三氯氢硅合成尾气处理工艺

三氯氢硅合成尾气处理工艺

谷文军3,孟祥考,吴军祥

(河北邢矿硅业科技有限公司,河北邢台054000)

[关键词]三氯氢硅;尾气处理;变压吸附

[摘　要]介绍了几种处理三氯氢硅合成尾气的工艺,分析了各自的优缺点。

[中图分类号]T Q127.2 [文献标志码]B [文章编号]1008-133X(2009)10-0035-02

Process of trea ti n g t a il ga s from tr i chlorosil ane syn thesis

G U W enjun,M EN G X iangkao,WU Junxiang

(Hebei Xingkuang Silicon I ndustry Science and Technol ogy Co.,L td.,Xingtai054000,China)

Key words:trichl or osilane;tail gas treat m ent;p ressure s wing ads or p ti on

Abstract:So me kinds of p r ocess f or treating the tail gas fr om trichl or osilane synthesis are intr oduced, and their res pective advances and disadvantages are analyzed.

三氯氢硅合成尾气的主要成分有氯化氢、三氯氢硅(氯硅烷)、氢气,具体组成(体积分数)为:三氯氢硅5.942%,四氯化硅0.295%,氯化氢15.818%,氮气4.779%,氢气73.166%。此尾气须处理后才能排放。

1　水吸收工艺

水吸收工艺也称湿法回收技术,是把出三氯氢硅合成炉的尾气直接用水喷射泵吸收,尾气中的氯化氢被水吸收成盐酸,氯硅烷水解生成二氧化硅。二氧化硅以大量白色泡沫的形式出现,未被吸收的氢气和氮气排入大气。

2　CD I工艺

CD I工艺过程是将尾气进行低温洗涤、分离,将尾气加压冷凝,使尾气中大量的三氯氢硅冷凝下来作为回收的产品;大量的氯化氢用低温氯硅烷洗涤、分离,微量的HCl、氯硅烷采用变温吸附(TS A)干法脱除;剩下的尾气含有大量的N

2

,再结合变压吸附

(PS A),可以生产出高纯度的H

2

。

2.1　冷凝工序

三氯氢硅合成尾气(压力为0.2MPa)含有大量的氯硅烷,如果直接排出,将会降低经济效益。冷凝工序就是将尾气冷至-5℃,有效地回收氯硅烷,降低原料消耗。

2.2　低温洗涤分离

在低温和一定压力的条件下,氯硅烷液体对氯化氢气体具有吸收能力,将尾气中大部分的氯化氢洗涤吸收分离出来,气体中少量的氯硅烷也被冷凝捕集下来。洗涤净化后的气体主要为氢气,只含有少量的氯化氢和氯硅烷,这两组分的总体积分数小于1%。富含氯化氢的氯硅烷洗液通过精馏,氯化氢等低沸物与氯硅烷分离,在塔顶得到较高纯度的氯化氢,在塔底得到纯氯硅烷液体。

2.3　TSA工序

由变温吸附的特性可知:当气体杂质组分分压高、温度低时,吸附剂的吸附容量大;当气体杂质组分分压低、温度高时,吸附剂的吸附容量低[1]。由HCl吸收工序来的1.1MPa的合成尾气进入变温吸附单元,在此单元将脱除合成尾气中除氢气、氮气以外的所有组分。

尾气干法分离工艺主要用于分离氯化氢、氢气、氯硅烷,如果合成气含有氮气等杂质气体,这些杂质气体将不会被完全分离去除,混入产品氢气中,影响

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第45卷　第10期2009年10月

氯碱工业

Chl or2A lkali I ndustry

Vol.45,No.10

Oct.,2009

3[作者简介]谷文军(1965—),男,高级工程师,毕业于河北大学,现从事化工生产管理工作。

[收稿日期]2009-07-30

[编者注]本文作者之一孟祥考为《氯碱工业》第4届编委会委员

氢气纯度。若要得到高纯度的氢气,须要再经过1组变压吸附装置,将氮气吸附,从而得到高纯度的氢气。

2.4　PSA工序

来自TS A工序压力为1.1MPa左右的尾气,自塔底进入吸附塔(有1个吸附塔始终处于吸附状态)。在多种吸附剂的依次选择吸附下,其中的HCl、氯硅烷、N2等杂质被吸附下来,未被吸附的氢气纯度大于99.9%(体积分数),作为产品从塔顶流出,经压力调节系统稳压后送出界区。

3　简易CD I工艺

原料气由界区外经压缩到0.7MPa后直接进入由2段变压吸附组成的PS A系统。第1段变压吸附由5台吸附塔组成,任意时刻都有1台吸附塔处于吸附状态,其余各塔处于不同步骤。原料气由底部进入吸附塔,其中的氯硅烷和氯化氢作为吸附组分停留在吸附剂上,氢气、氮气作为非吸附组分由塔顶收集后送至第2。完成吸附的吸附塔进入再生步骤,通过均降压、逆放、抽空、均升压和终充等步骤后完成再生,又具备处理能力[2]。

来自第1段的产品气进入由4台吸附塔、1台中间罐组成的第3段吸附。原料气由底部进入吸附塔,其中的氮气作为吸附组分停留在吸附剂上;氢气作为非吸附组分在塔顶部被收集,然后送出界区。吸附塔经过均降压、逆放、抽空、均升压和终充等步骤后完成再生,氮气由吸附塔的底部送出界区。经过这一系列过程后,吸附塔便完成了1个完整的“吸附—再生”循环,又为下一次吸附做好了准备。各吸附塔交替进行吸附、再生(始终有吸附塔处于吸附状态)即可实现气体的连续分离与提纯。

由第1段变压吸附抽真空及逆放出来的氯化氢和氯硅烷,经混合气缓冲罐收集后,由氯化氢压缩机加压至0.7MPa,用-35℃冷冻盐水冷凝分离,未冷凝的气体作为产品氯化氢送至氯化氢缓冲罐,冷凝后的液体中含质量分数约90%的氯硅烷,送出界区。

4　优缺点比较

4.1　水吸收工艺路线

优点是工艺简单,投资少(约50万元)。缺点是产生大量含有酸、二氧化硅的废液,造成环境污染,而且尾气中的三氯氢硅产品没有回收,白白浪费,其他如氢气、氯化氢也没有利用,造成资源浪费。

4.2　简化CD I路线

优点是投资较少(700万～800万元),运行费用较低,对于2万t/a三氯氢硅生产装置而言,年操作费用为100万元左右,工艺路线成熟,国内已有十几套装置在运行。缺点是分离不彻底,在回收的氯化氢和原氯化氢气体汇合处易发生堵塞现象,而且由于是负压操作,外界的空气易进入系统,存在安全隐患。

4.3　CD I路线

优点是合成尾气中的各种成分得到彻底分离,从而使分离后的气体再利用的条件得到优化,并且系统是正压操作,安全性得到大大提高。缺点是投资大(约为1000万元),运行费用较高,年操作费用约为200万元。

参考文献

[1]吝子东.变压吸附法净化氢气[J].舰船防化,2003

(4):7-10,6.

[2]杨清艳,齐文兵,赵　颖.变压吸附技术在P VC行业的

应用与发展[J].中国氯碱,2009(4):23-24.

[编辑:高旭东]

(上接第34页)

7　增加下酸“U”形弯管线的高度

在合成装置运行过程中,特别是在炉顶压力高的情况下,在取半成品分析样时,取样口(如图中⑥所示)喷出炉气,而且有时有大量气泡通过下酸管流向下酸罐。经过分析,认为原因是下酸管“U”形弯的酸封高度不够,炉气冲破酸封进入后系统。氯化氢合成是过氢操作,如果炉气含氢量高,对后系统安全稳定运行影响很大,稍有不慎将出现氢气爆炸事故(如果相邻2套合成系统共用1支进入下酸罐的下酸管,炉气还可能进入相邻的备用系统中,对另一套系统点炉时及时分析炉内氢含量影响很大,而且检修时也易发生爆炸事故)。在加大下酸“U”形弯管线的高度(如图中⑦所示)后,再没有出现炉气从取样口喷出的现象,因此,下酸“U”形弯管线的高度是否符合合成系统内部运行压力的要求,对整个系统安全运行也很重要。

8　动力电采用专线的独立电源

新系统在设计时与别的岗位共用1个总电源,在1个配电室内,合成系统在运行中多次出现别的岗位故障或电器故障造成的断电。结合老合成系统的用电经验,大修后设置了电缆专线,作为独立电源,除非全公司跳闸、电网断电或者有计划的停电,否则,盐酸岗位不会断电。[编辑:高旭东]

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产　品 氯碱工业 2009年