電石尾氣制乙二醇工藝路線的成功模式對黃磷企業(yè)而言具有豐富的借鑒意義，但黃磷尾氣凈化問題讓兩者無法聯(lián)姻。北京北大先鋒科技有限公司開發(fā)的連續(xù)催化氧化脫磷工藝有望化解黃磷尾氣凈化的技術(shù)難題。
黃磷尾氣利用需脫除氟、砷、磷、硫等雜質(zhì)、其中氟、砷、硫的脫除均有較成熟的工藝，所以黃磷尾氣凈化的技術(shù)難點(diǎn)是脫磷。目前企業(yè)凈化黃磷尾氣普遍使用的是水洗加堿洗法、變溫吸附法和不連續(xù)催化氧化法3種方式。但這3種方式在工業(yè)化運(yùn)行中均出現(xiàn)問題：水洗加堿洗法在堿洗過程中單質(zhì)磷會和堿反應(yīng)生成磷化氫，因此達(dá)不到將磷有效脫除的目的，同時(shí)還會排放大量的廢堿液；變溫吸附法工藝較為復(fù)雜，解吸下來的磷等雜質(zhì)處理不當(dāng)可能會造成二次污染；不連續(xù)催化氧化法脫磷為間歇操作，需多塔切換操作，且吸附飽和的催化劑需再生。
鑒于當(dāng)前的方法都無法行之有效的運(yùn)行，北大先鋒致力于攻克黃磷尾氣脫磷這個(gè)難題。這項(xiàng)研究若取得工業(yè)化成功，很可能會將黃磷尾氣高附加值利用推向新的階段。
北大先鋒研發(fā)的連續(xù)催化氧化脫磷工藝，其原理是將過濾增壓后的黃磷尾氣進(jìn)行催化反應(yīng)，生成的磷氧化物從催化劑表面脫附后以氣態(tài)形式轉(zhuǎn)移出床層，催化劑無需再生，從而使黃磷尾氣凈化反應(yīng)可以持續(xù)進(jìn)行。該工藝操作單元少、工藝簡潔，減少了設(shè)備和操作的復(fù)雜性，因此可大幅降低投資和能耗，有利于黃磷企業(yè)降低設(shè)備長期運(yùn)行成本。
該工藝之所以能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)性催化氧化，其關(guān)鍵在于催化劑。與傳統(tǒng)脫磷方法比較，北大先鋒研發(fā)的催化劑擁有3個(gè)較為突出的創(chuàng)新優(yōu)勢。
第一，普通的脫磷催化劑需要反復(fù)再生，并且經(jīng)過一段時(shí)間后催化劑會失效，必須重新裝填新的催化劑，裝置才能繼續(xù)運(yùn)行。而北大先鋒研發(fā)的新型催化劑在連續(xù)的脫磷反應(yīng)過程中無須再生，有效解決了傳統(tǒng)不連續(xù)脫磷技術(shù)存在的諸多問題。
第二，不同于以往任何黃磷尾氣的凈化工藝，北大先鋒研發(fā)的新型催化劑具有良好的耐硫性能，黃磷尾氣中的總硫含量在脫除磷雜質(zhì)前后沒有明顯變化，并且不影響催化劑的連續(xù)脫磷性能。因此，北大先鋒的連續(xù)脫磷工藝在黃磷尾氣的凈化上可以先脫除總磷。下一步企業(yè)可根據(jù)黃磷尾氣的利用方式靈活選擇脫硫的方式和脫硫的深度。例如，利用黃磷尾氣進(jìn)行發(fā)電時(shí)，需要燃煤做輔料燃料。黃磷尾氣中的總硫與媒中的硫燃燒后均生成二氧化硫，對鍋爐而言，沒有必要進(jìn)行硫化氫的脫除，因此，尾氣中的硫可以和煤中的硫同步去除，巧妙簡化了一道工序。
第三，新型催化劑性能穩(wěn)定，可保證設(shè)備長期運(yùn)行，保守預(yù)估可連續(xù)使用3-5年，保障了黃磷企業(yè)可長期穩(wěn)定地向下游工序供給凈化尾氣。
2014年10月，該工藝在云南某磷電公司完成了中試試驗(yàn)。裝置連續(xù)運(yùn)行時(shí)間1年半，凈化尾氣總量120萬立方米。凈化后的尾氣總磷含量由凈化前的1200-1500mg/m³下降到1mg/m³（約為0.7×10-6）以下，即實(shí)現(xiàn)了“將總磷控制在1×10-6以下”的目標(biāo)，整個(gè)工藝流程中沒有其他形式的“三廢”排出。
根據(jù)中試裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)預(yù)算，若以黃磷尾氣氣量為每小時(shí)2萬立方米的規(guī)模為標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)催化氧化脫磷工藝前期投資約為2000萬元，處理每立方米尾氣運(yùn)行成本約為0.08元（含折舊），裝置投資和運(yùn)行成本均低于不連續(xù)氧化吸附脫磷和變溫吸附脫磷費(fèi)用。
目前，已有黃磷企業(yè)對該項(xiàng)凈化工藝投入極大的關(guān)注，北大先鋒預(yù)計(jì)將在近期開工建設(shè)第一套工業(yè)化裝置。
（作者系北京大大先鋒科技有限公司研發(fā)中心主任蔣化，北京大學(xué)物理化學(xué)專業(yè)博士，從事氣體分離與凈化技術(shù)的研究開發(fā)十多年，在氣體分離技術(shù)領(lǐng)域有豐富經(jīng)驗(yàn)。）