автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.01, диссертация на тему:Применение сульфатов меди и железа для очистки печного газа фосфорного производства

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ СТАДИЙ ОЧИСТКИ

ГАЗОВ ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛТОГО ФОСФОРА

1.1. Формирование газопылевых выбросов при получении фосфора в руднотермической печи

1.2. Методы очистки газов фосфорного производства

1.2.1. Очистка газов от фосфина

1.2.2. Очистка газов от фосфора

1.2.3. Очистка от окислов фосфора

1.2.4. Очистка от фтористых соединений

1.2.5. Очистка от сероводорода.

1.2.6. Очистка печного газа

1.3. Возможные применения фосфида меди

1.4. Аппаратурное оформление процесса очистки печного газа

1.5. Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ ОЧИСТКИ ПЕЧНОГО ГАЗА

РАСТВОРАМИ СУЛЬФАТОВ МЕДИ (П) И ЖЕЛЕЗА (Ш)

2.1. Основные теории хемосорбции

2.2. Методы расчета абсорбционной аппаратуры

2.3. Методика определения показателей абсорбции компонентов при исследовании очистки печного газа в аппарате КН.

2.4. Анализ химизма взаимодействия фосфина и сероводорода с растворами сульфатов меди и железа.

2.4.1. Прогноз степени очистки от сероводорода

2.4.1. Абсорбция фосфина.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ФОСФИНА, СЕРОВОДОРОДА, ФОСФОРА И ОКСВДА ФОСФОРА (У) С РАСТВОРАМИ СУЛЬФАТА МВДИ (П) И ЖЕЛЕЗА (III).

3.1. Характеристика исследуемых систем.

3.2. Лабораторная установка для поглощения фосфина и сероводорода.

3.3. Лабораторная установка для поглощения фосфора и оксида фосфора (У).

3.4. Методы анализа газов, жидкостей и твердых веществ

3.5. Метод расчета показателей абсорбции.

3.6. Экспериментальные зависимости.

3.6.1. Влияние времени работы поглотительного раствора на степень абсорбции фосфина, сероводорода, фосфора и оксида фосфора (У).

3.6.2. Влияние концентрации иона меди (П) на степень абсорбции фосфина, сероводорода, фосфора и оксида фосфора (У)

3.6.3. Влияние концентрации иона железа (Ш) на степень абсорбции фосфина, сероводорода, фосфора и оксида фосфора (У).

3.6.4. Зависимость степени абсорбции примесей от времени контактирования.

3.6.5. Влияние температуры на состав осадка и степень абсорбции фосфина и сероводорода.

3.7. Итоги экспериментального исследования процесса абсорбции примесей печного газа .ИЗ

ГЛАВА 4. ЗАВОДСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ГАЗОВ

ФОСФОРНЫХ ПЕЧЕЙ'.

4.1. Описание опытно-промышленной установки.

4.2. Результаты испытаний.

ГЛАВА 5. ОБОСНОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ СХЕМЫ ОЧИСТКИ ПЕЧНОГО

ГАЗА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИССЛЕДОВАНИЯ.

5.1. Обоснование технологической схемы очистки печного газа.

5.2. Расчет расхода реагентов и выход продуктов реакции.

В нашей стране в соответствии с Конституцией СССР принимаются необходимые меры для сохранения чистоты воздуха, почв, природных вод, лесов.

В постановлении ХХУ1 съезда КПСС "Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года" принято решение ". Совершенствовать технологические процессы и транспортные средства с целью сокращения выбросов вредных веществ в окружающую среду и улучшения очистки отходящих газов от вредных примесей, увеличить выпуск высокоэффективных газопылеулавливающих аппаратов.[I] .

В ноябре 1979 года в Женеве состоялось совещание 34 европейских государств, США и Канады по сотрудничеству в области охраны окружающей среды, развитию транспорта и энергетики. Совещание приняло Конвенцию о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния, резолюцию по этому вопросу, Декларацию о малоотходной и безотходной технологии и использовании отходов. С обоснованием целесообразности работ, направленных на использование отходов и экономию природных ресурсов, предотвращения загрязнения природной среды и ущерба, вызываемого такими загрязнениями, неоднократно выступали академики И.В.Петрянов-Соколов, Н.Н.Семенов и другие.

Следует также отметить, что семинар Европейской экономической комиссии ООН (Париж 1976 г.) определил безотходную технологию как практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы в рамках потребностей человека обеспечить наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии и защитить окружающую среду. Получение фосфора является одним из примеров химического производства, рациональное и необходимое развитие которого невозможно без современной системы очистки и утилизации отходов.

В настоящее время, когда партия и правительство принимают меры к ускоренному развитию фосфорной промышленности, основной базой которой являются фосфорные заводы Казахстана, необходимо преодолеть трудности, испытываемые предприятиями в связи со значительным несовершенством системы очистки газопылевых выбросов фосфорного производства. Это несовершенство приводит к целому комплексу отрицательных явлений, среди которых важнейшими являются - прямые потери ценных веществ, эксплуатационные загрязнения, нежелательные экологические и социальные последствия.

Поиски путей улучшения систем очистки газопылевых выбросов фосфорного производства ведутся многими организациями, в частности институтами ЛТИ им. Ленсовета, ЛенНИИГипрохим, КазНИИГипрофосфор, КазХТИ. В ряде этих работ важное значение имеет разработка процессов комплексной очистки печного газа от вредных примесей (фосфора, фосфина, сероводорода и др.) в высокоэффективных аппаратах трехфазного пенного слоя с колеблющейся насадкой (КН), которые нормально функционируют при выделении соединений, образующихся в результате очистки в твердом виде.

Так как печной газ состоит более чем на 85$ из окиси углерода его очистка открывает возможность его использования для химических синтезов, или же как топлива, что в свою очередь приведет к снижению энергозатрат на производство фосфора. Использование очищенного печного газа при нынешнем объеме производства фосфора позволит сэкономить 500 тысяч тонн условного топлива в год [2] .

Таким образом разработка эффективной очистки печного газа от вредных примесей является важной задачей на пути создания безотходной энергосберегающей технологии фосфора и его соединений.

1. Основные направления экономического и социального развития СССР на 1.8I-I985 годы и на период до 1990 года. М. Политиздат, 1981.

2. Горючие, тепловые отходы и энергокомбинирование в фосфорной промышленности. М. ОКБЭТхим, 1970, с.80.

3. Технология фосфора. Под ред. В.А.Ершова и В.Н.Белова, Л., Химия, 1979, 336 с.

4. Ершов В.А. Исследования в области химической электротермии. Труды ЛенНИИГИПРОХИМ, 1970, с.118.

5. Электротермическая переработка фосфоритов Каратау. Под ред. В.А.Ершова, Л., Труды ЛенШИГИПРОХИМ, вып.5, 1982, с.200.

6. Патрушев Д.А. В кн.: Элементарный фосфор и продукты его переработки. Труды УНИХИМ, вып.19, 1970, с.60.

7. Очистка газов в производстве фосфора и фосфорных удобрений. Под ред. Э.Я.Тарата. Л., Химия, 1979, с.207.

8. Ершов В.А., Поборцев М.Э., Качалова Е.А. и др. В кн.: Исследования в области химической электротермии. Труды ЛенНИИГИПРОХШЛ, вып.1, 1967, с.24, вып.6, 1972, с.53.

9. Амелин Е.С., Патрушев Д.А. Труды УНИХИМ, вып.Х1Х, Л., Химия, 1970, с.73Ю.Патрушев Д.А., Амелин Н.С., Сачко А.П. В кн.: Элементарный фосфор и продукты его переработки. Труды УНИХИМ, вып.19, 1970, с.21.П.Ван Везер. Фосфор и его соединения. М.И. Л., 1962,

10. Панова М.И., Серебрякова М.А., Патрушев Д.А. В кн.: Элементарный фосфор и продукты его переработки. Труды УНИХИМ, вып.19, 1970, с.137.- 141

11. Постников H.H. Журнал прикладной химии, т.33, № I, i960, с.65.

12. Ермаков В.Ф. Исследование преобразования при электротермической переработке фосфоритов бассейна Каратау.Кандидатская дисс.Л.,1980.185 с.

13. МопШ С. i tiecizoc^emccot ¿njineezing-To%anio ^onofor?J J96 о. p.ses.

14. Ермаков В.Ф., Харламова И.Н., Вильк Ю.Н. В кн.: Исследованияв области химической электротермии. Труды ЛенНИИГИПРОХИМ, вып.6, 1972, с.49.

15. Смирнова H.A. Исследование процессов образования гидридов фосфора в производстве желтого фосфора. Кандидатская диссертация, Л., 1971

16. Позин М.Е. Технология минеральных солей. Л., Химия, т.П, 1970.

17. Состав газопылевых выбросов узла при сливе. В кн.: Фосфорная промышленность. Вып.2(22), 1976, с.24.

18. Постников H.H. Термическая фосфорная кислота. М., Химия, 1970, с. I2S.

19. Воробьев О.Г., Штелле P.C., Гальперина С.Я. Исследования пыле-газовых потоков при агломерации фосфоритов Каратау. В кн.: Очистка и утилизация газопылевых выбросов в фосфорной промышленности. Л., ЛТИ и АНГХ, 1976, с.5.

20. Воробьев О.Г., Ханин В.А., Штелле P.C. Исследования газовыделения при переработке шлаков фосфорных печей. -В кн.: Очистка и"утилизация газопылевых выбросов в фосфорной промышленности. Л., ЛТИ и ЛНГХ, 1975, с.13.

21. Серманизов С.С. Исследование кинетики массообмена в аппаратах со взвешенной орошаемой шаровой насадкой (применительно к очистке отходящих газов производств фосфора и фосфорных удобрений). Кандидатская диссертация. Л., ЛТИ им.Ленсовета, 1975.

22. Лелюк В.П., Коверя В.М., Додоенко В.И. Методы очистки вредных выбросов фосфорного производства. В кн.: Очистка и утилизация газопылевых выбросов в фосфорной промышленности. Л., ЛТИ и ЛНГХ, 1975, с.37.

23. Вредные вещества в промышленности. М., Химия, т.2, 1969, с.152-154.

24. Коверя В.И., Лелюк В.П., Доденко В.И., Лынчак К.А., Эффективность очистки газов от фосфорного водорода различными сорбентами. В кн.: Получение, свойства и применение фосфоритов. Киев, Наукова думка, 1977, с.90.

25. Лынчак К.А., Черногоренко В.Б., Коверя В.М. Взаимодействия фос-фина с солями меди. В кн.: Получение, свойства и применение фосфидов. Киев, Наукова думка, 1977, с.93-96.

26. Черногоренко В.Б. Получение фосфида меди и других продуктов из отходов производства элементарного фосфора. В кн.: Химия и технология фосфидов и фосфорсодержащих сплавов. Киев, АН УССР, 1979, с.56

27. Миллер С.А. Ацетилен, его свойства, получение и применение. Л., Химия, 1965, с.308-312.

28. А.С. 521916 (СССР). Состав для очистки газов, наприер, ацетилена от фосфина (Дорфман Я.А., Протопопова Г.Д., Сулиева Х.Т.) Опублик. в Б.И., № 27, 1976

29. А.С. 521915 (СССР). Окислительный раствор для очистки газов, например, ацетилена от фосфина (Дорфман Я.А., Полимбетова Г.С., Соловьева Л.С.). Опубл. в Б.И., № 27, 1976

30. А.С. 474348 (СССР). Раствор для очистки газов (Дорфман Я.А., Протопопова Г.Д.). Опубл. в Б.И., № 23, 1975

31. А.С. 618123 (СССР). Раствор для очистки ацетилена от примесей фосфина и сульфата при их совместном присутствии в газе.- 143 -Опубл. в Б.И., № 29, 1978.

32. А.С. 6I8I24 (СССР). Раствор для очистки ацетилена от примесей фосфина и сульфата при их совместном присутствии в газе (сокольский Д.В., Дорфман Я.А., Унегенова Г.С.). Опубл. в Б.И., № 29, 1978.

33. А.С. 6I83I2 (СССР). Раствор для очистки газа от фосфина. Опубл. в Б.И., 1988.

34. Химическая энциклопедия, т.5, 1967, с.489.

35. Моргунова Э.М., Авербух Т.Д. Журнал прикладной химии, № 2, 1967, с.274.

36. Стержнев И.В., Моргунова Э.М., Габова Е.Л. Журнал прикладной химии, № 5, 1963, с.953.

37. Постников H.H. Термическая фосфорная кислота. М., Химия, 1970, с.45.

38. Ваггаман А., Истервуд Г. Фосфорная кислота, фосфаты и фосфорные удобрения. Перевод с англ. М., Госхимиздат, 1957.

39. Исламов И.Ш. Печи химической промышленности. Л., Химия, 1969.

40. Позин М.Е., Мухленов И.П., Тарат Э.Я. Труды Ленинградского технологического института им.Ленсовета. Госхимиздат, вып.26, 1953.

41. Позин М.Е., Мухленов И.П., Тарат Э.Я. Пенные очистители, теплообменники и скрубберы. М., Госхимиздат, 1959.

42. Романовский Ю.Б., Кончик В.М., Горчакова М.С. Массообменные процессы химической технологии. М., Химия, 1968.

43. Терновская А.Н., Малец A.M., Васильев Б.Т. Техническая информация НИУИФ. М., вып.6, I960.

44. Богусловский И.М., Рамм В.М., Матрозов В.П. В кн.: Сообщения о научно-технических работах, обмен опытом. М., Госхимиздат,6.7, 1958, с.10.

45. Богусловский И.М., Рамм В.М. В кн.: Сообщения о научно-технических работах. Обмен опытом. М., Госхимиздат, № 6-7, 1958,с.41.

46. Шварцштейн Я.В., Рамм В.М. В кн.: Сообщения о научно-технических работах. Обмен опытом. М., Госхимиздат, № 6-7, 1958, с.55.

47. Рамм В.М., Чагина З.В., Ревазов Е.К. В кн.: Исследование пестицидов, солей. М., Наука, 1966, с.225.

48. Терновская А.Н., Ревазов Е.К., Кольцова E.H. В кн.: Исследование по химии и технологии удобрений, пестицидов, солей. М., Наука, 1966, с.218.

49. Коуль A.C., Резенфельд Ф.С. Очистка газа. Перевод с англ., Недра, 1968.

50. Литвиненко М.С. Скорость абсорбции сероводорода водными растворами карбоната натрия или калия. Журнал прикладной химии, т.ХХУ, № 7, 1952, с.696-717.

51. Егоров H.H., Дмитриев М.М., Зыков Д.Д., Бродский Ю.Н. Очистка от серы коксовального и других горючих газов. М., Металлург-издат, i960.

52. Литвиненко М.С. Очистка коксовального газа от сероводорода. М., Металлургиздат, 1959.

53. Голенд Г.Ф. Очистка вентиляционных выбросов от сероводорода. И., ГосИНТИ, 1965.

54. Балтабаев Л.Ш. Исследование процессов очистки отходящих газов фосфорного производства в аппаратах с подвижной насадкой. Кандидатская диссертация, Л., 1973.

55. Сапьян В.Г., Черногоренко В.Б. В кн.: Химия и технология фосфидов и фосфорсодержащих сплавов. Киев, 1979, с.63-70.

56. Жаворонков Н.М. Современная химическая технология и ее задачи.Теоретические основы химической технологии, № 3, 1975, с.355.

57. Мамосов В.А. Основные проблемы в области процессов разделения смесей. Теоретические основы химической технологии, № б, 1972. с.817.

58. Тарат Э.Я., Мухленов И.П., Туболкин А.Ф. и др. Пенный режим и пенные аппараты для очистки газов жидкостями. Л., Химия, 1977, с.303.

59. Тарат Э.Я., Балабеков О.С., Болгов Н.К. и др. Интенсивные колонные аппараты для очистки газов жидкостями. Под ред. Э.Я.ТаIрата. Л., Изд. ЛГУ им.А.А.Жданова, 1976, с.244.

60. Позин M.E. Теория хемосорбции. I. 0 механизме и кенетике хемо-сорбции при больших скоростях реакций. Журнал прикладной химии, т.XIX, № 10-11, 1946, с.1201.65. Üccjiize, Тгоп5 Jfm.Xnst. С hem. inj, V3J, p.36f

61. ДOnctcwezct Ру., Tzor?S iotoc/qy Scoa, V.46, /Äfc? р.ъоо

62. Кишиневский М.Х., Памфилов A.B. 0 кинетике абсорбции. Журналприкладной химии, т.ХХП, № II, 1949, с.1173.

63. Кишиневский М.Х., Памфилов A.B. Абсорбция двуокиси углерода растворами едкого и углекислого натрия в условиях интенсивного перемешивания. Журнал прикладной химии, т.ХХП, № II, 1949,с.1183.

64. Кишиневский М.Х. Журнал прикладной химии, т.ХХУП, № 4, 1954, с.450.

65. R.er?/7ie Cf; CJaoSl, 6rit, cfizm. ¿пулу, Шг, vi, pm

66. Родионов А.И., Кашников A.M., Ульянов Б.А. В сб.: Массооб-менные процессы химической технологии, вып.1, 1965, с.34.

67. Родионов А.И., Ульянов Б.А., Винтер A.A., Перочинская М.Б. Определение межфазной поверхности в процессе абсорбции растворами МаОН различными методами. Труды МХТИ им.Д.И.Менделеева. М., вып.60, 1969, с.169.

68. Ульянов Б.А. Автореферат кандидатской диссертации. МХТИ им. Д.И.Менделеева. М., 1968.

69. Родионов А.И., Ульянов Б.А. Определение поверхности контакта фаз на барботажных тарелках методом деполяризации света. Труды МХТИ им.Д.И.Менделеева. М., вып.56, 1967, с.95.

70. Радиновский В.М. Межфазная поверхность тепло и массообиен на провальных дырчатых тарелках. МХТИ им.Д.И.Менделеева, М., 1965, с .85.

71. Беспалов A.B. Исследование гидродинамики абсорберов с подвижной шаровой насадкой. Кандидатская диссертация. МХТИ им.Д.И.Менделеева, М., 1971.

72. Родионов А.И., Зеньков В.В. Определение поверхности контакта фаз при окислении растворов сульфата натрия кислородом воздуха в колонне с провальной тарелкой. Изв.ВУЗов СССР, Химия и химическая технология, т.ХШ, № 12, 1970, с.1805.

73. Убайдуллаев А.К. Исследование гидродинамики и массоотдачи в абсорбере с псевдоожиженной насадкой различной конфигурации. Автореферат кандидатской диссертации. Ташкент, ТашПИ, 1971.

74. Хоблер Т. Массоотдача и абсорбция. М., Химия, 1964.

75. Позин М.Е. Тепло- и массопередача при перекрестном токе. Журнал прикладной химии, т.ХХУ, № 10, 1952, с.1032.

76. Позин М.Е. Коэффициент полезного действия химических аппаратов как функция скорости материальных потоков и коэффициента скорости химических, диффузионных и тепловых процессов. Журнал прикладной химии, т.XXIX, № 9, 1956, с.1336.

77. Тарат Э.Я. Очистки газов при интенсивном режиме. Докторская диссертация. Л., ЛТИ им.Ленсовета, 1965, с.390.

78. Позин М.Е., Мухленов И.П., Тарат Э.Я. К вопросу об улавливании пыли и газов пенными способами. Журнал прикладной химии, т.XXX, № 2, 1957, с.293.

79. Позин М.Е., Мухленов И.П., ^умаркина Е.С., Тарат Э.Я. Пенный способ обработки газов и жидкостей. Л., Госхимиздат, 1953.

80. Рамм В.М. Абсорбционные процессы в химической промышленности.

81. Левеншпиль 0. Инженерное оформление химических процессов. М., Химия, 1969, 621 с.

82. Крешков А.П. Основы аналитической химии. Теоретические основы. Качественный анализ. М., Химия, 1970, 471 с.

83. Ван Везер. Фосфор и его соединения. М. ИЛ., 1962

84. Карякин Ю.В. Химические чистые вещества. М., "Химия", 1973, 407 с.

85. Руководство по анализу в производстве фосфора, фосфорной кислоты и удобрений. Под ред. И.Б.Мойжес. Л., Химия, 1973.

86. Блох Л.С. Практическая номография. М., Высшая школа, 1971, 328 с.

87. Зинюк Р.Ю., Балыков А.Г., Гавриленко И.Б., Шевяков A.M. ИК-спектроскопия в технологии неорганических веществ. Изд.Л., "Химия", 1983, 247 с.