CN102992267A - 气相二氧化硅生产中HCl的回收工艺及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于气相二氧化硅生产中HCl回收技术领域的一种气相二氧化硅生产中HCl的回收工艺及装置。将尾气通入该系统中，通过文丘里吸收器、酸分离器、酸吸收塔、酸洗塔和解析塔等设备回收HCl。不仅将尾气中的HCl充分回收，减少了资源的浪费，而且降低了后续尾气处理的难度，还拓展了气相二氧化硅生产中HCl的回收方法。通过该工艺回收的HCl纯度高，具有较高的经济价值。
Description
技术领域
本发明属于气相二氧化硅生产中HCl回收技术领域，特别涉及一种气相二氧化硅生产中HCl的回收工艺及设备。
背景技术
气相二氧化硅又称气相法白炭黑，生产气相二氧化硅工艺过程的进气包括气相硅烷卤化物、氢气和净化空气。气相硅烷卤化物在氢气燃烧产生的高温氢氧焰中发生水解反应。反应方程式为：
SiCl4+2H2+O2→SiO2+4HCl
CH3SiCl3+2H2+3O2→SiO2+CO2+3HCl+2H2O
由于反应温度很高，还可能发生副反应，产生Cl2等气体。
可见，在气相二氧化硅的生产中，尾气中含有O2、H2O、SiO2、HCl、Cl2和CO2等气体，同时，还存在着大量的N2。
其中，HCl遇空气中的水将产生腐蚀性极强的盐酸气，因而不能直接排入大气。HCl在工业中也有广泛的应用，是消耗量最大的强酸之一，有较高的经济价值。
传统的HCl回收设备采用双降膜塔串联吸收，通过吸收设备将气相二氧化硅尾气中的HCl进行处理及回收。尾气和稀盐酸从降膜塔进入，稀盐酸将尾气中的HCl吸收。降膜塔底部设有酸液循环槽，收集降膜塔排出的酸液并通过循环泵将酸液重新打入降膜塔使用。回收HCl后的尾气进入下一阶段进行处理。该方法在操作过程中，存在着以下问题：
需时刻监控酸液循环槽中HCl的浓度，否则很容易造成酸液浓度过高，导致HCl吸收情况不好。不仅加大了后续尾气处理的难度，同时也造成了资源的浪费。
尾气的温度较高，不仅对吸收设备可造成损坏，也埋下了安全隐患。同时，直接将尾气通入到降膜塔中，尾气中的气相二氧化硅容易堵塞降膜塔列管，影响正常生产。
经HCl回收系统后得到的盐酸溶液中HCl纯度不高，含有较多杂质。不能作为精细化学品的原料出售。
发明内容
本发明为解决现有技术的不足，提供一种气相二氧化硅生产中HCl的回收工艺及设备，将尾气中的HCl进行合理的处理与回收。
本发明提供一种气相二氧化硅生产中HCl的回收工艺，该工艺是通过以下技术方案得以实现的：
具体来说，为除去尾气中携带的气相二氧化硅颗粒，将气相二氧化硅设备产生的尾气(165～170℃)通入文丘里吸收器中洗涤，尾气与来自文丘里吸收罐的洗涤液(约30％HCl溶液)充分混合、洗涤。尾气中大部分的二氧化硅颗粒进入到文丘里吸收罐中，而洗涤后的尾气通过管路进入酸分离器中洗涤，在酸分离器中，尾气与来自文丘里吸收罐的洗涤液进行接触，最后自气相口分离出来。而文丘里吸收器和酸分离器中的洗涤液则循环回至文丘里吸收器罐中。在此过程中，尾气由165～170℃降至70～80℃，Cl2被全部吸收并转化为HCl溶液，并且除去了大部分来自设备的气相二氧化硅颗粒。通过洗涤液洗涤以去除尾气中大部分二氧化硅颗粒，并降低尾气温度。
自酸分离器分离出的尾气自酸吸收塔的塔顶进入到酸吸收塔中，与来自酸洗塔塔底酸液并行通过酸吸收塔。在此过程中，酸液将尾气中HCl吸收并放出热量，酸吸收塔壳层中的水经塔底流向塔顶使其降温。酸液自酸吸收塔排入酸储罐中，酸储罐中未被酸液吸收的气体自气相口排至酸洗塔塔底，并与自塔顶喷淋下的蒸汽冷凝水充分接触。
尾气在酸洗塔中吸收过后，未被吸收的气体自塔顶排入下一步尾气处理系统中。酸洗塔塔底酸液通过酸吸收塔再次吸收HCl气体后排入酸储罐中。此时，酸储罐中的酸液HCl含量相对较高，浓度大于30％。此时，酸液可作为产品通过管路排入盐酸罐区，作为一般产品出售，若要获得更高纯度的HCl，可将酸储罐中的酸液通入下一级处理系统进行进一步的处理。自酸洗塔塔底进入酸吸收塔的酸液为浓度约为20％的盐酸溶液。
文丘里吸收罐和酸储罐中的酸液均经其罐底排至压滤机中，除去其中的沉淀物后又分别返回至文丘里吸收罐和酸储罐中。
为得到高纯度HCl，将酸储罐中的酸液经泵及换热设备(换热器)预热后送至解析塔塔顶，通过塔内喷淋设备喷淋。解析塔塔底设有再沸器，将塔底低浓度酸液加热至HCl蒸汽，在气相与液相的对流过程中，实现HCl的解析过程。解析出来的HCl气体经解析塔排出后，再经换热及酸分离过程后得到纯净的HCl气体，HCl进入产品收集系统收集，解析塔排出后的HCl气体经酸分离器分离出的酸液返回至解析塔喷淋系统中。
本发明的一个关键是尾气中气相二氧化硅的去除。在这个过程中，文丘里吸收罐和酸储罐中都将沉积一定量的气相二氧化硅，它们经罐底排至压滤机中，除去其中的沉淀物后又分别返回至文丘里吸收罐和酸储罐中。
文丘里吸收器和酸分离器中的洗涤液均来自文丘里吸收罐，洗涤液为浓度为27～30％的盐酸溶液，温度为65～70℃，洗涤压力为0.15MPa。待吸收完成后，文丘里吸收器和酸分离器中的洗涤液又循环回到文丘里吸收罐中。
自酸洗塔塔底排出的酸为稀酸，自酸吸收塔塔底排出的酸为浓酸。
本发明还提供一种气相二氧化硅生产中HCl的回收设备，该设备主要有：文丘里吸收器，文丘里吸收罐，酸分离器，酸吸收塔，酸洗塔，酸储罐；其中，
文丘里吸收器进气口连接气相二氧化硅尾气总管，出气口连接酸分离器；酸分离器出气口连接酸吸收塔塔顶，酸吸收塔气液混合相出口连接酸储罐，酸储罐出气口连接酸洗塔塔底，回收HCl后的尾气经酸洗塔塔顶排入下一级尾气处理系统中；
文丘里吸收器和酸分离器的液相出口均与文丘里吸收罐相连，文丘里吸收罐经酸泵分别与文丘里吸收器和酸分离器相连；
在酸洗塔中，通过蒸汽冷凝水或稀盐酸溶液洗涤尾气，酸液出口连接至酸吸收塔，酸吸收塔的酸液出口与酸储罐相连；
文丘里吸收罐和酸储罐的酸液出口分别连接至压滤机，酸液通过压滤机去除气相二氧化硅颗粒后返回至文丘里吸收罐和酸储罐中。
为得到高纯度HCl，上述设备中酸储罐中的酸液出口经泵及换热设备送至解析塔塔顶，通过塔内喷淋设备喷淋，解析塔塔底设有再沸器，将塔底低浓度酸液加热至HCl蒸汽，在气相与液相的对流过程中，实现HCl的解析过程。解析出来的HCl气体经解析塔排出后，再经换热器换热及酸分离器分离后得到纯净的HCl气体，HCl进入产品收集系统收集，解析塔排出后的HCl气体经酸分离器分离出的酸液返回至解析塔喷淋系统中。
作为优选，文丘里吸收器的尾气入口和洗涤液入口均设于文丘里吸收器的顶端。洗涤液入口下方设有降膜入口，降膜入口采用切向设计，以确保洗涤液与尾气充分接触。由于尾气温度较高，为避免文丘里吸收器筒体膨胀，在缩小端前部设置膨胀节，并通过法兰连接。文丘里吸收器的底部设有气液分离设备，混合液切向进入文丘里吸收器的分离罐，液体自文丘里吸收器的连接口进入文丘里吸收罐中，气体自文丘里吸收器的气体出口进入下一级处理设备。
作为优选，酸分离器为卧式设备，气体入口及出口设于酸分离器两侧，洗涤液由设于酸分离器上部的酸入口进入，酸液通过设于酸分离器内部的喷嘴喷出，喷出液与气体充分接触后，冷凝液通过设于酸分离器下部的冷凝液出口排入文丘里吸收罐中，气体通过气体出口进入下一级处理设备。
作为优选，酸吸收塔为带有水冷却系统的吸收设备。
作为优选，酸洗塔设有两个喷淋设备，塔顶为蒸汽冷凝水喷淋设备，塔上中部为低浓度酸液的喷淋设备，该酸液来自解析塔塔底。蒸汽冷凝水喷淋设备设在酸液喷淋设备的上方。酸液喷淋设备为不连续操作。
作为优选，酸储罐同时设有两个酸液出口，一个为酸液产品出口，通向酸液储罐；另一 个与酸泵连接，通向解析塔以进行进一步处理。
作为优选，解析塔塔底设有液位控制系统，当塔底液位超出设定值时，塔底酸液将经换热器换热后返至酸洗塔5，自酸液喷淋设备向塔内喷淋。
通过本发明所述气相二氧化硅生产中HCl回收工艺及设备，不仅将尾气中的HCl充分回收，减少了资源的浪费，而且降低了后续尾气处理的难度，还拓展了气相二氧化硅生产中HCl的回收方法。通过该工艺回收的HCl纯度高，具有较高的经济价值。
附图说明
图1是气相二氧化硅生产中HCl回收工艺流程图；
图2是气相二氧化硅生产中HCl回收设备及工艺流程示意图；
图3是文丘里吸收器结构示意图；
图4是文丘里吸收器1-1向视图；
图5是文丘里吸收器2-2向视图；
图6是酸分离器结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，结合附图对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1
如图2所示，气相二氧化硅生产中HCl回收工艺的主要设备有：文丘里吸收器1，文丘里吸收罐2，酸分离器3，酸吸收塔4，酸洗塔5，酸储罐6。
文丘里吸收器1进气口连接气相二氧化硅尾气总管，出气口连接酸分离器3；酸分离器3出气口连接酸吸收塔4塔顶，酸吸收塔4气液混合相出口连接酸储罐6，酸储罐6出气口连接酸洗塔5塔底，回收HCl后的尾气经酸洗塔5塔顶排入下一级尾气处理系统中。
文丘里吸收器1和酸分离器3的液相出口均与文丘里吸收罐2相连，文丘里吸收罐2经酸泵分别与文丘里吸收器1和酸分离器3相连；
在酸洗塔5中，通过蒸汽冷凝水或稀盐酸溶液洗涤尾气，酸液出口连接至酸吸收塔4，酸吸收塔4的酸液出口与酸储罐6相连；
文丘里吸收罐2和酸储罐6的酸液出口分别连接至压滤机15，酸液通过压滤机15去除气相二氧化硅颗粒后返回至文丘里吸收罐2和酸储罐6中。
文丘里吸收器1的尾气入口1-1和洗涤液入口1-2.1～1-2.4均设于文丘里吸收器1的顶端。洗涤液入口1-2.1～1-2.4下方设有降膜入口1-3.1～1-3.4，降膜入口1-3.1～1-3.4采用切向设计，以确保洗涤液与尾气充分接触。由于尾气温度较高，为避免文丘里吸收器1筒体 膨胀，在缩小端前部设置膨胀节1-4，并通过法兰连接。文丘里吸收器1的底部设有气液分离设备，混合液切向进入文丘里吸收器的分离罐1-5，液体自文丘里吸收器的连接口1-6进入文丘里吸收罐2中，气体自文丘里吸收器的气体出口1-7进入下一级处理设备。
酸分离器3为卧式设备，气体入口3-1及出口3-2设于酸分离器3两侧，洗涤液由设于酸分离器3上部的酸入口3-3.1～3-3.3进入，酸液通过设于酸分离器3内部的喷嘴3-4.1～4.3喷出，喷出液与气体充分接触后，冷凝液通过设于酸分离器3下部的冷凝液出口3-5.1，3-5.2排入文丘里吸收罐2中，气体通过气体出口3-2进入下一级处理设备。
酸吸收塔4为带有水冷却系统的吸收设备。
气相二氧化硅生产中HCl回收的工艺如下：将气相二氧化硅设备产生的尾气通入文丘里吸收器1中洗涤，洗涤后的尾气再进入酸分离器3中洗涤，自酸分离器3气相口分离出的尾气自酸吸收塔4的塔顶进入到酸吸收塔中，与来自酸洗塔5塔底酸液并行通过酸吸收塔4，酸液自酸吸收塔4排入酸储罐6中，酸储罐6中未被酸液吸收的气体自气相口排至酸洗塔5塔底，并与自塔顶喷淋下的蒸汽冷凝水充分接触；
利用酸泵将文丘里吸收罐2中的洗涤液(盐酸溶液)分别打入文丘里吸收器1和酸分离器3中洗涤尾气，洗涤后的酸液出口连回文丘里吸收罐2。
在酸洗塔5中，通过蒸汽冷凝水或稀盐酸溶液洗涤尾气，酸液出口连接至酸吸收塔4，酸液进入酸吸收塔4后继续洗涤尾气，洗涤后的酸液排至酸储罐6中。
文丘里吸收罐2和酸储罐6的酸液出口分别连接至压滤机15，酸液通过压滤机15去除气相二氧化硅颗粒后返回至文丘里吸收罐2和酸储罐6中。
此时，酸储罐6中酸液浓度较高，可将酸液作为产品收集。
实施例2
为得到高纯度HCl，在实施例1回收设备的基础上，气相二氧化硅生产中HCl回收设备还包括：解析塔8，再沸器9，换热器10，换热器11，酸分离器12，酸分离器13，酸分离器14和压滤机15。
酸储罐6同时设有两个酸液出口，一个为酸液产品出口，通向酸液储罐；另一个与酸泵连接，通向解析塔8以进行进一步处理。
酸洗塔5设有两个喷淋设备，塔顶为蒸汽冷凝水喷淋设备，塔上中部为低浓度酸液的喷淋设备，该酸液来自解析塔8塔底。蒸汽冷凝水喷淋设备5-1设在酸液喷淋设备5-2的上方。酸液喷淋设备5-2为不连续操作。
将酸储罐6中的酸液经泵及换热设备(换热器7)预热后送至解析塔8塔顶，通过塔内 喷淋设备喷淋。解析塔8塔底设有再沸器9，将塔底低浓度酸液加热至HCl蒸汽，在气相与液相的对流过程中，实现HCl的解析过程。解析出来的HCl气体经解析塔8排出后，先后经过两次换热(换热器10，换热器11)及两次酸分离(酸分离器12，酸分离器13)过程进入到酸分离器14中。酸分离器14中设有过滤设备，HCl气体经过滤后自酸分离器14排出。得到纯净的HCl气体。HCl进入产品收集系统收集。
尾气经洗涤后，HCl聚集于酸储罐6中，为得到更高纯度的HCl，利用酸泵将酸储罐6中高浓度盐酸打入换热器7中加热后通入解析塔8中，解析塔8塔底盐酸蒸汽在上升过程中将下降酸液中的HCl解析出来，HCl经解析塔8塔顶排出，经换热及酸液分离后进入HCl收集系统收集。
酸分离器12，13酸液出口连接解析塔8的喷淋设备，分离出的酸液返回至解析塔8中重新解析。
若解析塔8塔底酸液高于规定值，塔底酸液经换热器降温后通入酸洗塔5中作为喷淋液对尾气进行洗涤。实现了酸液的循环使用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种气相二氧化硅生产中HCl的回收工艺，其特征在于包括以下步骤：将气相二氧化硅设备产生的尾气通入文丘里吸收器(1)中洗涤，洗涤后的尾气再进入酸分离器(3)中洗涤，自酸分离器(3)气相口分离出的尾气自酸吸收塔(4)的塔顶进入到酸吸收塔中，与来自酸洗塔(5)塔底酸液并行通过酸吸收塔(4)，酸液自酸吸收塔(4)排入酸储罐(6)中，酸储罐(6)中未被酸液吸收的气体自气相口排至酸洗塔(5)塔底，并与自塔顶喷淋下的蒸汽冷凝水充分接触；
尾气在酸洗塔(5)中吸收过后，未被吸收的气体自塔顶排入下一步尾气处理系统中，酸洗塔(5)塔底酸液通过酸吸收塔(4)再次吸收HCl气体后排入酸储罐(6)中。
2.根据权利要求1所述的气相二氧化硅生产中HCl的回收工艺，其特征在于：文丘里吸收罐(2)和酸储罐(6)中的酸液均排至压滤机(15)中，除去其中的沉淀物后又分别返回至文丘里吸收罐(2)和酸储罐(6)中。
3.根据权利要求1所述的气相二氧化硅生产中HCl的回收工艺，其特征在于：将酸储罐(6)中的酸液经泵及换热设备预热后送至解析塔(8)塔顶，通过塔内喷淋设备喷淋，解析出来的HCl气体经解析塔(8)排出后，再经换热及酸分离过程后得到纯净的HCl气体，HCl进入产品收集系统收集，解析塔(8)排出后的HCl气体经酸分离器分离出的酸液返回至解析塔(8)喷淋系统中。
4.根据权利要求1所述的气相二氧化硅生产中HCl的回收工艺，其特征在于：文丘里吸收器(1)和酸分离器(3)中的洗涤液均来自文丘里吸收罐(2)，待吸收完成后，文丘里吸收器(1)和酸分离器(3)中的洗涤液又循环回到文丘里吸收罐(2)中。
5.一种气相二氧化硅生产中HCl的回收设备，其特征在于：该设备包括文丘里吸收器(1)，文丘里吸收罐(2)，酸分离器(3)，酸吸收塔(4)，酸洗塔(5)，酸储罐(6)；其中，
文丘里吸收器(1)进气口连接气相二氧化硅尾气总管，出气口连接酸分离器(3)，酸分离器(3)出气口连接酸吸收塔(4)塔顶，酸吸收塔(4)气液混合相出口连接酸储罐(6)，酸储罐(6)出气口连接酸洗塔(5)塔底，回收HCl后的尾气经酸洗塔(5)塔顶排入下一级尾气处理系统中；
文丘里吸收器(1)和酸分离器(3)的液相出口均与文丘里吸收罐(2)相连，文丘里吸收罐(2)经酸泵分别与文丘里吸收器(1)和酸分离器(3)相连；
在酸洗塔(5)中，通过蒸汽冷凝水或稀盐酸溶液洗涤尾气，酸液出口连接至酸吸收塔(4)，酸吸收塔(4)的酸液出口与酸储罐(6)相连；
文丘里吸收罐(2)和酸储罐6)的酸液出口分别连接至压滤机(15)，酸液通过压滤机(15)去除气相二氧化硅颗粒后返回至文丘里吸收罐(2)和酸储罐(6)中。
6.根据权利要求5所述的气相二氧化硅生产中HCl的回收设备，其特征在于：酸储罐(6)中的酸液出口经泵及换热设备送至解析塔(8)塔顶，通过塔内喷淋设备喷淋，解析出来的HCl气体经解析塔(8)排出后，再经换热器换热及酸分离器分离后得到纯净的HCl气体，HCl进入产品收集系统收集，解析塔(8)排出后的HCl气体经酸分离器分离出的酸液返回至解析塔(8)喷淋系统中。
7.根据权利要求5所述的气相二氧化硅生产中HCl的回收设备，其特征在于：文丘里吸收器(1)的尾气入口(1-1)和洗涤液入口(1-2)均设于文丘里吸收器(1)的顶端，洗涤液入口(1-2)下方设有降膜入口(1-3)，降膜入口(1-3)采用切向设计，在文丘里吸收器(1)筒体缩小端前部设置膨胀节(1-4)，并通过法兰连接，文丘里吸收器(1)的底部设有气液分离设备，混合液切向进入文丘里吸收器的分离罐(1-5)，液体自文丘里吸收器的连接口(1-6)进入文丘里吸收罐(2)中，气体自文丘里吸收器的气体出口(1-7)进入下一级处理设备。
8.根据权利要求5所述的气相二氧化硅生产中HCl的回收设备，其特征在于：酸分离器(3)为卧式设备，气体入口(3-1)及出口(3-2)设于酸分离器(3)两侧，洗涤液由设于酸分离器(3)上部的酸入口(3-3.1～3-3.3)进入，酸液通过设于酸分离器(3)内部的喷嘴(3-4.1～3-4.3)喷出，喷出液与气体充分接触后，冷凝液通过设于酸分离器(3)下部的冷凝液出口(3-5.1、3-5.2)排入文丘里吸收罐(2)中，气体通过气体出口(3-2)进入下一级处理设备。
9.根据权利要求5所述的气相二氧化硅生产中HCl的回收设备，其特征在于：酸洗塔(5)设有两个喷淋设备，塔顶为蒸汽冷凝水喷淋设备，塔上中部为低浓度酸液的喷淋设备，蒸汽冷凝水喷淋设备(5-1)设在酸液喷淋设备(5-2)的上方。
10.根据权利要求5所述的气相二氧化硅生产中HCl的回收设备，其特征在于：解析塔(8)塔底设有液位控制系统，当塔底液位超出设定值时，塔底酸液将经换热器换热后返至酸洗塔(5)。
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