宁平教授团队：黄磷尾气净化及资源化利用技术

蓝天净土 绿水青山

黄磷是一种极为重要的战略性基础工业原料，涉及国民经济16个领域，60多个部门。我国磷矿资源丰富，是最大的黄磷生产国，产量占世界80%。工业黄磷只能通过热法生产，每生产一吨黄磷，产生3000标准立方米黄磷尾气，其中CO含量高达90%。CO是一碳化工的重要原料，也是典型的温室气体，但黄磷尾气由于缺乏深度净化技术，近百年来无法资源化利用，含高浓度CO的黄磷尾气长期“点天灯”排放，造成严重的资源浪费、大量的温室气体排放和严重的大气污染。

黄磷尾气中含有元素磷、PH3、H2S、COS、CS2、HCN等有毒有害气体，深度净化困难，严重制约了黄磷尾气的资源化利用。2019年生态环境部开展长江“三磷”（ 磷矿、磷化工企业、磷石膏库）专项整治行动，要求黄磷企业排放的黄磷尾气必须资源化利用，给黄磷行业提出了更高的环保要求。

昆明理工大学宁平带领的“工业废气净化及资源化利用”创新团队长期从事冶金化工废气净化及资源化利用研究，对以黄磷尾气为代表的典型矿热冶炼废气的净化及资源化利用方法、关键技术、装置设备进行了全面系统的开发，通过基础研究、小试、中试试验到工程放大，丰富了含高浓度CO矿热炉气净化及资源化利用理论体系，攻克了黄磷尾气为代表的矿热炉气中多杂质深度净化及高值资源化利用关键技术难题，形成了矿热炉气深度净化及资源化利用系列技术，黄磷尾气净化及资源化关键技术实现产业化应用，成果荣获2014年国家技术发明二等奖。宁平教授主编出版的《黄磷尾气净化及资源化利用技术》（宁平, 殷梁淘. 北京:科学出版社，2021.02），对矿热炉气高值资源化利用具有指导意义。

黄磷尾气净化及资源化利用技术

宁平，殷梁淘 著

北京：科学出版社，2021.2

(大气污染控制技术与策略丛书)

“十三五”国家重点出版物出版规划项目

ISBN 978-7-03-060547-4

责任编辑：刘冉

《黄磷尾气净化及资源化利用技术》全面介绍了黄磷尾气的产生、特性、热力学参数等基础数据，黄磷尾气除尘、脱硫、脱磷等深度净化技术，黄磷尾气制氢、合成氨、制甲醇技术；总结了黄磷尾气净化及资源化工艺设备的运行特点，净化系统的调试和运行技术；收集了黄磷尾气净化过程的基本操作数据以及操作方法；列举了黄磷尾气大型装置的设计数据。本书内容提供给黄磷行业、城市煤气、化工合成气、工业废气及其相关行业从事气体净化及资源化的设计技术人员、工程技术人员及生产管理人员阅读和参考。

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本书目录

目录
丛书序
前言
第1章 概论 1
1.1 黄磷尾气概述 1
1.1.1 黄磷尾气的定义 1
1.1.2 黄磷尾气研究现状和发展趋势 1
1.1.3 黄磷尾气净化的必要性 3
1.2 黄磷尾气的产生 4
1.2.1 黄磷生产的原料 4
1.2.2 电炉法黄磷生产原理 7
1.2.3 黄磷尾气产生的物料衡算 8
1.3 黄磷尾气的特性 13
1.3.1 黄磷尾气的有害杂质 13
1.3.2 黄磷尾气的特点 17
1.4 电磷炉气中黄磷的回收 17
1.4.1 黄磷蒸气压、黄磷尾气磷含量与温度的关系 17
1.4.2 黄磷的冷凝回收方法 21
1.5 黄磷尾气的热力学参数 21
1.5.1 黄磷尾气容积流量和重度计算 21
1.5.2 黄磷尾气分子热容计算 22
1.5.3 黄磷尾气黏度计算 24
1.5.4 黄磷尾气导热系数计算 25
1.5.5 黄磷尾气饱和水蒸气含量及水蒸气焓 26
1.6 填料塔的液泛速度 28
1.7 黄磷尾气净化技术发展状况 30
1.7.1 黄磷尾气净化现状 30
1.7.2 黄磷尾气净化技术发展前景 31
第2章 黄磷尾气除尘与酸性物质的脱除 39
2.1 黄磷尾气洗涤除尘的重要性 39
2.2 黄磷尾气洗涤除尘方法比较 40
2.2.1 水洗法 40
2.2.2 尾气水洗-碱洗法 41
2.2.3 水洗-纯碱法 42
2.3 石灰水洗涤法 43
2.3.1 石灰水洗涤除酸除尘机理 43
2.3.2 抽风机的选择 47
2.3.3 黄磷尾气洗涤除尘工艺流程 48
2.3.4 洗涤除尘设备的选择及计算 49
2.4 黄磷尾气洗涤除尘操作 57
2.4.1 开车前的检查工作 57
2.4.2 洗涤系统蒸汽或氮气置换 58
2.4.3 洗涤正常工艺条件 58
2.4.4 洗涤开停车 58
2.4.5 洗涤正常运行操作注意事项 59
2.5 熄灭烟囱火炬的方法 59
2.5.1 余气生产蒸汽 59
2.5.2 离心鼓风机调速熄灭烟囱火炬 78
2.6 二次洗涤与污水处理 79
2.6.1 污水处理主要设备的选择与计算 81
2.6.2 二洗与洗涤污水处理实例 96
第3章 黄磷尾气的脱硫 107
3.1 黄磷尾气中硫化物的性质 109
3.1.1 硫化氢的主要性质 109
3.1.2 有机硫的主要性质 110
3.1.3 硫化物含量的估算 111
3.2 脱硫基本原理 116
3.2.1 改良ADA法脱硫基本原理 116
3.2.2 PDS或“888”法脱硫基本原理 119
3.3 脱硫工艺流程 123
3.3.1 一级脱硫流程 123
3.3.2 二级脱硫流程 124
3.3.3 脱硫工艺计算 125
3.4 脱硫主要设备选择及计算 131
3.4.1 脱硫塔 131
3.4.2 脱硫再生器 134
3.4.3 除雾器 142
3.5 黄磷尾气脱硫实例 146
3.5.1 12万m3/h黄磷尾气净化工程设计实例 146
3.5.2 脱硫塔强度核算 157
3.5.3 脱硫操作 164
3.6 硫黄回收 167
3.6.1 硫黄性质和用途 167
3.6.2 硫黄回收工艺 167
3.6.3 硫黄回收设备计算及选型 170
3.6.4 硫黄回收实例 188
3.6.5 硫黄回收的操作 193
第4章 黄磷尾气的输送及精除尘 195
4.1 黄磷尾气输送管路 195
4.1.1 黄磷尾气短程输送管路 195
4.1.2 黄磷尾气远程输送管路 204
4.2 黄磷尾气鼓风机及精除尘工艺 207
4.2.1 鼓风机及精除尘工艺选择 207
4.2.2 鼓风机及精洗涤工艺流程 208
4.2.3 黄磷尾气鼓风机的原理及计算 209
4.3 离心鼓风机性能及调节 212
4.3.1 鼓风机的调节方法 213
4.3.2 黄磷尾气鼓风机的变频调速 214
4.4 精除尘泡沫塔 217
4.4.1 泡沫塔结构 217
4.4.2 泡沫塔除雾 222
4.5 鼓风机精洗操作管理 225
第5章 黄磷尾气催化氧化脱磷技术 228
5.1 黄磷尾气脱磷催化剂 228
5.2 黄磷尾气催化氧化脱磷原理 230
5.2.1 黄磷尾气脱磷机理 230
5.2.2 催化剂微观结构表征 232
5.3 催化氧化工艺流程 233
5.4 催化氧化设备的选择与计算 234
5.4.1 脱磷吸附器 234
5.4.2 黄磷尾气蒸汽加热器 248
5.4.3　辅助设备 258
5.5 催化氧化脱磷的操作 261
5.5.1 催化剂的装填 261
5.5.2 催化氧化的正常运行 261
5.5.3　运行中不正常现象分析 262
5.5.4 脱磷吸附器脱磷及其脱硫化物的效果 263
5.6 载磷催化剂的再生 264
5.6.1 催化氧化生成物的性质 264
5.6.2 催化剂再生原理及方法 265
5.6.3 放空废气SO2简易测定方法——碘-淀粉溶液吸收法 266
5.7 仓储散气磷化氢净化装置 267
5.7.1 散气净化概况及特点 268
5.7.2 散气净化反应机理 269
5.7.3 散气磷化氢净化装置结构 270
5.7.4 装置主要设备选择与计算 270
5.7.5 催化吸附器 271
5.7.6 散气加热器 272
5.7.7 空气鼓风机 277
5.7.8 磷化氢净化装置操作方法 279
5.8 脱磷设备及管道保温 281
5.8.1 保温层厚度计算 281
5.8.2 保温层厚度计算实例 283
5.8.3 工艺对保温层施工要求 285
第6章 黄磷尾气脱有机硫 286
6.1 烷基醇胺法脱硫 286
6.1.1　烷基醇胺溶剂性质 286
6.1.2 过程的化学原理 287
6.1.3　二乙醇胺溶液脱硫流程 289
6.1.4　二乙醇胺溶液脱硫主要设备的选择与计算 291
6.1.5 DEA溶液吸收黄磷尾气中的H2S和COS设计实例 316
6.2 含有恶臭的高浓度H2S及有机硫废气处理 349
6.2.1　含有恶臭的高浓度H2S及有机硫废气处理方法 350
6.2.2 燃烧净化法脱除酸性气体中的H2S及有机硫 354
6.2.3 酸性气体燃烧脱硫实例 357
6.3 干法水解脱除有机硫 367
6.3.1 干法脱有机硫方法选择 367
6.3.2 水解法脱有机硫的化学基础 368
6.3.3 水解法脱硫在黄磷尾气净化中的应用 373
6.4 精细脱硫 381
6.4.1 常温精脱硫 382
6.4.2 黄磷尾气精脱硫实例 387
6.4.3 中低温精脱硫 390
第7章 黄磷尾气部分变换制氢 394
7.1 黄磷尾气部分变换制氢中试 394
7.1.1 黄磷尾气部分变换中试装置原理 394
7.1.2 黄磷尾气部分变换中试装置流程 395
7.1.3 部分变换中试装置工艺计算 396
7.1.4 部分变换设备估算 398
7.1.5 部分变换中试装置的主要设备结构及其改进情况 404
7.1.6 中试装置试车方案 410
7.1.7 部分变换中试装置试验过程 415
7.2 黄磷尾气部分变换技术 426
7.2.1 一氧化碳部分变换基本原理 426
7.2.2 一氧化碳变换率控制 427
7.2.3 蒸汽比控制 429
7.2.4 一氧化碳部分变换的变换炉 434
7.3 黄磷尾气全程变换制氢技术 438
7.3.1 黄磷尾气全程变换自热平衡原理 438
7.3.2 一氧化碳自热平衡计算 440
7.3.3 黄磷尾气全程变换制氢流程 448
7.3.4 黄磷尾气全程变换制氢方法 449
第8章 黄磷尾气资源化利用及其节能减排效果 460
8.1 黄磷尾气净化制清洁燃料 460
8.1.1 净化黄磷尾气烧锅炉 460
8.1.2 净化黄磷尾气烧石灰 466
8.2 黄磷尾气制合成氨 470
8.2.1 黄磷尾气制合成氨流程 472
8.2.2 黄磷尾气制合成氨精脱磷、砷及配氮 473
8.2.3 黄磷尾气制合成氨变换制氢 477
8.2.4 黄磷尾气制合成氨变换气脱碳 479
8.2.5 黄磷尾气脱碳气甲烷化 484
8.2.6 黄磷尾气的压缩 485
8.2.7 黄磷尾气制合成氨节能减排效果 492
8.3 黄磷尾气制甲醇 493
8.3.1 黄磷尾气制甲醇概述 493
8.3.2 黄磷尾气制甲醇生产工艺过程 494
8.3.3 净化黄磷尾气部分变换制氢 497
8.3.4 部分变换气脱碳 497
8.3.5 水洗气的甲醇合成 509
8.3.6 压缩与甲醇合成流程 514
8.3.7 黄磷尾气制甲醇节能减排效果 516
8.3.8 黄磷尾气年产4万t甲醇示例 517
参考文献 538
附录 543
索引 633

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（本文编辑： 王芳）

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