙染問題。
三
發明內容
本發明的目的在於提供一種負載活性炭催化氧化淨化熱法磷酸尾氣的方法，用負
載了 CoSPc、 012+和CeS+三種活性組分的改性活性炭淨化熱法磷酸尾氣，從熱法磷酸尾 氣中淨化脫除五氧化二磷(P205)、三氧化二磷(P203)和單質磷等雜質氣體。淨化後 尾氣中P205 、 P4和P203氣體濃度均為lmg/m3以下，改性活性炭淨化時間達2600h 以上，總磷穿透吸附容量約為11g/kg以上；減輕對環境的汙染。
3本發明通過以下技術方案實現
1、 改性活性炭的製備把活性炭用水洗滌2 3遍，除去其中的雜質，在90 13(TC 溫度條件下乾燥4~24小時將水分降至5wt。/。以下備用，將備用活性炭浸漬於含有 0.1 2.0wt。/oCoSPc和摩爾濃度為0.05 0.25mol/L的Cu"昆合溶液中，或者浸漬於濃度 均為0.05~0.25mol/L的cV+和CeS+的混合溶液中，或者浸漬於這三者的混合溶液中， 在15 25。C、 45HZ條件下超聲振蕩20 40min，其中，溶液與活性炭按2 5:1的質量比 進行浸漬；將過濾後所得活性炭置於卯 13(TC溫度條件下乾燥6~24小時，然後將幹 燥後的活性炭置於200 45(TC溫度條件下焙燒3~6小時，即得改性負載型活性炭；
2、 熱法磷酸通過抽風機進入氣體預熱裝置，若尾氣中氧含量低則在尾氣中補入氧 氣(空氣)，使尾氣中氧的體積百分含量維持在1.0%以上，使尾氣溫度升至70 9(TC， 然後以S00 2000h"的空速自下而上進入裝填有改性負載型活性炭的固定床層進行催 化氧化淨化反應，反應過程中固定床層溫度維持70 卯'C，淨化後出口尾氣中P20s 、 P4和P203氣體濃度降至lmg/m3以下時為淨化終點。
3、 負載型活性炭再生失效後的活性炭通熱空氣l~3h，使被吸附但未完全氧化 的物質，如單質磷、P203徹底氧化，然後用水衝洗0.5 2h至中性，以除去磷的氧化物， 鑑於CoSPc活性組分在反應過程中容易流失，則以0.1wt。/。的CoSPc甲醇溶液浸漬活 性炭12h後在95 11(TC下用熱空氣乾燥12h後即可再用，浸漬時溶液與活性炭的質量 比為2 5:1。
本發明具有以下優點和效果本發明提供的負載型活性炭負載了 CoSPc、 012+和 C^+三種活性組分，在對熱法磷酸生產尾氣中P205、 P203、單質磷等氣體進行淨化的 過程中，不僅有吸附作用，還有催化氧化作用，因為CoSPc中鈷離子的價態發生變化， 從而在氧化反應中起到傳遞電子的作用，這就使得CoSPc對分子氧具有活化作用；而 活性組分Ce也能在氧化過程中提供晶格氧。這樣，就使得該改性炭在對P20s的吸附 作用之外，可以氧化淨化脫除P203、單質磷等雜質氣體，因此本發明具有以下優點(l) 淨化效率高；(2)避免了二次汙染問題；(3)活性炭在使用中可再生重複利用。
四

圖l-3是實施例l淨化P20s 、 P203和P4氣體效果圖。
五具體實施例方式
實施例l:將空白活性炭用水洗滌3遍，除去其中的雜質，在100'C溫度條件下幹 燥10小時備用；按液固質量比5:1將活性炭浸入含有1.0wt%CoSPc的摩爾濃度為 0.15mol/L的Cu"(硝酸銅)的水溶液中，於2(TC、 45HZ條件下超聲振蕩30min;然 後置於13(TC溫度條件下乾燥6小時；再於400'C溫度條件下焙燒3小時，即得淨法磷酸尾氣的負載型活性炭。熱法磷酸尾氣通過抽風機以以300~400m3/h的流速進入 氣體預熱裝置，加熱至7(TC，同時補入空氣使尾氣中氧含量在1.0%以上，並以800h" 的空速自下而上經過裝填有150kg改性炭的反應器，反應器為巾0.50mXH1.5m柱狀固 定床反應器。尾氣中P203含量為20 mg/m3， ？205含量為500 mg/m3 ， P4含量為30 mg/m3。淨化後P20s 、 P4和？203氣體濃度均為lmg/m3以下，淨化時間達3000h，總 磷穿透吸附容量為12.5g/kg，淨化效果見圖1-3。
失效後的催化劑通熱空氣2h，使被吸附但未完全氧化的物質，然後用水衝洗2h至 中性，以除去磷的氧化物；之後用0.P/。(wT。)的CoSPc甲醇溶液浸漬活性炭12h後在 100'C下用熱空氣乾燥12h後即可再用，浸漬時溶液與活性炭的質量比為3:1，再生後 活性炭在上述條件下淨化熱法磷酸尾氣，淨化後P20s 、P4和P203氣體濃度均為lmg/m3 以下，淨化時間達2600h，總磷穿透吸附容量為11g/kg。
實施例2:將活性炭用去離子水洗滌3遍，除去其中的雜質，在11(TC溫度條件下 乾燥8小時備用；按4:1的液固質量比將活性炭浸入摩爾濃度均為0.15mol/L的Cu2+
(硝酸銅)和Ce3+ (硝酸鈰)的水溶液中，於25°C、 45HZ條件下超聲振蕩35min; 然後置於12(TC溫度條件下乾燥10小時；再於30(TC溫度條件下焙燒4小時，即得淨 化熱法磷酸生產尾氣的負載型活性炭。熱法磷酸生產尾氣通過抽風機以300~400m3/h 經預熱裝置加熱至80'C,同時補入空氣使尾氣中氧含量為1.2%，並以1300h"的空速 自下而上經過裝填有l卯kg改性炭的反應器，反應器為4)0.4mXH3.1m柱狀固定床反 應器。尾氣中P203含量為25mg/m3， P205含量為600 mg/m3， P4含量為60 mg/m3。淨 化後P20s、 P4和P2Cb氣體濃度均為lmg/n^以下，淨化時間達5000h，總磷穿透吸附 容量為15.1g/kg
實施例3:將活性炭用去離子水洗滌3遍，除去其中的雜質，在11(TC溫度條件下 乾燥6小時備用；按3:1的質量比將活性炭浸入含有0.5%CoSPc的摩爾濃度均為 0.1mol/L的Cu2+ (硫酸銅)ftlCe3+ (硝酸鈰)的水溶液中，於2(TC、 45HZ條件下超 聲振蕩30min;然後置於11(TC溫度條件下乾燥6小時；再於35(TC溫度條件下焙燒3 小時，即得淨化熱法磷酸生產尾氣的負載型活性炭。熱法磷酸生產尾氣通過抽風機以 300~400m3/h經預熱裝置加熱至90°C，同時補入空氣使尾氣中氧含量為1.5%，並以 1800h'1的空速自下而上經過裝填有250kg改性炭的反應器，反應器為d)0.64mXH1.6m 柱狀固定床反應器。尾氣中P203含量為30mg/m3, P205含量為650 mg/m3， P4含量為 50 mg/m3。淨化後P20s、 P4和P203氣體濃度均為lmg/m3以下，淨化時間達8000h， 穿透吸附容量為18.4g/kg。
權利要求
1、一種負載活性炭催化氧化淨化熱法磷酸尾氣的方法，其特徵在於其按以下技術方案實現，1)、改性活性炭的製備把活性炭用水洗滌除去其中的雜質，在90～130℃溫度條件下乾燥4～24小時備用，將備用活性炭浸漬於含有0.1～2.0wt％CoSPc和摩爾濃度為0.05～0.25mol/L的Cu2+混合溶液中，或者浸漬於濃度均為0.05～0.25mol/L的Cu2+和Ce3+的混合溶液中，或者浸漬於這三者的混合溶液中，在15～25℃、45HZ條件下超聲振蕩20～40min，溶液與活性炭按2～5∶1的質量比進行浸漬；將過濾後所得活性炭置於90～130℃溫度條件下乾燥6～24小時，然後將乾燥後的活性炭置於200～450℃溫度條件下焙燒3～6小時，即得改性負載型活性炭；
2、 根據權利要求1所述的負載活性炭催化氧化淨化熱法磷酸尾氣的方法，其特徵 在於所述失效後的改性活性炭進行再生的條件是將失效後的活性炭通熱空氣l 3h， 然後用水衝洗至中性，再以0.1wt。/。的CoSPc甲醇溶液浸漬活性炭12h後在95~110'C 下用熱空氣乾燥12h後即可再用，浸漬時溶液與活性炭的質量比為2~5:1。
全文摘要
本發明涉及一種負載活性炭催化氧化淨化熱法磷酸尾氣的方法，以活性炭為載體，負載磺化酞菁鈷、銅離子、鈰離子活性組分再經乾燥焙燒後即得改性負載型活性炭。將該活性炭作為固定床層對熱法磷酸生產的尾氣進行催化氧化淨化反應，淨化脫除尾氣中的五氧化二磷、三氧化二磷和單質磷等雜質氣體。負載了CoSPc、Cu2+和Ce3+三種活性組分，不僅有吸附作用，還有催化氧化作用，而活性組分鈰也能在氧化過程中提供晶格氧，使得該改性炭在對P2O5的吸附作用之外，可以氧化淨化脫除P2O3、單質磷等雜質氣體。淨化後尾氣中P2O5、P4和P2O3氣體濃度均為1mg/m3以下，改性活性炭淨化時間達2600h以上，總磷穿透吸附容量約為11g/kg以上。
文檔編號B01D53/86GK101507897SQ200910094120
公開日2009年8月19日 申請日期2009年2月24日 優先權日2009年2月24日
發明者平 寧, 雁 師, 王學謙, 明 蔣 申請人:昆明理工大學