張賀廣
(河北邢礦硅業(yè)科技有限公司,河北 邢臺(tái) 055150)
三氯氫硅廢氣處理系統(tǒng)改造技術(shù)
張賀廣
(河北邢礦硅業(yè)科技有限公司,河北 邢臺(tái) 055150)
通過(guò)更換尾氣吸收塔,增加塔高,提高循環(huán)泵的功率、揚(yáng)程、流量,增加噴頭的數(shù)量,增加中和池等,改善了尾氣吸收塔堵塞的狀況,并解決了由此帶來(lái)的安全和環(huán)境問(wèn)題。
吸收塔;循環(huán)泵;中和池
河北邢礦硅業(yè)科技有限公司位于邢臺(tái)市任縣化工園區(qū),擁有2萬(wàn)t/a三氯氫硅生產(chǎn)規(guī)模,生產(chǎn)工藝為沸騰氯化法能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量高,無(wú)污染。采用加壓鹽酸解析工藝,廢水含酸控制在1%以內(nèi);采用年產(chǎn)能1萬(wàn)t/臺(tái)的三氯氫硅合成爐;引進(jìn)液相洗滌工藝,使產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率達(dá)到96%,精餾后成品含量達(dá)到99.95%以上;采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的變壓吸附技術(shù),將大部分尾氣回收利用;投入高效除硼、磷裝置,使硼、磷指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
三氯氫硅生產(chǎn)主要包括鹽酸解析、氯化氫合成、三氯氫硅合成、三氯氫硅精制等工序。氯化氫通過(guò)鹽酸深解析和(或)氯氣和氫氣在氯化氫合成爐內(nèi)進(jìn)行燃燒反應(yīng)制得。鹽酸深解析的過(guò)程為:濃鹽酸與濃氯化鈣溶液混合后進(jìn)入解析塔,溶液從解析塔頂部進(jìn)入,在重力的作用下向下流動(dòng),流動(dòng)過(guò)程中通過(guò)填料和內(nèi)件時(shí)發(fā)生高效傳質(zhì)過(guò)程[1]。當(dāng)溶液到達(dá)解析塔底部時(shí),通過(guò)調(diào)節(jié)解析再沸器蒸汽流量調(diào)節(jié)閥控制解析液蒸發(fā)溫度,溶液不斷的通過(guò)熱虹吸自然循環(huán)加熱,這樣,氣體被蒸餾分離出并向上流動(dòng)。在這個(gè)操作過(guò)程中,氯化氫氣體從鹽酸與氯化鈣混合溶液中汽提并從塔頂排出。氯化氫合成工藝過(guò)程為,由氫氣處理工序來(lái)的干燥氫氣、氯氣以1∶1.03~1∶1.05的摩爾配比,進(jìn)入合成爐燈頭進(jìn)行燃燒合成氯化氫。經(jīng)氯化氫解析出的氯化氫氣體分別進(jìn)入氯化氫一級(jí)冷凝冷卻器(用循環(huán)水冷卻),在這里大部分夾帶的水被冷凝,然后,氯化氫氣體進(jìn)入氯化氫二級(jí)冷凝冷卻器(用7℃冷凍水冷卻),接下來(lái)進(jìn)入氯化氫三級(jí)冷凝冷卻器(用-35℃冷凍鹽水冷卻),這樣將大部分水蒸汽冷凝。最后,“干”的氯化氫氣體進(jìn)入除霧器,幾乎所有夾帶的水滴被收集。經(jīng)過(guò)除霧器后,干燥的氯化氫氣體經(jīng)過(guò)雙效換熱器充當(dāng)冷媒后輸送出裝置進(jìn)入氯化氫緩沖罐,然后送入三氯氫硅合成爐[2]。硅粉經(jīng)過(guò)干燥后加入到三氯氫硅合成爐,與氯化氫在300℃左右的高溫下進(jìn)行反應(yīng),生成三氯氫硅和四氯化硅。生成的粗三氯氫硅氣體經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離和除塵過(guò)濾后,進(jìn)入列管冷凝器進(jìn)行水冷和深冷,將分離出的三氯氫硅和四氯化硅壓入粗品罐,不凝氣進(jìn)入變壓吸附進(jìn)行進(jìn)一步分離。變壓吸附工藝過(guò)程為:三氯氫硅尾氣在0.1 MPa、-5℃下通過(guò)原料氣壓縮機(jī)加壓至0.5 MPa,然后經(jīng)深冷水冷卻,分離的液態(tài)氯硅烷去界區(qū)外回收,不凝氣通過(guò)管道進(jìn)入回收塔。在回收塔中氯硅烷和氯化氫等被截流,由回收塔凈化分離得到的三氯氫硅、氯化氫等作為產(chǎn)品氣經(jīng)回收氣壓縮機(jī)加壓并冷凝,液態(tài)氯硅烷輸出界區(qū)外,不凝氣送往“三廢”系統(tǒng)回收利用。半凈化氣通過(guò)管道輸出到氫氣提純工序,提純后的氫氣作為產(chǎn)品氣輸送到氯化氫合成工序回收利用。在變壓吸附工序?qū)⒎蛛x出的高純氫氣送入氯化氫合成爐,分離出來(lái)的三氯氫硅、四氯化硅壓入粗品罐。將分離不出的少量的三氯氫硅、四氯化硅、氯化氫、氫氣送入尾氣洗滌塔,處理后達(dá)標(biāo)排放。三氯氫硅和四氯化硅冷凝液用精餾塔分離提純,采用二塔連續(xù)提純,一塔塔頂排低沸物,塔底排出四氯化硅,三氯氫硅和少量的四氯化硅從一塔進(jìn)入二塔,塔頂出三氯氫硅產(chǎn)品,二塔塔底排三氯氫硅和四氯化硅的混合物,進(jìn)入粗品罐。
該公司三氯氫硅生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣含有三氯氫硅、四氯化硅、氫氣、氯化氫等氣體,三廢處理池承擔(dān)著處理廢氣的任務(wù)[3]。由于三廢處理池設(shè)計(jì)能力偏小、部分設(shè)備工藝不合理,使得三廢處理池和尾氣處理塔頻繁堵塞,致使三氯氫硅合成系統(tǒng)泄壓不暢而對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)了較大的安全隱患。部分三氯氫硅氣體與氫氣由于處理不及時(shí)也給環(huán)境帶來(lái)了較大的影響,造成危險(xiǎn)隱患。
(1)尾氣吸收塔通過(guò)噴淋來(lái)吸收尾氣中的有害氣體,但是噴淋系統(tǒng)存在著噴水不暢的問(wèn)題,原因?yàn)楸玫墓β屎蛽P(yáng)程較小,噴水流量不足,同時(shí)泵從處理池吸水,而處理池中存在大量的二氧化硅懸浮物而造成泵的堵塞。
(2)尾氣吸收塔較低,尾氣與噴淋液接觸時(shí)間較短,吸收塔頂部為增加接觸而設(shè)置的折流板易造成吸收塔堵塞而使系統(tǒng)泄壓不暢。
(3)沒(méi)有中和池,排出的中和液酸性太強(qiáng)。
(4)進(jìn)入尾氣吸收塔的氣體量較大,使尾氣吸收塔負(fù)荷較大。
為解決上述問(wèn)題,針對(duì)存在的問(wèn)題及原因,采取如下措施。
(1)選擇合理的尾氣吸收塔,將尾氣中的三氯氫硅、四氯化硅、氯化氫等水溶性廢氣徹底吸收。吸收塔高度由7.6 m調(diào)整為15.3 m,循環(huán)泵功率由4 kW調(diào)整為18.5 kW,揚(yáng)程由16 m調(diào)整為50 m,流量由40 m3/h調(diào)整為80 m3/h,原吸收塔只有在塔的頂部設(shè)有噴頭,而新的吸收塔在塔的不同高度設(shè)置4個(gè)噴頭,保證了噴淋的質(zhì)量和效果。塔的內(nèi)部去掉了原塔中的折流板,以減少二氧化硅的沉積和堵塞塔體。
(2)增加了2個(gè)中和池,中和池放置大青石子,廢水通過(guò)中和池與大青石子接觸,進(jìn)行反應(yīng)使廢液由酸性變?yōu)橹行?,同時(shí)過(guò)濾廢液中的懸浮物,使廢液變清。
(3)循環(huán)泵從中和池后的清水池取水,減少了泵堵塞的機(jī)會(huì)。
(4)將“三廢”池從合成車間附近移至較遠(yuǎn)的空曠處,減少了安全隱患。
(5)因連接管道較長(zhǎng),在管道中間增加了連接短節(jié)和排液口,以方便檢修和處理問(wèn)題。
(6)將變壓吸附分離出來(lái)的氯化氫不直接進(jìn)入“三廢”池,并入流化床進(jìn)行合成反應(yīng),減少鹽酸消耗,并降低廢液的酸度。加強(qiáng)精餾塔的放空管理,通過(guò)參數(shù)調(diào)節(jié)減少放空次數(shù),從而減少進(jìn)入尾氣吸收塔的處理氣體數(shù)量。上述2項(xiàng)措施的實(shí)施有效降低了尾氣吸收塔的負(fù)荷。
采取了以上措施后,“三廢”池和尾氣吸收塔堵塞問(wèn)題得到了較好的解決。
該公司“三廢”處理池進(jìn)行改造后,解決了“三廢”池和尾氣吸收塔堵塞問(wèn)題,杜絕了安全隱患,實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放,滿足了環(huán)保方面的要求并取得了良好的社會(huì)效益。
[1]馬萬(wàn)軍.鹽酸解析工藝的改進(jìn).中國(guó)氯堿,2012.03:11-12.
[2]鄧芝強(qiáng).鹽酸解析工藝路線的比較.中國(guó)氯堿,2012.9(14).
[3]谷文軍,孟祥考,吳軍祥.三氯氫硅合成尾氣處理工藝.氯堿工業(yè),2009,10(35).
Reconstruction technology of exhaust gas treatment system of trichlorosilane
ZHANG He-guang
(Hebei Xingtai Mining Silicon Industry Science and Technology Co.,Ltd.,Xingtai 055150,China)
By replacing the tail gas absorption tower,increasing the height of tower and improving the circulation pump power,head,flow,nozzle to increase the quantity,increase the pool and etc.to improve exhaust absorption tower clogging,and solve the resulting safety and environmental issues.
absorption tower;circulating pump;neutralization tank
TQ127.2
B
1009-1785(2016)08-0017-02
2016-03-11