一種鈦高溫電解爐專用的尾氣處理系統的製作方法

2023-10-28 07:59:47 5

專利名稱：一種鈦高溫電解爐專用的尾氣處理系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及尾氣處理系統，更具體而言，涉及一種鈦高溫電解爐專用的尾氣處理系統。
背景技術：
鈦及鈦合金具有比重輕、比強度高、高溫下抗蠕變性能好、耐腐蝕等優良性能，在航空航天、冶金、汽車等行業廣泛用於結構材料，同時還可以作為功能材料，如儲氫材料、形狀記憶合金材料等。傳統製備鈦的方法為鎂熱還原法，該方法是先由含鈦的礦物製取四氯化鈦，再用鎂還原四氯化鈦從而製得海綿鈦，最後經過真空自耗電電弧熔煉製成緻密鈦錠， 然後經過軋制、車削等機械手段製成最終產品。現行鎂還原法雖然是比較成熟的工業生產方法，但是由於生產過程存在工藝流程長、工序多、能耗高、不能連續生產等問題，並且所用的金屬還原劑鎂也是由電解得到，因此生產成本高，環境汙染嚴重，限制了鈦的應用。為了解決這一問題，發明人在專利號為ZL200810118616. 3的專利中提出了一種高溫熔鹽電解二氧化鈦製備金屬鈦的方法，該方法是在高溫下以石墨電極為陽極，以二氧化鈦原料為陰極，在氟化鈣熔鹽中進行電解，二氧化鈦被電解還有為液態的鈦，由於密度的差異，鈦沉到最底層，當累積的鈦達到一定的量後，從高溫爐底部出料。由於高溫下氧陰離子擴散速度快，從而加速了脫氧速度，因而該方法電流效率高，電耗低，同時由於產品金屬鈦為液體，可使二氧化鈦電解實現連續化，因此能夠大幅度降低鈦的生產成本，與傳統工藝比較可節能50%，電流效率提高到90%以上。專用於上述高溫熔鹽電解二氧化鈦製備金屬鈦的方法的鈦高溫電解爐採用了全封閉設計，尾氣從出氣口排放，而該尾氣主要包含氟化氫氣體和少量的固體氟化鈣粉塵或者是氟化鈣與氟化鋰的混合粉塵。氟化氫氣體對人體有傷害，並且氟化鈣粉塵也會汙染環
^Mi ο因此，需要一種對尾氣進行處理以使其對人體無害並且不會汙染環境的尾氣處理系統。

發明內容
為了解決上述問題，本發明提供了一種鈦高溫電解爐專用的尾氣處理系統，所述尾氣包含氟化氫氣體和少量的固體氟化鈣粉塵或者是氟化鈣與氟化鋰的混合粉塵，該系統包括除塵器，用於將尾氣中含有的少量固體氟化鈣粉塵或者是氟化鈣與氟化鋰的混合粉塵去除掉；輸氣管，用於輸送尾氣；尾氣控制裝置，用於控制尾氣的流量，其包括安裝在該輸氣管上的壓力表和閥門， 通過該壓力表的指示來調節該閥門以將尾氣的壓力控制在10-100 ；尾氣處理裝置，用於處理尾氣中的氟化氫氣體，該尾氣處理裝置包括尾氣吸收罐、進氣管、出氣管、吸收液進口和廢液排出裝置，其中該尾氣吸收罐由塑料製成並且帶有蓋子，其內部用於盛裝吸收液，該進氣管位於該尾氣吸收罐內部並且在距離底部的5-lOcm 處，該進氣管的下半部分均勻分布有多個直徑為1. 5mm-3mm的小孔，所述輸氣管將所述除塵器與該進氣管連通，該出氣管的一端位於距離該尾氣吸收罐的上部的2-5cm處，另一端穿過所述蓋子伸向外部環境以便向外排出氣體，所述吸收液進口設置在蓋子上，所述廢液排出裝置設置在該尾氣吸收罐的底部以用於排出將要被更換的吸收液、和獲取吸收液樣本以測量吸收液中的氟化鈉含量從而確定是否需要更換吸收液；輸液管，用於輸送吸收液；配料裝置，用於配置吸收液並將該吸收液通過該輸液管泵送到所述吸收罐中，該配料裝置包括帶有蓋子的塑料桶、其內部安裝的泵、以及在蓋子上設置的吸收液出口，其中所述塑料桶內裝有配製好的吸收液，所述輸液管的一端連接到所述吸收液進口，另一端從所述吸收液出口穿過並且連接到所述泵，該輸液管與吸收液出口的周圍被密封，所述泵將該塑料桶內的吸收液經由該輸液管泵送到所述吸收罐內。其中所述吸收液是含量為2% -10%的碳酸鈉溶液或者含量為2-6%的氫氧化鈉溶液。其中所述吸收液是含量為5%的碳酸鈉溶液。其中所述小孔的直徑為2mm。其中所述進氣管的截面積為1520平方毫米，所述小孔的排布方式為將該進氣管展開，小孔以10行乘11列的陣列平行布置，相鄰兩列的間距為10mm，相鄰兩行的間距為 7mm ο其中所述吸收液佔所述尾氣吸收罐的總容積的75%。其中當所述吸收液中的氟化鈉含量達到25_30g/L時更換該吸收液。其中先通過廢液排出裝置排放舊的吸收液，在舊的吸收液高於所述進氣管Icm以上時從配料裝置灌入新的吸收溶液。其中所述舊的吸收液的液面高於所述進氣管5cm。其中所述尾氣吸收罐的內部尺寸長為1000mm，寬為700mm，高位800mm。本發明的尾氣處理系統操作簡單，利於環保，對尾氣中的氟化氫氣體具有很好的吸收效果，吸收率達到99%以上。


圖1是本發明的尾氣吸收系統的示意圖；圖2是本發明的進氣管的示意圖；圖3是本發明的進氣管上設置的小孔排布的示意圖。
具體實施例方式本發明採用溼式淨化法來清除可溶性氣體氟化氫，即採用含量為2% -10%，優先為5%的碳酸鈉溶液來洗滌尾氣，其原理是使Na2CO3與尾氣中的HF起反應，生成碳酸氫鈉和氟化鈉。由於氟化鈉對玻璃有腐蝕，因此需要採用塑料材質的容器和管路組建尾氣處理系統。由於尾氣中還含有少量的固體氟化鈣或者是氟化鈣與氟化鋰的混合粉塵，因此在採用溼式淨化法前先採用除塵器除去尾氣中的固體粉塵，該固體粉塵經過回收後可以重複利用。當然，也可以採用其它溶液來洗滌尾氣，例如含量為2-6%的氫氧化鈉溶液。如圖1所示，本發明的尾氣處理系統包括除塵器、輸氣管、尾氣控制裝置、尾氣處理裝置、輸液管和配料裝置。從高溫電解爐排出來的尾氣，先通過除塵器1，將尾氣中含有的少量固體氟化鈣粉塵或者是氟化鈣與氟化鋰的混合粉塵去除掉，被吸收的粉塵可以回收再利用。所述除塵器可以採用市場銷售的任意除塵器。輸氣管用於輸送尾氣，其連接除塵器與尾氣處理裝置。尾氣控制裝置包括安裝在輸氣管上的壓力表2和閥門3。通過控制閥門3來調節尾氣的輸出量。壓力表2的作用是測量尾氣壓力。根據壓力表的指示來調節閥門3以控制輸氣管的尾氣流量。如果尾氣壓力過大，則表明尾氣流量過大，會造成氟化氫氣體吸收效率低，此時需要調低輸氣管的尾氣流量；如果尾氣壓力太小，則需要調高輸氣管的尾氣流量。 壓力表2的範圍在0-200Pa，通常需要將尾氣壓力控制在10-1001^。可選的，可以在尾氣控制裝置上設置尾氣取樣口 4，用於檢測吸收前尾氣中的氟化氫氣體含量，其可以與從下面的淨氣取樣口 8檢測的氟化氫氣體含量相比較，從而知道本發明的尾氣處理系統對氟化氫氣體的吸收效率。尾氣取樣口 4處有一個閥門，取樣時打開閥門，取樣完成後關閉閥門。尾氣中的粉塵通過除塵器後一般不會超標；如果尾氣中的粉塵超標，可以在吸收罐5內沉積下來。尾氣處理裝置主要包括尾氣吸收罐5、進氣管6、出氣管7、吸收液進口 9和廢液排出裝置10。吸收罐5可以為方形、圓柱體形、六稜形等，還可以為其它形狀，這裡不再贅述。 為了防止氟化物的腐蝕，該吸收罐5由塑料製成，特別是由PVC製成。該吸收罐5上有個蓋子，該蓋子以可拆卸的方式並且優選以具有非常良好的氣密性的方式蓋在吸收罐上，這樣既可防止氣體從密封處洩漏，又可以在尾氣處理系統不工作時卸下以清洗吸收罐。輸氣管的一端連接除塵器，另一端從距離吸收罐5的底部為5-lOcm處進入到罐的內部，該輸氣管與罐的結合是密封的，這裡將罐內部的輸氣管稱為進氣管6，其截面積優選為1520平方毫米，其長度根據技術要求來確定，最大長度是與吸收罐的長度相同，換句話說該進氣管6的伸入端可以到罐的相對內牆上，如圖1所示。進氣管6的下半部分均勻分布有多個直徑為例如1. 5mm-3mm的小孔，優選為2mm，均勻分布的孔徑的目的是儘可能地使氣體進入溶液的氣泡變小，增加與作為吸收液的碳酸鈉溶液或氫氧化鈉溶液接觸的面積和時間，以求達到更好的吸收效果，根據實驗結果，該吸收率達可以到99%以上。這裡簡單介紹進氣管6上的小孔排布情況。通常該進氣管為圓管，如果將該圓管展開，直徑為2mm的小孔以10行乘11 列的陣列平行布置，相鄰兩列的間距為10mm，相鄰兩行的間距為7mm，一共810個小孔，如圖 2和3示意性示出的那樣。以進氣管的截面積為1520平方毫米為例，該810個小孔的面積總和為2545平方毫米，遠大於進氣管的截面積，有利於尾氣排出。小孔均布置在管的下半部，目的是有利於尾氣中的雜質通過小孔排出。如果進氣管6在罐內的長度為1000mm，則810個小孔均勻分布在進入管6中心部的800mm範圍內。通常，從除塵器出來的尾氣中還會有極少量的粉塵隨尾氣進入到進氣管中，如果在進氣管6的上半部分開孔，由於CaF2不易溶於水，在長期使用過程中就會在進氣管內沉積造成堵塞該進氣管。因此在進氣管的下半部分開孔，可以使CaF2從小孔落下並沉積在吸收罐5中。為了清洗方便，進氣管6與吸收罐5為可拆卸式連接。所述出氣管7的一端位於距離該尾氣吸收罐的上部的2-5cm處，另一端穿過所述蓋子伸向外部環境以便向外排出氣體。可選的，還可以在吸收罐5的蓋子部分設置淨氣取樣口 8，用於對被淨化後的氣體取樣以檢測尾氣中的氟化氫氣體含量。經檢測，淨化後的尾氣中的氟化氫氣體含量已降低到0. lmg/m3以下，氟化氫的去除效率達到99%以上，尾氣中氟化氫氣體的含量達到國家排放標準，從出氣管7排出的氣體可以直接排入大氣中。吸收罐5的蓋子部分設有吸收液進口 9，輸液管將其與配料罐13的吸收液出口 14 連通。在吸收罐5的底部設置廢液排出裝置10，其作用是一、排出將要被更換的吸收液； 二、獲取吸收液樣本以測量吸收液中的氟化鈉含量，從而確定是否需要更換吸收液。該廢液排出裝置是類似水龍頭的裝置。由於廢液排出裝置10的出口內徑通常比較大，可選的，還可以在吸收罐5的底部設置廢液取樣裝置11，其目的也是獲取吸收液樣本以測量吸收液中的氟化鈉含量，從而確定是否需要更換吸收液。同樣，該廢液取樣裝置11是類似水龍頭的裝置，但是通常選擇該廢液取樣裝置11的出口內徑為較小值，以方便獲取吸收液樣本。這裡不對廢液排出裝置和廢液取樣裝置的出口內徑做任何限制，只要能夠實現本發明的目的即可。輸液管用於輸送吸收液。配料裝置包括帶有蓋子的塑料桶12，其內部安裝的泵15。在該蓋子上設有吸收液出口 14。輸液管的一端連接到吸收罐5的吸收液進口 9，另一端經由該吸收液出口 14 連接到泵15。優選的，輸液管與吸收液出口 14的周圍是密封的，即輸液管的外壁與吸收液出口之間無縫隙。在配料裝置中配製碳酸鈉溶液，先往塑料桶12中加入定量的水，按一定比例在配料裝置加入碳酸鈉粉或氫氧化鈉粉。在本發明中，碳酸鈉溶液中的碳酸鈉含量為 2% -10%，優先5%，當然也可以採用其它比例，例如3%、4%、6%、7%、8%或9%。配好的碳酸鈉溶液通過泵15經由輸液管被輸送到吸收罐5中。可選的，可以在塑料桶12的蓋子上設置進水管13，從該進水管13往桶12中加水。泵15在這裡有兩個主要功能一是使桶內液體循環流動以達到攪拌均勻的目的； 二是將桶內的吸收液經過輸液管泵送到吸收罐5內，即將配製好的吸收液通過輸液管泵送到吸收罐5內。尾氣處理過程從高溫電解爐排出來的尾氣，先通過除塵器1，把尾氣中還含有的少量固體氟化鈣等粉塵除去，除塵後的尾氣通過輸氣管進入進氣管6，並且從該進氣管6上的小孔進入吸收罐5內的作為吸收液的碳酸鈉溶液，該尾氣中含有的氟化氫氣體與碳酸鈉溶液發生反應， 生成碳酸氫鈉和氟化鈉。碳酸鈉溶液(即吸收液)一般佔吸收罐的總容積的約75%為最佳值。從淨氣取樣口 8提取樣本，經檢測後可以知道，經過本發明的淨化過程之後的尾氣中的氟化氫氣體含量已降低到0. lmg/m3以下，氟化氫氣體的去除效率達到99%以上，尾氣中氟化氫氣體的含量達到國家排放標準，從吸收罐中排出的氣體可以直接排入大氣中。經過大量實驗證明，當吸收液(即碳酸鈉溶液)中的氟化鈉含量小於25-30g/L時，可以保證此時經淨化後排出的尾氣中的氟化氫氣體含量小於0. lmg/m3，完全符合國家排放標準。吸收罐5內的溶液濃度可以通過廢液排出裝置10或廢液取樣裝置11來取樣分析，如果其中的氟化鈉含量達到25-30g/L，此時需要更換吸收液。可以通過廢液排出裝置10人工排放吸收罐5內的溶液，先使其降至進氣管6以上的大約l-5cm液面處，即高於進氣管Icm以上，這時啟動配料裝置將新的吸收液通過輸液管灌入吸收罐5內。一般情況，灌入的速度應大於排出的速度，但是本發明不對具體速度值做出任何限定。根據實驗得出，只要保證吸收罐內的液面位置高於進氣管Icm以上即可，這是因為吸收液的更換時間很快，不會造成對氟化氫氣體的吸收不完全。在本發明中，吸收罐的內部尺寸為長X寬X高=IOOOmmX 700mmX 800mm，液面高度為600mm，罐的總容積為0. 56立方米，液體容積為0. 42立方米。排出的溶液可以送至冰晶石合成槽，與鋁酸鈉溶液起作用，合成冰晶石，這裡不再贅述。尾氣經過本發明的尾氣吸收系統，其中的氟化物含量小於0. lmg/m3，完全符合國家排放標準，而且本發明的尾氣處理系統操作簡單，利於環保。
權利要求
1.一種鈦高溫電解爐專用的尾氣處理系統，所述尾氣包含氟化氫氣體和少量的固體氟化鈣粉塵或者是氟化鈣與氟化鋰的混合粉塵，該系統包括除塵器，用於將尾氣中含有的少量固體氟化鈣粉塵或者是氟化鈣與氟化鋰的混合粉塵去除掉；輸氣管，用於輸送尾氣；尾氣控制裝置，用於控制尾氣的流量，其包括安裝在該輸氣管上的壓力表和閥門，通過該壓力表的指示來調節該閥門以將尾氣的壓力控制在10-100 尾氣處理裝置，用於處理尾氣中的氟化氫氣體，該尾氣處理裝置包括尾氣吸收罐、進氣管、出氣管、吸收液進口和廢液排出裝置，其中該尾氣吸收罐由塑料製成並且帶有蓋子， 其內部用於盛裝吸收液，該進氣管位於該尾氣吸收罐內部並且在距離底部的5-lOcm處，該進氣管的下半部分均勻分布有多個直徑為1. 5mm-3mm的小孔，所述輸氣管將所述除塵器與該進氣管連通，該出氣管的一端位於距離該尾氣吸收罐的上部的2-5cm處，另一端穿過所述蓋子伸向外部環境以便向外排出氣體，所述吸收液進口設置在蓋子上，所述廢液排出裝置設置在該尾氣吸收罐的底部以用於排出將要被更換的吸收液、和獲取吸收液樣本以測量吸收液中的氟化鈉含量從而確定是否需要更換吸收液；輸液管，用於輸送吸收液；配料裝置，用於配置吸收液並將該吸收液通過該輸液管泵送到所述吸收罐中，該配料裝置包括帶有蓋子的塑料桶、其內部安裝的泵、以及在蓋子上設置的吸收液出口，其中所述塑料桶內裝有配製好的吸收液，所述輸液管的一端連接到所述吸收液進口，另一端從所述吸收液出口穿過並且連接到所述泵，該輸液管與吸收液出口的周圍被密封，所述泵將該塑料桶內的吸收液經由該輸液管泵送到所述吸收罐內。
2.根據權利要求1的尾氣處理系統，其中所述吸收液是含量為2%-10%的碳酸鈉溶液或者含量為2-6%的氫氧化鈉溶液。
3.根據權利要求2的尾氣處理系統，其中所述吸收液是含量為5%的碳酸鈉溶液。
4.根據權利要求1的尾氣處理系統，其中所述小孔的直徑為2mm。
5.根據權利要求4的尾氣處理系統，其中所述進氣管的截面積為1520平方毫米，所述小孔的排布方式為將該進氣管展開，小孔以10行乘11列的陣列平行布置，相鄰兩列的間距為10mm，相鄰兩行的間距為7mm。
6.根據權利要求1的尾氣處理系統，其中所述吸收液佔所述尾氣吸收罐的總容積的 75%。
7.根據權利要求2或3的尾氣處理系統，其中當所述吸收液中的氟化鈉含量達到 25-30g/L時更換該吸收液。
8.根據權利要求7的尾氣處理系統，其中先通過廢液排出裝置排放舊的吸收液，在舊的吸收液高於所述進氣管Icm以上時從配料裝置灌入新的吸收溶液。
9.根據權利要求8的尾氣處理系統，其中所述舊的吸收液的液面高於所述進氣管5cm。
10.根據權利要求1-9之一的尾氣處理系統，其中所述尾氣吸收罐的內部尺寸長為 1000mm,寬為 700mm，高位 800mm。
全文摘要
本發明涉及一種鈦高溫電解爐專用的尾氣處理系統，所述尾氣包含氟化氫氣體和少量的固體氟化鈣粉塵或者是氟化鈣與氟化鋰的混合粉塵，該系統除塵器、輸氣管、尾氣控制裝置、尾氣處理裝置、輸液管和配料裝置，其中除塵器用於將尾氣中含有的少量固體氟化鈣粉塵或者是氟化鈣與氟化鋰的混合粉塵去除掉；輸氣管用於將尾氣輸送到尾氣處理裝置；尾氣控制裝置用於控制尾氣的流量；尾氣處理裝置用於處理尾氣中的氟化氫氣體以使其分解為無害物質；輸液管用於輸送吸收液到尾氣處理裝置；配料裝置用於配置吸收液並將該吸收液通過輸液管泵送到所述尾氣處理裝置中。
文檔編號B01D53/78GK102294170SQ20111017819
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月29日 優先權日2011年6月29日
發明者劉美鳳, 曹志新, 賈文成 申請人:寶納資源控股(集團)有限公司