CN117101357A - 电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统 - Google Patents

电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统，包括：第一氯化氢吸收单元，承担正常工况下生产系统间歇排放的含氯化氢不凝气净化和事故工况下泄露的氯化氢气体处理的一级吸收功能；第二氯化氢吸收单元，承担正常工况下生产系统间歇排放的含氯化氢不凝气净化的二级吸收功能、事故工况下泄露的氯化氢气体处理的二级吸收和碱吸收功能；同时承担厂房内部循环换气中存在的微量氯化氢净化功能。本发明采用二个吸收单元，共计三个吸收段，可同时兼顾生产装置日常工况和事故工况的三种不同含氯化氢尾气的净化处理需求；本发明处理流程短、吸收率高、设备少、占地小、运行成本低、设备运行安全稳定。

Description

电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统
技术领域
本发明属于氯化氢尾气处理技术领域，尤其涉及一种电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统。
背景技术
电子级氯化氢一般是指纯度为99.99％-99.9995％的氯化氢气体，主要应用于半导体行业大规模集成电路的生产，如单晶硅片气相抛光、外延基座腐蚀等，还用于医药、化工、金属表面处理及硬质合金生产等。电子级氯化氢作为一种高端气体，在各个领域中具有重要的应用价值，随着科技进步和工业生产的不断发展，其应用范围和需求量也将不断扩大和提高。
氯化氢气体有窒息性的气味，对上呼吸道有强刺激，对眼、皮肤、黏膜有腐蚀，是高度危害介质，氯化氢生产厂房基本为全密闭厂房，因此处理好氯化氢生产中尾气净化极为重要。针对其生产过程中，尾气净化工段主要存在3种工况。一是厂房内部需循环换气，对厂房内可能存在的微量氯化氢净化处理；二是生产中的不凝气需定期排放，以维持系统正常生产，该部分气体也需要净化达标排放，以上工况一般称为正常工况。三是生产过程中突发的异常工况，即事故工况，如氯化氢钢瓶泄露或者生产系统安全阀起跳，此时会泄露大量的氯化氢，根据装置生产规模不同，一般泄露量为5～12t/h。事故工况泄漏量大、泄露时间不定，因此对事故氯化氢处理系统要求极高。
目前生产企业大多采用的净化装置为多塔吸收且材质多为聚丙烯材质，设计之初主要考虑日常工况的净化需求，未考虑事故状态的处理需求，同时设备易老化、安全系数低。随着国家环保政策日趋严格，新建项目均需考虑事故氯化氢处理系统，因此如何一套系统均能将上述三种工况高效处理，同时流程简单、运行成本低，尤为迫切。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统，以解决现有净化装置安全系数低、无事故氯化氢处理功能的问题。
本发明采用的技术方案为：
一种电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统，所述系统包括连通的第一氯化氢吸收单元和第二氯化氢吸收单元；
所述的第一氯化氢吸收单元包括一级盐酸吸收塔、一级盐酸冷却器、一级盐酸循环泵和盐酸产品槽；所述的一级盐酸吸收塔内设有浓酸吸收段，一级盐酸吸收塔下部与一级盐酸循环泵连通，一级盐酸循环泵的出口连通于一级盐酸冷却器，一级盐酸循环泵的出口还连通于盐酸产品槽，所述的一级盐酸冷却器与一级盐酸吸收塔上部连通；
所述的第二氯化氢吸收单元包括二级盐酸吸收塔、二级盐酸冷却器、二级盐酸循环泵、碱液循环泵和碱液循环槽；所述的二级盐酸吸收塔内由下而上顺次设有稀酸吸收段和碱液吸收段，稀酸吸收段下部与二级盐酸循环泵连通，二级盐酸循环泵的出口连通于二级盐酸冷却器，所述的二级盐酸冷却器与稀酸吸收段上部连通；碱液吸收段下部与碱液循环槽连通，所述的碱液循环槽连通于碱液循环泵，碱液循环泵的出口连通于碱液吸收段的上部；二级盐酸吸收塔的顶端设有二级盐酸吸收塔气相出口，二级盐酸吸收塔气相出口通过尾气风机与烟囱连通。
第一氯化氢吸收单元，承担正常工况下生产系统间歇排放的含氯化氢不凝气净化和事故工况下泄露的氯化氢气体处理的一级吸收功能；
第二氯化氢吸收单元，承担正常工况下生产系统间歇排放的含氯化氢不凝气净化的二级吸收功能、事故工况下泄露的氯化氢气体处理的二级吸收和碱吸收功能；同时承担厂房内部循环换气中存在的微量氯化氢净化功能。
作为优选，所述第一氯化氢吸收单元和第二氯化氢吸收单元分别与控制系统电连接；一级盐酸冷却器的物料出口管道设有第一温度计，一级盐酸冷却器的循环水进口管道设有第一调节阀，且所述的第一温度计和第二调节阀均与控制系统电连接；二级盐酸冷却器的物料出口管道设有第二温度计，二级盐酸冷却器的循环水进口管道设有第二调节阀，第二温度计和第二调节阀均与控制系统电连接。
作为优选，浓酸吸收段的下方设有浓酸储液段，浓酸储液段上方设有一级盐酸吸收塔气相进口，浓酸储液段底部设有浓酸出口，浓酸吸收段的上方设有槽式液体分布器，浓酸出口通过管道与槽式液体分布器，且连接浓酸出口和液体分布器的管道上设有一级盐酸循环泵和一级盐酸冷却器；所述的浓酸吸收段上方设有一级盐酸吸收塔液相进口。
作为优选，所述的稀酸吸收段的下方设有稀酸储液段，稀酸储液段上方设有二级盐酸吸收塔气相进口，稀酸储液段底部设有稀酸出口，稀酸吸收段的上方设有第一液体分布器，稀酸出口通过管道与第一液体分布器连通，且连接稀酸出口和第一液体分布器的管道上设有二级盐酸循环泵和二级盐酸冷却器；所述的稀酸吸收段上方设有第一液相进口。
作为优选，所述的碱液吸收段的下方设有碱液储液段，碱液储液段的内部设有升气管，碱液储液段底部设有碱液出口，所述碱液出口连接碱液循环槽，碱液吸收段的上方设有第二液体分布器，碱液循环槽又通过管道与第二液体分布器连通，连接碱液循环槽和第二液体分布器的管道上设有碱液循环泵；所述的碱液吸收段上方设有第二液相进口。
作为优选，所述一级盐酸吸收塔顶部设有一级盐酸吸收塔气相出口，所述一级盐酸吸收塔气相出口与二级盐酸吸收塔气相进口连通，所述稀酸储液段与浓酸储液段相连通。
作为优选，一级盐酸吸收塔的浓酸吸收段内设有填料，所述填料为散堆填料或规整填料。
浓酸吸收段，用于循环使用其内部的浓酸，将氯化氢气体逆流吸收形成浓度较大的浓酸，并将未被吸收的微量氯化氢气体输送至二级盐酸吸收塔。
作为优选，所述的稀酸吸收段和碱液吸收段内分别设有相应的填料(吸收形式均为填料吸收)，填料为散堆填料或规整填料。
稀酸吸收段，用于循环使用其内部的稀酸，将氯化氢气体逆流吸收形成浓度较大的稀酸，并将未被吸收的微量氯化氢气体输送至碱液吸收段；
碱液吸收段，用于循环使用其内部的碱液，将氯化氢气体逆流吸收形成含盐碱液，达到尾气排放标准后送至风机，通过烟囱高空排空。
作为优选，所述的二级盐酸吸收塔的顶部设有除雾器，除雾器下方设有用于连接工业用水的水管的除雾器清洗水进口，用于清洗除雾器。
作为优选，所述一级盐酸循环泵、二级盐酸循环泵、碱液循环泵、尾气风机的数量分别为两个以上。
本发明可处理以下三种工况：
S1.正常工况：厂房内暖通风中的微量氯化氢气体，经一级吸收，即气体通过第二氯化氢吸收单元稀酸吸收段循环吸收，达标排放；
S2.正常工况下：系统间歇排放的氯化氢气体，经两级吸收，即气体通过第一、二氯化氢吸收单元的浓酸吸收段、稀酸吸收段循环吸收，达标排放；
S3.事故工况：暖通风中含有大量的氯化氢，经三级吸收，即气体通过第一、二氯化氢吸收单元的浓酸吸收段、稀酸吸收段、碱液吸收段循环吸收，达标排放。
本发明涉及的相应的进口、出口管道上设有阀门，且与控制系统电连接，用于控制日常工况和事故工况下，系统正常稳定运行。
本发明设备采用高耐腐蚀、耐温材质，保证设备运行安全稳定。
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明采用二个吸收单元，共计三个吸收段，可同时兼顾生产装置日常工况和事故工况的三种不同含氯化氢尾气的净化处理需求，处理流程短、设备少、运行成本低；
2、本发明涉及的二级盐酸吸收塔为组合塔，是水碱两级吸收，吸收效率高、占地面积小；
3、本发明具备尾气净化和事故氯化氢处理功能，同时可以有效保障设备运行安全稳定。
附图说明
图1是电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统的流程示意图；
图2是一级盐酸吸收塔的结构示意图；
图3是二级盐酸吸收塔的结构示意图；
图中：1-一级盐酸吸收塔，2、3-一级盐酸循环泵，4-盐酸产品槽，5-二级盐酸吸收塔，6、7-二级盐酸循环泵，8、9-碱液循环泵，10-碱液循环槽，11-一级盐酸冷却器，12-二级盐酸冷却器，13、14-尾气风机，15-烟囱，201-循环盐酸出口，202-浓酸储液段，203-浓酸吸收段，204-一级盐酸吸收塔液体分布器，205-一级盐酸吸收塔气相出口，206-一级盐酸吸收塔气相进口，301-稀酸出口，302-稀酸储液段，303-稀酸吸收段，304-第一液体分布器，305-升气管，306-碱液出口，307-碱液吸收段，308-第二液体分布器，309-除雾器清洗水进口，310-除雾器，311-二级盐酸吸收塔气相出口，312-碱液储液段，313-二级盐酸吸收塔气相进口。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参照附图1～3，一种电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统，包括相连通的第一氯化氢吸收单元和第二氯化氢吸收单元。
所述的第一氯化氢吸收单元包括一级盐酸吸收塔1，一级盐酸循环泵2、3，盐酸产品槽4和一级盐酸冷却器11，一级盐酸吸收塔的下半部分设有一级盐酸吸收塔气相进口206，一级盐酸吸收塔的底端设有一级盐酸吸收塔液相出口201，一级盐酸吸收塔的内部靠近顶端的位置设有一级盐酸吸收塔液体分布器204，一级盐酸吸收塔液相出口201和一级盐酸吸收塔液体分布器204之间通过管道连接，且连接一级盐酸吸收塔液相出口201和一级盐酸吸收塔液体分布器204的管道上设有一级盐酸循环泵2、3和一级盐酸冷却器11；所述的一级盐酸吸收塔的顶端设有一级盐酸吸收塔气相出口205，一级盐酸吸收塔气相出口205通过管道与二级盐酸吸收塔气相入口313连通。
所述的第二氯化氢吸收单元包括二级盐酸吸收塔5、二级盐酸冷却器12、二级盐酸循环泵6、7、碱液循环泵8、9和碱液循环槽10，所述的二级盐酸吸收塔为两级吸收，包括稀酸吸收段303和碱液吸收段307，二级盐酸吸收塔下半部分设有二级盐酸吸收塔气相进口313，二级盐酸吸收塔的底端设有二级盐酸吸收塔稀酸(循环盐酸)出口301，二级盐酸吸收塔的内部靠近稀酸吸收段顶端的位置设有二级盐酸吸收塔第一液体分布器304，二级盐酸吸收塔稀酸出口301和二级盐酸吸收塔第一液体分布器304之间通过管道连接，连接二级盐酸吸收塔稀酸出口301和二级盐酸吸收塔第一液体分布器304的管道上设有二级盐酸循环泵6、7和二级盐酸冷却器12；所述的碱液吸收段的内部设有升气管305，碱液吸收段底部设有(循环)碱液出口306，连接碱液循环槽10，碱液吸收段的上方设有第二液体分布器308，碱液循环槽10和第二液体分布器308之间通过管道连接，连接碱液循环槽10和第二液体分布器308的管道上设有碱液循环泵8、9，二级盐酸吸收塔的上端设有二级盐酸吸收塔的除雾器310，二级盐酸吸收塔的顶端设有二级盐酸吸收塔气相出口311，二级盐酸吸收塔气相出口311通过管道与尾气风机13、14连通，所述尾气风机13、14与烟囱15连通。
所述的浓酸吸收段203的下方设有浓酸储液段202，浓酸储液段上方设有一级盐酸吸收塔气相进口206，底部设有浓酸出口201，浓酸吸收段的上方设有一级盐酸吸收塔液体分布器204，浓酸出口201通过管道与一级盐酸吸收塔液体分布器204连接，且连接浓酸出口201和一级盐酸吸收塔液体分布器204的管道上设有一级盐酸循环泵2、3和一级盐酸冷却器11，浓酸吸收段上方设有一级盐酸吸收塔液相进口。
所述的稀酸吸收段303的下方设有稀酸储液段302，稀酸储液段302上方设有二级盐酸吸收塔气相进口313，底部设有稀酸出口301，稀酸吸收段303的上方设有第一液体分布器304，盐酸出口301通过管道与第一液体分布器304连接，且连接盐酸出口301和第一液体分布器304的管道上设有二级盐酸循环泵6、7和二级盐酸冷却器12，稀酸吸收段上方设有第一液相进口。
所述的碱液吸收段307的下方设有碱液储液段312，碱液储液段312的内部设有升气管305，碱液储液段底部设有碱液出口306，连接碱液循环槽10，碱液吸收段307的上方设有第二液体分布器308，碱液循环槽10又通过管道与第二液体分布器308连接，连接碱液循环槽10和第二液体分布器308的管道上设有碱液循环泵8、9，碱液吸收段上方设有第二液相进口。
所述的二级盐酸吸收塔顶部配有除雾器310，除雾器310下方设有用于连接工业用水的水管的除雾器清洗水进口309，用以清洗除雾器。
所述的碱液循环槽10上方设有工业水进口、碱液进口，用以配置一定浓度的碱液进行氯化氢吸收，碱液循环槽下方设有碱液出口，在碱液吸收饱和时，将碱液排至污水系统。
所述的浓酸吸收段203、稀酸吸收段303和碱液吸收段307的吸收形式均为填料吸收，填料为散堆填料或规整填料。
基于上述电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统，可处理以下三种工况：
S1.正常工况一：厂房内暖通风中的微量氯化氢气体，经一级吸收，即气体通过第二氯化氢吸收单元稀酸吸收段循环吸收，达标排放；
S2.正常工况二：系统间歇排放的氯化氢气体，经两级吸收，即气体通过第一、二氯化氢吸收单元的浓酸吸收段、稀酸吸收段循环吸收，达标排放；
S3.事故工况：暖通风中含有大量的氯化氢，经三级吸收，即气体通过第一、二氯化氢吸收单元的浓酸吸收段、稀酸吸收段、碱液吸收段循环吸收，达标排放。
上述电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统的具体步骤为：
1)正常工况一：厂房内暖通风中的微量氯化氢气体，其通过风管进入二级盐酸吸收塔的气相进口313，二级盐酸吸收塔储液段的稀盐酸通过二级盐酸循环泵6、7经过二级盐酸冷却器12被输送至二级盐酸吸收塔的第一液体分布器304，循环稀酸平均分布在稀酸吸收段303，微量氯化氢气体和循环稀酸在稀酸吸收段303充分接触吸收，净化达标后的尾气经过二级盐酸吸收塔除雾器310除雾后，通过风机引至烟囱高空排放。
2)正常工况二：系统间歇排放的氯化氢气体，其通过风管进入一级盐酸吸收塔的气相进口206，一级盐酸吸收塔储液段的浓盐酸通过一级盐酸循环泵2、3经过一级盐酸冷却器11被输送至一级盐酸吸收塔液体分布器204，循环盐酸平均分布在浓酸吸收段203，氯化氢气体和循环盐酸在浓酸吸收段203上充分接触吸收，未吸收的微量氯化氢气体继续被输送至二级盐酸吸收塔下半段气相进口313，二级盐酸吸收塔储液段的稀盐酸通过二级盐酸循环泵6、7经过二级盐酸冷却器12被输送至二级盐酸吸收塔的第一液体分布器304，循环稀酸平均分布在稀酸吸收段303，微量氯化氢气体和循环稀酸在稀酸吸收段303进一步接触吸收，净化达标后的尾气经过二级盐酸吸收塔除雾器310除雾后，通过风机引至烟囱高空排放。
3)事故工况：暖通风中含有大量的氯化氢，其通过风管进入一级盐酸吸收塔的气相进口206，二级盐酸吸收塔的工业水连续补入，一级盐酸吸收塔储液段的盐酸通过一级盐酸循环泵2、3经过一级盐酸冷却器11被输送至一级盐酸吸收塔液体分布器204，循环盐酸平均分布在浓酸吸收段203，氯化氢气体和循环盐酸在浓酸吸收段203上充分接触吸收，一级盐酸吸收塔通过一级盐酸循环泵2、3连续输送至界外，未吸收的氯化氢气体继续被输送至二级盐酸吸收塔下半段气相进口313，二级盐酸吸收塔储液段的盐酸通过二级盐酸循环泵6、7经过二级盐酸冷却器12被输送至二级盐酸吸收塔的第一液体分布器304，循环盐酸平均分布在稀酸吸收段303，氯化氢气体和循环稀酸在稀酸吸收段303进一步接触吸收，二级盐酸吸收塔储液段的盐酸通过溢流联系输送至一级盐酸吸收塔，二级盐酸吸收塔稀酸吸收段中未被吸收的微量氯化氢通过升气管305被输送至碱液吸收段307，二级盐酸吸收塔碱液吸收段储液段的碱液通过溢流至碱液循环槽10，碱液循环槽中的碱液通过碱液循环泵8、9被输送至二级盐酸吸收塔的第二液体分布器308，循环碱液平均分布在填料层307，氯化氢气体和循环碱液在填料层307上充分接触吸收，形成含盐碱液，吸收达标后的尾气经过二级盐酸吸收塔除雾器310除雾后，通过风机引至烟囱高空排放。
以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统，其特征在于：所述系统包括连通的第一氯化氢吸收单元和第二氯化氢吸收单元；
所述的第一氯化氢吸收单元包括一级盐酸吸收塔、一级盐酸冷却器、一级盐酸循环泵和盐酸产品槽；所述的一级盐酸吸收塔内设有浓酸吸收段，一级盐酸吸收塔下部与一级盐酸循环泵连通，一级盐酸循环泵的出口连通于一级盐酸冷却器，一级盐酸循环泵的出口还连通于盐酸产品槽，所述的一级盐酸冷却器与一级盐酸吸收塔上部连通；
所述的第二氯化氢吸收单元包括二级盐酸吸收塔、二级盐酸冷却器、二级盐酸循环泵、碱液循环泵和碱液循环槽；所述的二级盐酸吸收塔内由下而上顺次设有稀酸吸收段和碱液吸收段，稀酸吸收段下部与二级盐酸循环泵连通，二级盐酸循环泵的出口连通于二级盐酸冷却器，所述的二级盐酸冷却器与稀酸吸收段上部连通；碱液吸收段下部与碱液循环槽连通，所述的碱液循环槽连通于碱液循环泵，碱液循环泵的出口连通于碱液吸收段的上部；二级盐酸吸收塔的顶端设有二级盐酸吸收塔气相出口，二级盐酸吸收塔气相出口通过尾气风机与烟囱连通。
2.根据权利要求1所述的电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统，其特征在于：所述第一氯化氢吸收单元和第二氯化氢吸收单元分别与控制系统电连接；一级盐酸冷却器的物料出口管道设有第一温度计，一级盐酸冷却器的循环水进口管道设有第一调节阀，且所述的第一温度计和第二调节阀均与控制系统电连接；二级盐酸冷却器的物料出口管道设有第二温度计，二级盐酸冷却器的循环水进口管道设有第二调节阀，第二温度计和第二调节阀均与控制系统电连接。
3.根据权利要求1或2所述的电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统，其特征在于：浓酸吸收段的下方设有浓酸储液段，浓酸储液段上方设有一级盐酸吸收塔气相进口，浓酸储液段底部设有浓酸出口，浓酸吸收段的上方设有一级盐酸吸收塔液体分布器，浓酸出口通过管道与一级盐酸吸收塔液体分布器连通，且连接浓酸出口和一级盐酸吸收塔液体分布器的管道上设有一级盐酸循环泵和一级盐酸冷却器；所述的浓酸吸收段上方设有一级盐酸吸收塔液相进口。
4.根据权利要求3所述的电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统，其特征在于：所述的稀酸吸收段的下方设有稀酸储液段，稀酸储液段上方设有二级盐酸吸收塔气相进口，稀酸储液段底部设有稀酸出口，稀酸吸收段的上方设有第一液体分布器，稀酸出口通过管道与第一液体分布器连通，且连接稀酸出口和第一液体分布器的管道上设有二级盐酸循环泵和二级盐酸冷却器；所述的稀酸吸收段上方设有第一液相进口。
5.根据权利要求4所述的电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统，其特征在于：所述的碱液吸收段的下方设有碱液储液段，碱液储液段的内部设有升气管，碱液储液段底部设有碱液出口，所述碱液出口连接碱液循环槽，碱液吸收段的上方设有第二液体分布器，碱液循环槽又通过管道与第二液体分布器连通，连接碱液循环槽和第二液体分布器的管道上设有碱液循环泵；所述的碱液吸收段上方设有第二液相进口。
6.根据权利要求5所述的电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统，其特征在于：所述一级盐酸吸收塔顶部设有一级盐酸吸收塔气相出口，所述一级盐酸吸收塔气相出口与二级盐酸吸收塔气相进口连通，所述稀酸储液段与浓酸储液段相连通。
7.根据权利要求1所述的电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统，其特征在于：一级盐酸吸收塔的浓酸吸收段内设有填料，所述填料为散堆填料或规整填料。
8.根据权利要求1所述的电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统，其特征在于：所述的稀酸吸收段和碱液吸收段内分别设有相应的填料，所述填料为散堆填料或规整填料。
9.根据权利要求1所述的电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统，其特征在于：所述的二级盐酸吸收塔的顶部设有除雾器，除雾器下方设有用于连接工业用水的水管的除雾器清洗水进口。
10.根据权利要求9所述的电子级氯化氢生产过程中尾气净化和事故氯化氢处理系统，其特征在于：所述一级盐酸循环泵、二级盐酸循环泵、碱液循环泵、尾气风机的数量分别为两个以上。
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