从碳化硼冶炼尾气中回收氧化硼及一氧化碳的装置及方法

摘要

本发明涉及一种从碳化硼冶炼尾气中回收氧化硼及一氧化碳的装置及方法，该装置包括：液态氧化硼收集系统、氧化硼粉体收集系统和一氧化碳分离提纯系统，所述液态氧化硼收集系统，包括第一冷却水套(2)、液态氧化硼收集箱(7)和静电旋风分离器(8)，其中，所述第一冷却水套(2)以倾角为5°～40°向下倾斜；所述氧化硼粉体收集系统，包括第二冷却水套(11)、热管换热器(12)、氧化硼粉体收集斗(17)、布袋除尘器(18)和引风机(19)。本发明妥善处理了碳化硼冶炼烟气中排放物，既能有效回收氧化硼和一氧化碳气体，同时也能回收尾气中的余热，避免了现有技术方案中有害气体的排放以及气态氧化硼冷却易堵塞管路的缺点。

说明书

技术领域

本发明涉及废气处理领域。具体地，涉及一种从碳化硼冶炼尾气中回收氧化硼及一氧化碳的装置及方法。 

背景技术

碳化硼自1858年被发现以来，迄今已发现16种。大多数学者认为，碳化硼化合物存在一个从B₄C到B_10.5C的很宽的均相区，这个均相区内的物质习惯上通称为碳化硼，化学计量的B₄C是一种理想情况。碳化硼是一种非金属难熔化合物，其硬度仅次于金刚石和氮化硼。碳化硼由于其共价键的性质而具有高硬度、高模量、低密度、高化学稳定性和中子吸收截面及热电性能等特性，所以碳化硼微粉及其制品在许多领域都有广泛的应用，如用于制作防弹装甲、研磨和磨削材料、减磨和自润滑材料、特种耐酸和碱浸蚀材料、屏蔽材料、功能陶瓷、反应堆控制棒和热电元件等。 

工业上制取B₄C，常采用以硼酸和碳为原料的碳热还原熔炼法(包括电弧炉碳热还原法、碳管炉碳热还原法)，在冶炼过程中会产生大量的烟气，烟气主要成分为一氧化碳(CO)和三氧化二硼(B₂O₃)，还有少量的CO₂和碳粉、B₂O、BO、B₂O₂。其中一氧化碳气体是一种无色、无味、无嗅、无刺激性的窒息性气体。为了能使硼酸与碳反应进行较为完全，通常按化学计算比硼酸会过量30％～50％。由于目前没有可用的设备来有效回收这些有价物质而大多排放到大气中，造成大气环境污染。尽管中国发明专利(200620090797.X，公开号CN 2897469Y)提出了“碳化硼冶炼烟气处理器”，即由烟气收集罩、烟气输送管、引风机、过滤室构成的烟气处理器。但是由于B₂O₃在高温液体状态下是一种粘性较大甚至很大的物质，这势必会造成烟气收集管急速冷却部位的堵塞，从而使设备无法正常工作。另外该专利也没有对一氧化碳气体进行有效回收，从而造成资源的浪费。 

发明内容

本发明的目的在于，针对现有碳化硼生产工艺中气态氧化硼冷却易堵塞管路以及没有回收一氧化碳气体的缺陷，提供一种从碳化硼冶炼尾气中回收氧化硼及一氧化碳的装置及方法。 

为实现上述目的，本发明提供了一种从碳化硼冶炼尾气中回收氧化硼及一氧化碳的装置，其包括：液态氧化硼收集系统、氧化硼粉体收集系统、一氧化碳分离提纯系统， 

所述液态氧化硼收集系统，包括第一冷却水套2、液态氧化硼收集箱7和静电旋风分离器8，其中，所述第一冷却水套2以倾角为5°～40°向下倾斜； 

所述氧化硼粉体收集系统，包括第二冷却水套11、热管换热器12、氧化硼粉体收集斗17、布袋除尘器18和引风机19； 

碳化硼冶炼尾气经第一冷却水套2冷却后，通过静电旋风分离器入口烟管3进入静电旋风分离器8，经分离后的液态氧化硼进入液态氧化硼收集箱7，初步净化后的气体经静电旋风分离器排烟管5在第二冷却水套11中冷却；二次冷却后的尾气在热管换热器12中继续冷却后进入布袋除尘器18分离残留的超细氧化硼粉体，并收集于氧化硼粉体收集斗17，脱除了氧化硼的气体通过引风机19进入一氧化碳分离提纯系统，提纯一氧化碳气体。 

所述的静电旋风分离器8包括静电旋风分离器入口烟管3、静电旋风分离器筒体、高压绝缘子4、静电旋风分离器排烟管5、电晕极6、磁铁9和高压脉冲直流电源10；其中，所述高压绝缘子4安装于静电旋风分离器排烟管5上，与高压绝缘子4相连的电晕极6置于静电旋风分离器筒体内，所述电晕极6与置于静电旋风分离器筒体外的高压脉冲直流电源10连接，静电旋风分离器筒体直段外部置有磁体9。 

所述的电晕极6，可以是圆形线状、长芒刺状或圆圈芒刺状等。 

所述的一氧化碳分离提纯系统，包括第三冷却水套20和变压吸附装置。 

本发明还提供了一种从碳化硼冶炼尾气中回收氧化硼及一氧化碳的方法，包括以下步骤： 

1)使碳化硼冶炼尾气在引风机19带动下进入排气管，经以倾角为5°～40°向下倾斜的第一冷却水套2冷却后，温度降至700℃～1000℃，并以切线方向进入静电旋风分离器8； 

2)尾气经静电旋风分离器8作用后，绝大部分氧化硼形成液滴分离出来并流入液态氧化硼收集箱7，携带有极少量氧化硼的气体从静电旋风分离器排烟管5中出来在第二冷却水套11中冷却，使二次冷却后的尾气温度降到350℃～420℃； 

其中，静电旋风分离器原理是：当静电旋风分离器8接通高压脉冲电源10后，与高压绝缘子4相连的电晕极6产生电晕放电。当含液滴尾气切向吹入后，气流在电晕极6与静电旋风分离器筒体内壁之间的环形空间旋转下移，由此产生的离心力将较大的粒子甩向筒体内壁上，而较小的液滴在电场的作用下有部分产生凝并，凝 并后的大液滴与未凝并的小液滴同时向筒体内壁运动，在静电力与离心力的共同作用下将液滴甩在筒体内壁上，在旋转气流与重力的作用下附着在外筒壁上的液滴流向液态氧化硼收集箱7，净化后的烟气形成上升的内旋流并从静电旋风分离器排烟管5中排出。而外加的磁铁9是为了降低起晕电压，同时也起到凝并细小液滴的作用。该部件的特点是将静电捕集技术、磁凝并技术、旋风捕集技术结合起来，起到最大限度地去除冷凝后的液滴。 

3)二次冷却后的尾气在热管换热器12中继续冷却，使二次冷却后的尾气温度降到110℃～150℃进入布袋除尘器18分离残留的超细氧化硼粉体，并收集于氧化硼粉体收集斗17，其余尾气进入引风机19； 

4)将从引风机19排风管出口排出的尾气继续冷却至60℃～90℃，然后经一氧化碳分离提纯系统提纯一氧化碳气体。 

本发明的优点在于，本发明妥善处理了碳化硼冶炼烟气中排放物，既能有效回收氧化硼和一氧化碳气体，同时也能回收尾气中的余热，避免了现有技术方案中有害气体的排放以及气态氧化硼冷却易堵塞管路的缺点。该方法结构简单、工程造价低、运行稳定可靠、运行费用低。 

附图说明

图1本发明的从碳化硼冶炼尾气中回收氧化硼和一氧化碳气体的装置示意图。 

附图标识 

1、尾气入口                   2、第一冷却水套           3、静电旋风分离器入口烟管 

4、高压绝缘子                 5、静电旋风分离器排烟管   6、电晕极 

7、液态氧化硼收集箱           8、静电旋风分离器         9、磁铁 

10、高压脉冲直流电源          11、第二冷却水套          12、热管换热器 

13、下腔                      14、上腔                  15、布袋 

16、振动器                    17、氧化硼粉体收集斗      18、布袋除尘器 

19、引风机                    20、第三冷却水套          21、第一吸附塔 

22、第二吸附塔                23、贮气罐                24、废气出口 

25、一氧化碳出口              26、热管换热器的热水出口 

T1、第一烟气温度控制测温点    T2、第二烟气温度控制测温点 

T3、第三烟气温度控制测温点    T4、第四烟气温度控制测温点 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的从碳化硼冶炼尾气中回收氧化硼及一氧化碳的装置及方法进行说明。 

如图1所示，本发明提供的一种从碳化硼冶炼尾气中回收氧化硼及一氧化碳的装置，其包括：液态氧化硼收集系统、氧化硼粉体收集系统、一氧化碳分离提纯系统。 

所述液态氧化硼收集系统，包括第一冷却水套2、液态氧化硼收集箱7和静电旋风分离器8，其中，所述第一冷却水套2以倾角为5°～40°向下倾斜； 

所述氧化硼粉体收集系统，包括第二冷却水套11、热管换热器12、氧化硼粉体收集斗17、布袋除尘器18和引风机19； 

碳化硼冶炼尾气从第一冷却水套2通过静电旋风分离器入口烟管3进入静电旋风分离器8，经分离后的液态氧化硼进入液态氧化硼收集箱7，其余气体经静电旋风分离器排烟管5在第二冷却水套11中冷却；二次冷却后的尾气在热管换热器12中继续冷却后进入布袋除尘器18分离残留的超细氧化硼粉体，并收集于氧化硼粉体收集斗17，其余气体通过引风机19进入一氧化碳分离提纯系统，提纯一氧化碳气体。 

其中，所述静电旋风分离器8包括静电旋风分离器入口烟管3、静电旋风分离器筒体、高压绝缘子4、静电旋风分离器排烟管5、电晕极6、磁体9和高压脉冲直流电源10；其中，所述高压绝缘子4安装于静电旋风分离器排烟管5上，与高压绝缘子4相连的电晕极6置于静电旋风分离器筒体内，所述电晕极6与置于静电旋风分离器筒体外的高压脉冲直流电源10连接，静电旋风分离器筒体直段外部置有磁铁9。 

本实施例中，来自电弧炉或碳管炉的碳化硼冶炼尾气在引风机19带动下经尾气入口1进入排气管，经第一冷却水套2冷却后，在第一烟气温度控制测温点T1处，将尾气温度降至700℃～1000℃，以切线方向进入静电旋风分离器8；经静电旋风分离器8作用后的尾气中，绝大部分氧化硼形成液滴分离出来并流入液态氧化硼收集箱7，携带有极少量氧化硼的气体从静电旋风分离器排烟管5中出来在第二冷却水套11中冷却，使尾气在第二烟气温度控制测温点T2处温度降到350℃～420℃；二次冷却的尾气在有下腔13和上腔14的热管换热器12中继续冷却，使尾气在第三烟气温度控制测温点T3处温度降到110℃～150℃并进入布袋除尘器18分离残留的超细氧化硼粉体，并收集于氧化硼粉体收集斗17，热管换热器12中的冷却水经热管换热器换热后得到的热水从出口26排出；将从引风机19排风管出口排出的尾气继续冷却，使其温度在第四烟气温度控制测温点T4处降至60℃～90℃，然后经变压吸附装置中的第一吸附塔21和第二吸附塔22提纯一氧化碳气体，其中，贮气罐23的作用 是正常工作时使吸附塔内压力迅速上升到工作压力以保证设备可靠稳定运行。分离提纯后的一氧化碳气体经一氧化碳出口25进入气体贮存装置，杂质气体如二氧化碳等从废气出口24排空。 

本发明的从碳化硼冶炼尾气中回收氧化硼及一氧化碳的装置是由烟气输送管、第一冷却水套2、第二冷却水套11、热管换热器12、第三冷却水套20、静电旋风分离器8、布袋除尘器18、一氧化碳分离提纯系统等部件构成。在引风机19的带动下，来自电弧炉或碳管炉的烟气先在垂直向上然后倾斜向下的管道中流动，其中向下倾斜(倾角为5°～40°)的管道布置有第一冷却水套2。烟气到达静电旋风分离器入口烟管3的温度为700℃～1000℃，之后以12～25m/s的速度以切线方向进入静电旋风分离器8。经冷却后的烟气中充满液态氧化硼细小液滴，在静电旋风分离器8的作用下接近全部地被分离出来。从静电旋风分离器排烟管5出来的烟气在第二冷却水套11的作用下使烟气进一步得到冷却，并在第二烟气温度控制测温点T2将烟气温度降到350℃～420℃。然后在热管换热器12中将烟气进一步冷却，使第三烟气温度控制测温点T3的烟气温度降到110℃～150℃，而从热管换热器12中收集到的热水(或蒸气或热空气)供作它用。这时烟气中可能还带有少量极微细的氧化硼粉体，这些粉体在布袋除尘器18中得到彻底去除。得到氧化硼超细粉体收集在氧化硼粉体收集斗17中。氧化硼被分离出来后的烟气中除了一氧化碳气体可能还有其它杂质如CO₂等。在引风机19的带动下进入变压吸附装置(或者膜分离设备)，分离提纯后的一氧化碳气体经一氧化碳出口25进入气体贮存装置，杂质气体如二氧化碳等从废气出口24排空。 

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。