RU2440928C2 - Method of processing silicon-containing wastes using flame hydrolysis and apparatus for realising said method - Google Patents
Method of processing silicon-containing wastes using flame hydrolysis and apparatus for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2440928C2 RU2440928C2 RU2010102133/05A RU2010102133A RU2440928C2 RU 2440928 C2 RU2440928 C2 RU 2440928C2 RU 2010102133/05 A RU2010102133/05 A RU 2010102133/05A RU 2010102133 A RU2010102133 A RU 2010102133A RU 2440928 C2 RU2440928 C2 RU 2440928C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flame
- hydrolysis
- waste
- wastes
- gaseous
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
- Incineration Of Waste (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химическим технологиям получения диоксида кремния из отходов, а именно к способам получения пирогенного диоксида кремния методом пламенного гидролиза газообразных или испаряемых соединений кремния и устройствам для их осуществления. Изобретение может быть использовано для получения товарного пирогенного диоксида кремния при промышленной утилизации некоторых кремнийсодержащих отходов. А именно, смеси жидких соединений кремния - хлорсиланов, представляющих собой трудно утилизируемые побочные продукты производства полупроводниковых материалов, а также абгазы синтеза исходных материалов для таких производств, в частности, трихлорсилана (ТХС), которые могут быть совместно переработаны с получением товарного пирогенного диоксида кремния и возвратом выделяемого при этом хлористого водорода в основное производство кремния.The invention relates to chemical technologies for producing silicon dioxide from waste, and in particular to methods for producing fumed silicon dioxide by flame hydrolysis of gaseous or vaporized silicon compounds and devices for their implementation. The invention can be used to obtain commercial pyrogenic silicon dioxide in the industrial utilization of certain silicon-containing waste. Namely, mixtures of liquid silicon compounds - chlorosilanes, which are difficult to utilize by-products of the production of semiconductor materials, as well as synthesis phases for the starting materials for such industries, in particular trichlorosilane (TCS), which can be processed together to produce commercial pyrogenic silicon dioxide and returning the hydrogen chloride released in this process to the main silicon production.
Пирогенный диоксид кремния, в основном, производят путем совместного сжигания негорючих паров четыреххлористого кремния (ЧХК) с водородсодержащим топливным газом в кислородсодержащем газе, обычно - в воздухе (международная заявка WO 95/29872 от 9 ноября 1995 г.). Реагенты предварительно перемешивают и подают в центральную трубу горелки, сопловая часть которой входит в реакционную камеру (гидролизер). Горелки, которые в диаметре могут быть от 20 до 100 мм, преимущественно от 50 до 70 мм, производят устойчивое, в форме конуса, пламя. Вокруг наружного диаметра часто имеется тонкий концентричный кольцевой поток чистого водородсодержащего газа (водорода или метана) для стабилизации горения, предотвращения зарастания горелки отложениями диоксида кремния (ДК) и для обеспечения полноты реакции.Pyrogenic silicon dioxide is mainly produced by co-burning non-combustible vapors of silicon tetrachloride (CCC) with a hydrogen-containing fuel gas in an oxygen-containing gas, usually in air (international application WO 95/29872 of November 9, 1995). The reagents are pre-mixed and fed into the central tube of the burner, the nozzle part of which is included in the reaction chamber (hydrolyzer). Burners, which in diameter can be from 20 to 100 mm, mainly from 50 to 70 mm, produce a stable, cone-shaped flame. Around the outer diameter there is often a thin concentric annular stream of pure hydrogen-containing gas (hydrogen or methane) to stabilize combustion, prevent burner overgrowth from deposits of silicon dioxide (DC) and to ensure the completeness of the reaction.
В пламени происходит гидролиз паров исходного кремнийсодержащего вещества - ЧХК (прекурсора) с образованием зародышевых частиц диоксида кремния, которые увеличиваются в размере за счет поверхностных реакций и механизма «соударения/коалесценции» с образованием так называемых первичных частиц. Далее при соударениях за счет коалесценции/коагуляции первичные частицы образуют агрегаты или кластеры, чей максимальный размер и форма определяются, в основном, температурой пламени, концентрацией ДК и временем пребывания в пламени. Из-за гомогенности газовой смеси условия реакции и, следовательно, условия для образования и роста каждой частицы ДК являются в основном идентичными, и в результате получают частицы с узким распределением размеров. Получаемые порошки ДК аморфны, обладают удельной площадью поверхности (УПП), измеряемой методом адсорбции газов (БЭТ-методом), в диапазоне от 100 до 400 м2/г и гидрофильными свойствами поверхности. Такой способ получения ДК называют пламенным гидролизом, а продукт - пирогенным ДК.In a flame, hydrolysis of the vapors of the initial silicon-containing substance — CCC (precursor) — occurs with the formation of germinal particles of silicon dioxide, which increase in size due to surface reactions and the “collision / coalescence” mechanism with the formation of so-called primary particles. Further, during collisions due to coalescence / coagulation, primary particles form aggregates or clusters whose maximum size and shape are determined mainly by flame temperature, concentration of DCs and residence time in the flame. Due to the homogeneity of the gas mixture, the reaction conditions and, therefore, the conditions for the formation and growth of each DC particle are basically identical, and as a result particles with a narrow size distribution are obtained. The obtained DC powders are amorphous, have a specific surface area (SCP), measured by gas adsorption (BET), in the range from 100 to 400 m 2 / g and hydrophilic surface properties. This method of obtaining DC is called flame hydrolysis, and the product is pyrogenic DC.
Кроме парофазного ввода используют жидкофазный метод, заключающийся в диспергировании прекурсора и вводе его в пламя в виде мельчайших капель жидкости. Попадая в область высоких температур, капли жидкости быстро испаряются и далее пламенные процессы протекают так же, как и при парофазном методе ввода. Выбор метода ввода прекурсора в пламя обычно зависит от температуры его кипения. Принято считать (патент США 6,322,765 от 27.11.2001 г.), что при температурах кипения до 130°С удобнее использовать парофазный метод ввода. При температурах кипения жидкости свыше 130°С жидкость диспергируют с помощью форсунки и вводят в пламя, часто в виде смеси с диспергирующим газом. При сжигании в качестве прекурсора негалогенированного силоксана (заявка US 2002/0041963 A1, 11 апреля 2002) могут использоваться оба метода ввода прекурсора в камеру сгорания. Жидкофазный метод имеет преимущество в том, что в пламя можно вводить жидкости, которые имеют очень низкую летучесть, жидкости с примесями твердой фазы или смеси жидкостей с сильно различающейся температурой кипения.In addition to vapor-phase input, a liquid-phase method is used, which consists in dispersing the precursor and introducing it into the flame in the form of tiny drops of liquid. Falling into the region of high temperatures, liquid droplets quickly evaporate and then flame processes proceed in the same way as with the vapor-phase injection method. The choice of method for introducing the precursor into the flame usually depends on its boiling point. It is generally accepted (US patent 6,322,765 of 11/27/2001) that at a boiling point up to 130 ° C it is more convenient to use the vapor-phase input method. At liquid boiling points above 130 ° C, the liquid is dispersed using a nozzle and injected into the flame, often in the form of a mixture with dispersing gas. When burning a non-halogenated siloxane as a precursor (application US 2002/0041963 A1, April 11, 2002), both methods of introducing the precursor into the combustion chamber can be used. The liquid phase method has the advantage that liquids which have a very low volatility, liquids with impurities of a solid phase or a mixture of liquids with very different boiling points can be introduced into the flame.
Известен способ получения пирогенного диоксида кремния из хлорсиланов и их смесей (патент US №7351388 от 1 апреля 2008). При использовании смеси хлорсиланов доля ЧХК не может быть ниже 60% мас. В изобретении используют парофазный метод ввода прекурсора, поскольку присутствия высококипящих компонентов (ВК) не предусмотрено. Нижний концентрационный предел ЧХК в смеси обусловлен его негорючестью, которая позволяет надежно перерабатывать в смеси с ЧХК такие особоопасные хлорсиланы, как ТХС. В этом случае пары ЧХК являются преобладающей, дисперсионной средой. В описании патента отсутствуют данные об устройстве, в котором осуществляют способ.A known method of producing fumed silica from chlorosilanes and mixtures thereof (US patent No. 7351388 from April 1, 2008). When using a mixture of chlorosilanes, the percentage of CCC cannot be lower than 60% wt. The invention uses the vapor-phase method of introducing a precursor, since the presence of high-boiling components (VK) is not provided. The lower concentration limit of CCC in the mixture is due to its incombustibility, which allows reliable processing of highly hazardous chlorosilanes such as TCS in a mixture with CCC. In this case, CCC vapors are the predominant dispersion medium. In the description of the patent, there is no data on the device in which the method is carried out.
При использовании в качестве прекурсора кремнийсодержащих отходов, а именно, смесей, содержащих вещества с сильно различающимися температурами кипения, методы парофазного ввода прекурсора оказываются мало пригодными. Усугубляющим является то обстоятельство, что состав отходов может изменяться во времени, приводя к изменению свойств жидкости, влияние которых при парофазном методе ввода очень значительно. Особо опасные кремнийсодержащие вещества, такие как моносилан, ТХС, гексахлордисилан (ГХДС) и ряд других силанов, способны к взрывному реагированию с влагой окружающего воздуха. Для таких жидких систем предпочтительным является жидкофазный метод ввода прекурсора с использованием так называемого соплового смешения, когда контактирование прекурсора с участвующими газами и образование дисперсий происходят на выходе из сопел смесительного устройства. Понятно, что газы, используемые для диспергирования таких жидких отходов, должны быть сухими для предотвращения преждевременного гидролиза, приводящего к образованию отложений ДК.When using silicon-containing waste as a precursor, namely, mixtures containing substances with very different boiling points, the methods of vapor-phase input of the precursor are not very suitable. Compounding is the fact that the composition of the waste can change over time, leading to a change in the properties of the liquid, the effect of which is very significant with the vapor-phase input method. Particularly dangerous silicon-containing substances, such as monosilane, TCS, hexachlorodisilane (HCDS) and a number of other silanes, are capable of explosive reaction with ambient air moisture. For such liquid systems, the liquid-phase method of introducing the precursor using the so-called nozzle mixing is preferable, when the precursor is contacted with the participating gases and dispersions form at the outlet of the nozzles of the mixing device. It is understood that the gases used to disperse such liquid wastes must be dry to prevent premature hydrolysis leading to the formation of DC deposits.
Нежелательные отложения ДК часто образуются не только на смесительном устройстве, но и на внутренней поверхности стенок камеры сгорания (гидролизера). Подвергаясь воздействию высоких температур пламени, отложения оплавляются, затвердевают и, отваливаясь от стенок, могут перекрыть выходное отверстие из гидролизера.Unwanted deposits of DC are often formed not only on the mixing device, but also on the inner surface of the walls of the combustion chamber (hydrolyzer). When exposed to high flame temperatures, the deposits melt, harden and, falling off the walls, can block the outlet of the hydrolyzer.
Известны реактор синтеза ДК и способ его получения пламенным гидролизом (патент РФ №2378194, опубл. 10.01.2010). Реактор синтеза ДК состоит из горизонтального цилиндрического корпуса, горелочного устройства, узла управления и ввода реагирующих потоков, патрубков вывода смеси абгазов и ДК. В корпусе реактора установлен стабилизатор пламени, состоящий из двух коаксиально расположенных труб, причем наружная труба, выполненная в форме сопла Лаваля, имеет конфузор и перфорированный диффузор, при этом диаметр центрального канала горелочного устройства относится к диаметру внутренней трубы стабилизатора пламени как 1:(1,1÷1,2).Known reactor for the synthesis of DC and a method for its production by flame hydrolysis (RF patent No. 2378194, publ. 10.01.2010). The synthesis reactor for a DC consists of a horizontal cylindrical body, a burner, a control and input unit for reacting flows, branch pipes for a mixture of exhaust gases and a DC. A flame stabilizer is installed in the reactor vessel, consisting of two coaxially arranged pipes, the outer pipe made in the form of a Laval nozzle having a confuser and a perforated diffuser, while the diameter of the central channel of the burner device refers to the diameter of the inner pipe of the flame stabilizer as 1: (1, 1 ÷ 1,2).
Способ получения ДК включает гидролиз кремнийсодержащих жидкостей в среде водорода в присутствии нагретого воздуха, который подают в зону горения по центральному каналу горелочного устройства со скоростью звука. Реактор состоит из горизонтального цилиндрического корпуса, горелочного многоканального устройства, узла управления и ввода реагирующих потоков, стабилизатора пламени, патрубка вывода смеси абгазов и диоксида кремния.A method for producing a DC includes the hydrolysis of silicon-containing liquids in a hydrogen medium in the presence of heated air, which is fed into the combustion zone through the central channel of the burner device at the speed of sound. The reactor consists of a horizontal cylindrical body, a multi-channel burner device, a control unit and input reactive streams, a flame stabilizer, a nozzle for the withdrawal of a mixture of gases and silicon dioxide.
Использование такого устройства в случае избыточной подачи кислородсодержащего газа может привести к резкому снижению температуры пламени и прекращения процесса гидролиза. Способ может быть использован только при переработке определенных соединений кремния, в частности, органосилоксанов. Таким образом, устройство и способ по данному патенту, относящиеся по существу к процессу пиролиза и окисления, не могут быть использованы для переработки отходов производства ТХС.The use of such a device in the event of an excess supply of oxygen-containing gas can lead to a sharp decrease in the flame temperature and termination of the hydrolysis process. The method can only be used in the processing of certain silicon compounds, in particular organosiloxanes. Thus, the device and method according to this patent, which relate essentially to the process of pyrolysis and oxidation, cannot be used for processing waste products from TCS.
Известны способ для переработки соединений кремния пламенным гидролизом с получением пирогенного ДК и горелка для его осуществления. Способ включает подачу в реакционное пространство парогазового потока, вводимого через пятиканальную трубчатую горелку, при этом в центральную трубу подают кислородсодержащий газ, во вторую - водообразующий газ, в третью - предварительно перемешанную смесь соединения кремния с кислородсодержащим газом и в пятую - кислородсодержащий газ.A known method for processing silicon compounds by flame hydrolysis to obtain pyrogenic DC and a burner for its implementation. The method includes feeding a gas-vapor stream into the reaction space introduced through a five-channel tube burner, with an oxygen-containing gas being supplied to the central tube, a water-forming gas to the second, a pre-mixed mixture of the silicon compound with the oxygen-containing gas, and a fifth-oxygen-containing gas.
Полученную в реакционном пространстве смесь дымовых газов, содержащих порошок ДК, после охлаждения до 200°С направляют в рукавный фильтр со струйной импульсной регенерацией, получая таким образом товарный продукт - пирогенный ДК. Описанная в патенте горелка имеет заданное соотношение диаметров кольцевых каналов, в центральной трубе по оси установлен завихритель потока и у выходного отверстия с зазором установлен конический или цилиндроконический вытеснитель потока (см. патент РФ №2350559, опубл. 27.03.2009).The mixture of flue gases containing DC powder obtained in the reaction space, after cooling to 200 ° C, is sent to a bag filter with jet pulse regeneration, thereby obtaining a marketable product - pyrogenic DC. The burner described in the patent has a predetermined ratio of the diameters of the annular channels, a flow swirl is installed along the axis in the central pipe, and a conical or cylindrical conical flow displacer is installed at the outlet with a gap (see RF patent No. 2350559, publ. March 27, 2009).
В части способа данный патент защищает парофазный метод введения прекурсора в пламя, и он не может быть перенесен на переработку жидких отходов производства ТХС.In terms of the method, this patent protects the vapor-phase method of introducing the precursor into the flame, and it cannot be transferred to the processing of liquid waste produced by TCS.
Известны способ получения ДК из кремнийсодержащих отходов пламенным гидролизом и устройство для его осуществления, принятые за прототип (патентная заявка US 2004/0216494 А1, опубликована 4.11.2004 г.).A known method of obtaining DC from silicon-containing waste by flame hydrolysis and a device for its implementation, adopted as a prototype (patent application US 2004/0216494 A1, published on November 4, 2004).
Данный способ включает взаимодействие водородсодержащих компонентов с кислородсодержащим газом с получением гидролизного пламени, ввод в гидролизное пламя диспергированных отходов, содержащих соединения кремния, пламенный гидролиз последних с получением смеси пирогенного ДК с газами и охлаждение пламени охватывающим его потоком охлаждающей среды.This method involves the interaction of hydrogen-containing components with an oxygen-containing gas to produce a hydrolysis flame, introducing dispersed wastes containing silicon compounds into the hydrolysis flame, flame hydrolysis of the latter to produce a mixture of pyrogenic DC with gases, and cooling the flame by the flow of cooling medium surrounding it.
Известное устройство для пламенного гидролиза (гидролизер) включает цилиндроконический корпус, причем коническая часть корпуса в вершине конуса имеет патрубок для вывода образующейся аэросуспензии, крышку, в центре которой коаксиально укреплено струйное смесительное устройство, представляющее собой множество из трех и более коаксиальных каналов, первый из которых, центральный, служит для ввода жидких отходов, второй, считая от центрального, кольцевой - для ввода диспергирующего газа, а в третий кольцевой канал подают кислородсодержащий газ, при этом по периферии относительно смесительного устройства укреплено устройство для охлаждения пламени.The known device for flame hydrolysis (hydrolyzer) includes a cylindrical housing, the conical part of the housing at the top of the cone having a nozzle for discharging the resulting aerosuspension, a cover in the center of which a jet mixing device is coaxially mounted, which is a set of three or more coaxial channels, the first of which , central, serves to enter liquid waste, the second, counting from the central, annular - to enter dispersing gas, and oxygen-containing is fed into the third annular channel second gas, wherein at the periphery of the mixing device relative reinforced apparatus for cooling a flame.
Способ-прототип можно использовать для эффективного сжигания жидкостей, таких как отходные продукты, включающие кремнийсодержащие вещества. В данном изобретении в качестве жидких отходов используют горючие органокремниевые жидкости, такие как тетраметоксисилан, гексаметилдисилоксан, гексаметилдисилазан и др. Поэтому водородсодержащие компоненты для создания гидролизной среды берутся из самой жидкости при ее пиролитическом разложении в зоне высоких температур. Для охлаждения пламени используется распыленная форсунками вода. Для достижения стабильного горения используется так называемый держатель пламени, установленный в непосредственной близости от сопла центральной трубы, по которой вводится жидкость. Для борьбы с отложениями на стенках гидролизера предложено использовать пневматические пушки, установленные по всей длине корпуса, а также механические скребки, приводимые в действие с помощью цепей.The prototype method can be used to efficiently burn liquids, such as waste products, including silicon-containing substances. In the present invention, combustible organosilicon liquids, such as tetramethoxysilane, hexamethyldisiloxane, hexamethyldisilazane, etc. are used as liquid wastes. Therefore, hydrogen-containing components are taken from the liquid itself to create a hydrolysis medium during its pyrolytic decomposition in the high temperature zone. To cool the flame, water sprayed by nozzles is used. To achieve stable combustion, a so-called flame holder is used, which is installed in close proximity to the nozzle of the central pipe through which liquid is introduced. To combat deposits on the walls of the hydrolyzer, it is proposed to use pneumatic guns installed along the entire length of the body, as well as mechanical scrapers driven by chains.
Однако известные способ и устройство имеют ограничения по составу перерабатываемых отходов, в частности, не предусматривают переработку газообразных отходов, включающих кремнийсодержащие вещества. Отсутствие каналов для ввода газов, обеспечивающих наличие кольцевого пилотного пламени вокруг гидролизного пламени, снижает вероятность стабильного горения, что может привести к погасанию пламени со всеми нежелательными последствиями. Ввод распыленной воды через форсунку, установленную сбоку от пламени, может также привести к потере устойчивости гидролизного пламени. Вместе с тем, ввод большого количества охлаждающей воды непосредственно в гидролизер также крайне нежелателен, поскольку образующаяся аэросуспензия перегружается парами воды, что крайне нежелательно для работы оборудования выделения и транспортировки порошкового материала. Охлаждающие потоки неравномерно распределены по периферии, что способствует спеканию отложений диоксида кремния на внутренней стенке гидролизера. Наличие держателя пламени в непосредственной близости от сопел смесительного устройства чревато образованием наростов твердых отложений диоксида кремния, которые нарушают нормальную работу сопел, искажают форму пламени и даже полностью забивают выходные отверстия смесительного устройства, приводя к полной остановке процесса. Работа пневматических пушек (периодические импульсные разряды сжатого воздуха) для удаления отложений с поверхности внутренних стенок камеры сгорания также несет опасность сбивания пламени, приводящего к полному его погасанию. Неконтролируемый приток кислородсодержащего газа во время работы пневматических пушек приведет к повышению содержания свободного хлора (в случае сжигания хлорсодержащих отходов) в отходящей аэросуспензии, что усложнит ее обработку. Для удаления отложений необходим скребковый механизм с цепным приводом. Таким образом, известное устройство является сложным, а процесс мало эффективным.However, the known method and device have limitations on the composition of the processed waste, in particular, do not provide for the processing of gaseous waste, including silicon-containing substances. The absence of channels for the introduction of gases, ensuring the presence of an annular pilot flame around the hydrolysis flame, reduces the likelihood of stable combustion, which can lead to the extinction of the flame with all undesirable consequences. The introduction of sprayed water through a nozzle mounted to the side of the flame can also lead to a loss of stability of the hydrolysis flame. At the same time, introducing a large amount of cooling water directly into the hydrolyzer is also highly undesirable, since the resulting aerosuspension is overloaded with water vapor, which is extremely undesirable for the operation of equipment for the separation and transportation of powder material. Cooling streams are unevenly distributed around the periphery, which contributes to the sintering of silicon dioxide deposits on the inner wall of the hydrolyzer. The presence of a flame holder in the immediate vicinity of the nozzles of the mixing device is fraught with the formation of outgrowths of solid deposits of silicon dioxide, which interfere with the normal operation of the nozzles, distort the shape of the flame and even completely block the outlet openings of the mixing device, leading to a complete stop of the process. The operation of pneumatic guns (periodic pulsed discharges of compressed air) to remove deposits from the surface of the inner walls of the combustion chamber also carries the danger of knocking down the flame, leading to its complete extinction. An uncontrolled supply of oxygen-containing gas during the operation of pneumatic guns will lead to an increase in the content of free chlorine (in the case of burning chlorine-containing waste) in the exhaust air suspension, which will complicate its processing. A scraper mechanism with a chain drive is required to remove deposits. Thus, the known device is complex, and the process is not very effective.
Техническим результатом заявленного изобретения является устранение указанных недостатков, а именно создание универсального способа для переработки жидких и газообразных отходов, включающих кремнийсодержащие вещества, повышение стабильности пламени, снижение образования отложений диоксида кремния на соплах смесительного устройства и поверхности внутренней стенки корпуса, упрощение конструкции гидролизера, а также повышение эффективности процесса в целом.The technical result of the claimed invention is to eliminate these drawbacks, namely the creation of a universal method for processing liquid and gaseous wastes, including silicon-containing substances, increasing flame stability, reducing the formation of silicon dioxide deposits on the nozzles of the mixing device and the surface of the inner wall of the housing, simplifying the design of the hydrolyzer, and increasing the efficiency of the process as a whole.
Технический результат достигается тем, что в способе переработки кремнийсодержащих отходов пламенным гидролизом, включающем подачу в реакционное пространство через многоканальное коаксиальное смесительное устройство парогазового потока водородсодержащих компонентов и кислородсодержащего газа, их взаимодействие с получением гидролизного пламени, ввод в гидролизное пламя диспергированных отходов, содержащих соединения кремния, с подачей исходных жидких отходов в центральный канал, пламенный гидролиз диспергированных отходов с получением дымовых газов, содержащих пирогенный диоксид кремния, и охлаждение пламени охватывающим его потоком охлаждающей среды, согласно изобретению пламенному гидролизу подвергают совместно жидкие и газообразные отходы производства трихлорсилана, содержащие преимущественно хлорсиланы и газообразный водород с примесями хлорсиланов соответственно, при этом газообразные отходы используют для диспергирования жидких отходов и/или для создания кольцевого пилотного пламени, окружающего гидролизное пламя.The technical result is achieved by the fact that in the method of processing silicon-containing waste by flame hydrolysis, which includes supplying a vapor-gas stream of hydrogen-containing components and an oxygen-containing gas to the reaction space through a multi-channel coaxial mixing device, their interaction with the production of a hydrolysis flame, introducing dispersed waste containing silicon compounds into the hydrolysis flame, with the feed of the initial liquid waste into the central channel, flame hydrolysis of dispersed waste with By irradiating flue gases containing fumed silica and cooling the flame with a stream of cooling medium enclosing it, according to the invention, liquid and gaseous wastes of trichlorosilane production are predominantly flame-containing, containing mainly chlorosilanes and hydrogen gas with impurities of chlorosilanes, respectively, while gaseous wastes are used to disperse liquid waste and / or to create an annular pilot flame surrounding the hydrolysis flame.
Кроме того,Besides,
- при диспергировании жидких отходов газообразными отходами последние подают под давлением 0,1-1,0 МПа, подачу в реакционное пространство газообразных отходов осуществляют через второй от центрального коаксиальный канал смесительного устройства, при этом количество отходов составляет 3-50% от общего количества, подаваемого на пламенный гидролиз;- when dispersing liquid waste with gaseous waste, the latter is fed under a pressure of 0.1-1.0 MPa, gaseous waste is fed into the reaction space through the second from the central coaxial channel of the mixing device, while the amount of waste is 3-50% of the total amount supplied on flame hydrolysis;
- для создания кольцевого пилотного пламени используют смесь газообразных отходов и кислородсодержащего газа при соотношении (90-20):(10-80), при этом газообразные отходы подают в реакционное пространство через четвертый канал смесительного устройства, а кислородсодержащий газ - через третий и пятый соответственно;- to create an annular pilot flame using a mixture of gaseous waste and oxygen-containing gas at a ratio of (90-20) :( 10-80), while gaseous waste is fed into the reaction space through the fourth channel of the mixing device, and oxygen-containing gas through the third and fifth, respectively ;
- в качестве охлаждающей среды используют увлажненный парами воды азот при температуре от 10 до 40°С;- as a cooling medium using nitrogen moistened with water vapor at a temperature of from 10 to 40 ° C;
- в качестве охлаждающей среды используют дымовые газы после выделения из них диоксида кремния и хлористого водорода.- flue gases are used as cooling medium after the separation of silicon dioxide and hydrogen chloride from them.
Технический результат достигается с использованием заявленного устройства для переработки кремнийсодержащих отходов пламенным гидролизом, включающего цилиндроконический корпус, крышку, расположенную на цилиндрической части корпуса, многоканальное струйное смесительное устройство, укрепленное в центре крышки, устройство для охлаждения пламени, укрепленное по периферии поверхности крышки относительно смесительного устройства, патрубок для вывода образующихся дымовых газов, установленный в вершине конуса конической части корпуса, в котором согласно изобретению устройство для охлаждения пламени выполнено в виде конической вставки, меньшим основанием жестко закрепленной на внутренней поверхности крышки и большим основанием вплотную примыкающей к цилиндрической стенке корпуса соосно со смесительным устройством, образуя тем самым периферийное кольцевое пространство треугольного сечения, при этом по краю большего основания вставки, расположенного по уровню ниже крышки на 0,1-0,6 диаметра корпуса, выполнены окна или прорези, а на периферии поверхности крышки или на примыкающей к ней части корпуса, ограничивающих периферийное кольцевое пространство, установлен один и более патрубков для ввода охлаждающей среды.The technical result is achieved using the inventive device for processing silicon-containing waste by flame hydrolysis, including a cylindrical conical body, a cover located on the cylindrical part of the body, a multi-channel jet mixing device mounted in the center of the cover, a flame cooling device mounted on the periphery of the surface of the cover relative to the mixing device, a pipe for outputting the resulting flue gas, mounted at the top of the cone of the conical part of the housing, in which according to the invention the device for cooling the flame is made in the form of a conical insert with a smaller base rigidly fixed to the inner surface of the lid and a large base adjacent to the mixing device adjacent to the cylindrical wall of the housing, thereby forming a peripheral annular space of triangular section, with the edge being larger the base of the insert, located at a level below the cover by 0.1-0.6 of the diameter of the case, made windows or slots, and on the periphery of the surface of the cover or rimykayuschey thereto body portion, bounding the peripheral annulus mounted one or more nozzles for entry of the cooling medium.
Кроме того, вырезы в конической вставке выполнены в форме треугольников с вершинами, направленными к ее оси, при этом расстояние между краями вырезов по окружности составляет не более 3% от диаметра окружности большего основания вставки.In addition, the cuts in the conical insert are made in the form of triangles with vertices directed to its axis, while the distance between the edges of the cuts along the circumference is no more than 3% of the diameter of the circle of the larger base of the insert.
Сущность способа заключается в следующем.The essence of the method is as follows.
Жидкие отходы синтеза ТХС представляют собой смесь соединений кремния, в основном ЧХК (до 50-80% мас.), ТХС (до 20-30% мас.), ДХС (до 0,5-2,0% мас.) и высококипящих (ВК), включая ГХДС, до 0,5-2,0% мас. В предложенном способе диспергирование жидких отходов проводят абгазами производства ТХС, подаваемыми с давлением от 0,1 до 1,0 МПа, причем их количество составляет от 3 до 50% от их общего количества, подаваемого на пламенный гидролиз, или кислородсодержащим газом с давлением от 0,1 до 1,0 МПа, при этом его количество составляет от 3 до 10% от общего количества, подаваемого на пламенный гидролиз.The liquid waste of the synthesis of TCS is a mixture of silicon compounds, mainly CHC (up to 50-80% wt.), TCS (up to 20-30% wt.), DCS (up to 0.5-2.0% wt.) And high-boiling (VK), including HCDS, up to 0.5-2.0% wt. In the proposed method, the dispersion of liquid waste is carried out by exhaust gases produced by TCS supplied with a pressure of from 0.1 to 1.0 MPa, and their amount is from 3 to 50% of their total amount supplied to flame hydrolysis, or an oxygen-containing gas with a pressure of from 0 , 1 to 1.0 MPa, while its amount is from 3 to 10% of the total amount supplied to flame hydrolysis.
По предлагаемому способу в качестве охлаждающей среды используют насыщенный парами воды азот при температуре от 10 до 40°С. Для создания пилотного пламени используют кислородсодержащий газ в количестве от 10 до 80% от его общего количества, подаваемого на пламенный гидролиз, и абгазы производства ТХС в количестве от 10 до 100% от их общего количества, подаваемого в процесс.The proposed method as a cooling medium using nitrogen saturated with water vapor at a temperature of from 10 to 40 ° C. To create a pilot flame, oxygen-containing gas is used in an amount of from 10 to 80% of its total amount supplied to flame hydrolysis, and TCA production gases in an amount of from 10 to 100% of their total amount supplied to the process.
Таким образом, в процесс получения пирогенного ДК вовлекают и жидкие, и газообразные отходы производства ТХС с комплексным использованием всех ценных компонентов. Для осуществления этого способа предложено устройство (гидролизер), которое включает цилиндроконический корпус, причем коническая часть корпуса, в вершине конуса, имеет патрубок для вывода образующихся дымовых газов в смеси с пирогенным ДК, крышку, в центре которой коаксиально укреплено струйное смесительное устройство, при этом по периферии относительно смесительного устройства укреплено устройство для охлаждения пламени. Струйное смесительное устройство содержит пять коаксиальных каналов. Новым в конструкции устройства является выполнение устройства для охлаждения пламени, обеспечивающее требуемый температурный режим в реакционном пространстве за счет поддержания равномерного горения пламени и исключения преждевременного образования частиц ДК и забивания струйного смесительного устройства (сопел горелки).Thus, both liquid and gaseous wastes from the production of TCS with the integrated use of all valuable components are involved in the process of obtaining pyrogenic DC. To implement this method, a device (hydrolyzer) is proposed that includes a cylindrical conical housing, the conical part of the housing at the apex of the cone having a nozzle for discharging the generated flue gases in a mixture with pyrogenic recreation center, a lid in the center of which a jet mixing device is coaxially mounted, while around the periphery relative to the mixing device, a device for cooling the flame is strengthened. The jet mixing device contains five coaxial channels. New in the design of the device is the implementation of a device for cooling the flame, providing the required temperature in the reaction space by maintaining uniform flame burning and eliminating premature formation of DC particles and clogging of the jet mixing device (burner nozzles).
При осуществлении способа в первый канал (центральный) смесительного устройства вводят жидкие отходы, во второй, считая от центрального, кольцевой - вводят диспергирующий газ - абгазы производства ТХС, в третий кольцевой канал подают кислородсодержащий газ, в четвертый кольцевой канал подают абгазы синтеза ТХС, а в пятый - кислородсодержащий газ.When the method is implemented, liquid waste is introduced into the first channel (central) of the mixing device, the dispersing gas — TAC production gases — is introduced into the second, counting from the central, annular channel, oxygen-containing gas is fed into the third ring channel, and the TCS synthesis gases are fed into the fourth ring channel, and the fifth - oxygen-containing gas.
Поскольку жидкие отходы представляют собой побочные продукты синтеза ТХС и содержат смесь соединений кремния, в основном ЧХК (до 50÷80% мас.), ТХС (до 20÷50% мас.), ДХС (до 0,5÷2,0% мас.) и высококипящих (ВК), включая ГХДС до 0,5-2,0% мас., а газообразные - абгазы синтеза ТХС, содержат в основном водород с примесями ТХС, ЧХК и HCl, то их совместная переработка создает благоприятные условия для осуществления процесса пламенного гидролиза. Действительно, абгазы синтеза ТХС, значительную часть которых составляет водород, представляют собой водородсодержащий газ, без которого невозможно создание среды гидролиза, а также пилотного пламени, являющегося периферийным источником постоянного поджига гидролизного пламени и, поэтому, стабилизирующим фактором пламенного процесса. Незначительное содержание в абгазах хлорсиланов обеспечивает отсутствие в абгазах паров воды, что делает их гарантированно абсолютно «сухими» и позволяет одновременно использовать их для диспергирования жидких смесей, содержащих такие особо опасные вещества, как ТХС и ГХДС.Since liquid wastes are by-products of the synthesis of TCS and contain a mixture of silicon compounds, mainly CHC (up to 50 ÷ 80% wt.), TCS (up to 20 ÷ 50% wt.), DCS (up to 0.5 ÷ 2.0% wt.) and high-boiling (VC), including HCDS up to 0.5-2.0 wt.%, and gaseous - exhaust gases of the synthesis of TCS, contain mainly hydrogen with impurities of TCS, CCC and HCl, their combined processing creates favorable conditions for the implementation of the flame hydrolysis process. Indeed, the phases of synthesis of TCS, a large part of which is hydrogen, are a hydrogen-containing gas, without which it is impossible to create a hydrolysis medium, as well as a pilot flame, which is a peripheral source of constant ignition of the hydrolysis flame and, therefore, a stabilizing factor of the flame process. The low content of chlorosilanes in the gases ensures that there is no water vapor in the gases, which makes them guaranteed to be absolutely “dry” and allows them to be simultaneously used to disperse liquid mixtures containing such highly hazardous substances as TCS and HCDS.
Использование части кислородсодержащего газа и части абгазов для создания кольцевого пилотного пламени, окружающего гидролизное пламя, существенно повышает стабильность пламени за счет существования постоянного периферийного источника поджига.The use of part of the oxygen-containing gas and part of the exhaust gas to create an annular pilot flame surrounding the hydrolysis flame significantly increases the stability of the flame due to the existence of a constant peripheral source of ignition.
При проведении диспергирования жидких отходов частью кислородсодержащего газа, подаваемого с давлением от 0,1 до 1,0 МПа, при котором его количество составляет от 3 до 10% от их общего количества, подаваемого на пламенный гидролиз, используют пневматические форсунки. Такой метод обеспечивает качественный распыл жидкости с получением требуемых минимальных размеров капель и равномерной плотности факела распыла. При этом кислородсодержащий газ должен быть сухим. Конкретное количество газа зависит от конструкции распылительной головки форсунки. Проведение диспергирования жидких отходов частью абгазов, подаваемых с давлением от 0,1 до 1,0 МПа, при котором их количество составляет от 3 до 50% от их общего количества, подаваемого на пламенный гидролиз, также предусматривает использование распространенных в технике пневматических форсунок и позволяет получить смесь капель и паров прекурсора с газом, дающим при окислении гидролизную среду. В отличие от прототипа заявляемый способ исключает преждевременный гидролиз в непосредственной близости от центрального сопла смесительного устройства. Абгазы производства ТХС должны быть поданы на диспергирование при повышенном давлении, т.е. обладать потенциальной энергией, не ниже, чем сжатый воздух по прототипу. Конкретное количество абгазов, подаваемых в указанном диапазоне (от 3 до 50%), зависит от конструкции распылительной головки форсунки (в изобретении не рассматривается). Так, проведение диспергирования жидких отходов методом механического распыления с использованием давления самих жидких отходов, составляющего величину от 0,1 до 5,0 МПа, предусматривает использование одноканальных (механических) форсунок. Такой метод диспергирования не требует высокой потенциальной энергии (давления) газов, транспортирующих капли в пламенную зону гидролизера. Таким транспортирующим газом могут быть как абгазы синтеза ТХС, так и кислородсодержащий газ (осушенные). Конкретная величина давления в указанном диапазоне (от 0,1 до 5,0 МПа) зависит от конструкции распылительной головки форсунки и технических характеристик подающего насоса.When dispersing liquid wastes with a part of an oxygen-containing gas supplied with a pressure of 0.1 to 1.0 MPa, at which its amount is from 3 to 10% of their total amount supplied to flame hydrolysis, pneumatic nozzles are used. This method provides a high-quality liquid spray with the required minimum droplet size and uniform density of the spray torch. In this case, the oxygen-containing gas must be dry. The specific amount of gas depends on the design of the spray nozzle head. The dispersion of liquid waste by a part of the exhaust gases supplied with pressure from 0.1 to 1.0 MPa, at which their amount is from 3 to 50% of their total amount supplied to flame hydrolysis, also involves the use of pneumatic nozzles common in the technique and allows to obtain a mixture of droplets and vapors of the precursor with gas, which gives a hydrolysis medium during oxidation. Unlike the prototype, the inventive method eliminates premature hydrolysis in the immediate vicinity of the Central nozzle of the mixing device. The exhaust gases produced by TCS should be submitted for dispersion at elevated pressure, i.e. have potential energy, not lower than the compressed air of the prototype. The specific amount of exhaust gas supplied in the specified range (from 3 to 50%) depends on the design of the spray nozzle head (not considered in the invention). So, the dispersion of liquid waste by mechanical spraying using the pressure of the liquid waste itself, which is from 0.1 to 5.0 MPa, involves the use of single-channel (mechanical) nozzles. This method of dispersion does not require high potential energy (pressure) of the gases transporting the droplets into the flame zone of the hydrolyzer. Such a transporting gas can be both gases of synthesis of TCS and oxygen-containing gas (drained). The specific pressure in the specified range (from 0.1 to 5.0 MPa) depends on the design of the spray head of the nozzle and the technical characteristics of the feed pump.
Использование в качестве охлаждающей среды насыщенного парами воды азота при температуре от 10 до 40°С позволяет избежать неконтролируемое поступление кислорода в гидролизер и тем самым не допустить высокого содержания свободного хлора в отходящих дымовых газах в смеси с ДК.The use of nitrogen saturated with water vapor at a temperature of from 10 to 40 ° C as a cooling medium allows one to avoid uncontrolled oxygen supply to the hydrolyzer and thereby prevent a high content of free chlorine in the exhaust flue gases mixed with DC.
Конкретное количество кислородсодержащего газа, используемого в пилотном пламени в заявленном соотношении (от 10 до 80%) от его общего количества, зависит от того, какой газ и в каком количестве используют для диспергирования жидкого отхода. Если для диспергирования используют в основном абгазы производства ТХС, то основную часть кислородсодержащего газа используют в пилотном пламени и наоборот: если для диспергирования уже используют кислородсодержащий газ, то его количество в пилотном пламени будет минимальным. В зависимости от состава жидкого отхода, а также от давления абгазов, допускается использование практически всего их количества для создания пилотного пламени.The specific amount of oxygen-containing gas used in the pilot flame in the declared ratio (from 10 to 80%) of its total amount depends on which gas and in what quantity is used to disperse the liquid waste. If dispersion is mainly used for TCX production gases, then the main part of the oxygen-containing gas is used in the pilot flame and vice versa: if the oxygen-containing gas is already used for dispersion, its amount in the pilot flame will be minimal. Depending on the composition of the liquid waste, as well as on the pressure of the gases, it is allowed to use almost the entire amount to create a pilot flame.
Поскольку в предложенном устройстве смесительное устройство представлено пятью коаксиальными каналами, причем в четвертый кольцевой канал подают абгазы синтеза ТХС, а в пятый - кислородсодержащий газ, то такое использование смесительного устройства позволяет организовать диффузионное устойчивое пилотное пламя, являющееся периферийным источником постоянного поджига гидролизного пламени, что существенно повышает стабильность пламени и процесса в целом.Since in the proposed device the mixing device is represented by five coaxial channels, with the TCS synthesis gases being supplied to the fourth annular channel and the oxygen-containing gas to the fifth, this use of the mixing device allows one to organize a diffusion stable pilot flame, which is a peripheral source of constant ignition of the hydrolysis flame, which is essential increases the stability of the flame and the process as a whole.
Исполнение устройства для охлаждения пламени в виде конической вставки, закрепленной на внутренней поверхности крышки вплотную к цилиндрической стенке корпуса, соосно к смесительному устройству, когда вставка снабжена окнами или вырезами, выполненными по ее максимальной окружности, а крышка или примыкающая к ней часть корпуса снабжена патрубком, или патрубками для ввода охлаждающей среды, обеспечивает равномерное распределение охлаждающей газовой среды по окружности корпуса и организацию эффективной закалки пламени (быстрого охлаждения).The device for cooling the flame in the form of a conical insert mounted on the inner surface of the lid close to the cylindrical wall of the housing, coaxial to the mixing device, when the insert is equipped with windows or cutouts made along its maximum circumference, and the lid or adjacent part of the housing is equipped with a nozzle, or pipes for introducing a cooling medium, ensures uniform distribution of the cooling gas medium around the circumference of the housing and the organization of effective flame quenching (fast cooling eniya).
Вырезы вставки имеют треугольную форму с вершинами, направленными к оси корпуса, при этом расстояние между краями вырезов по окружности составляет не более 3% от окружности большего основания вставки. Это позволяет наилучшим образом распределить охлаждающий газ.The cut-outs of the insert are triangular in shape with the vertices directed to the axis of the housing, while the distance between the edges of the cuts around the circumference is no more than 3% of the circumference of the larger base of the insert. This allows the best distribution of cooling gas.
Существо предложенного технического решения поясняется чертежом.The essence of the proposed technical solution is illustrated in the drawing.
На чертеже схематически изображено устройство, в котором содержатся:The drawing schematically shows a device that contains:
корпус 1, рубашка 2, крышка 3, патрубок вывода дымовых газов в смеси с ДК 4, смесительное устройство 5, устройство для охлаждения 6, вырезы 7, патрубок ввода охлаждающего газа 8, форсунка 9, центральный канал 10, патрубок ввода диспергирующего газа 11, головка форсунки 12, патрубок ввода первичного воздуха 13, патрубок ввода абгазов синтеза ТХС 14, патрубок ввода вторичного воздуха 15.case 1, shirt 2,
«а» - расстояние между краями вырезов по окружности."A" is the distance between the edges of the cuts in a circle.
Устройство представляет собой вертикальный аппарат емкостного типа. Цилиндроконический корпус (1) аппарата снабжен рубашкой охлаждения (2) и плоской крышкой (3). В нижней части корпуса имеется патрубок вывода образующегося диоксида кремния в виде смеси с дымовыми газами (4). Сверху к плоской крышке по оси укреплено пятиканальное смесительное устройство (5), а снизу к ней, также по оси, вплотную к цилиндрической стенке корпуса, укреплено устройство для охлаждения пламени (6) в виде вставок конической формы с вырезами (7) треугольной формы, выполненными по ее максимальной окружности. Расстояние между краями вырезов равно величине а. Крышка аппарата также снабжена патрубками ввода охлаждающего газа (8). По оси смесительного устройства установлена пневматическая (двухканальная) форсунка (9), центральный канал (10) которой служит для ввода жидких отходов, а патрубок (11) - для ввода в кольцевой канал диспергирующего газа. Оба канала форсунки заканчиваются снизу диспергирующей головкой (12). Устройство головки может быть самое разнообразное и в данном изобретении не рассматривается. Патрубок (13) служит для ввода в смесительное устройство первичного воздуха, патрубок (14) - для подачи газообразных отходов, а патрубок (15) - для вторичного воздуха.The device is a vertical capacitive type apparatus. The cylindrical-conical body (1) of the apparatus is equipped with a cooling jacket (2) and a flat cover (3). In the lower part of the housing there is a branch pipe for the output of the resulting silicon dioxide in the form of a mixture with flue gases (4). A five-channel mixing device (5) is fixed on top to the flat cover along the axis, and a device for cooling the flame (6) in the form of conical shaped inserts with triangular notches (7) is strengthened along the axis along the axis, close to the cylindrical wall of the housing, made along its maximum circumference. The distance between the edges of the cuts is equal to a. The lid of the apparatus is also provided with cooling gas inlets (8). A pneumatic (two-channel) nozzle (9) is installed along the axis of the mixing device, the central channel (10) of which serves to introduce liquid waste, and the nozzle (11) - to enter dispersing gas into the annular channel. Both nozzle channels end with a dispersing head from below (12). The device head can be very diverse and is not considered in this invention. A pipe (13) is used to introduce primary air into the mixing device, a pipe (14) for supplying gaseous waste, and a pipe (15) for secondary air.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Жидкие отходы, представляющие в основном смесь хлорсиланов, непрерывно подают в смесительное устройство (5) через центральный канал (10). Назначение диспергирующей головки - обеспечить высокое качество диспергирования и придать факелу распыла соответствующую размерам корпуса форму. Газообразные отходы, представляющие собой абгазы синтеза ТХС, находящиеся под давлением до 1,0 МПа, вводят в смесительное устройство двумя потоками, один из которых направляется во второй канал через патрубок (11) для диспергирования жидких отходов, а другой - в четвертый канал через патрубок (14) для участия в пилотном пламени как водородсодержащий газ. Кислородсодержащий газ в виде осушенного первичного воздуха подают в третий канал через патрубок (13) для окисления водородсодержащих абгазов производства ТХС и компонентов жидких отходов с образованием гидролизной среды, содержащей пары воды. Кислородсодержащий газ в виде вторичного воздуха вводят в смесительное устройство по патрубку (15), и он попадает в пятый кольцевой канал, выходя из которого, смешивается с абгазами синтеза ТХС и создает кольцевое пилотное пламя, которое служит периферийным источником постоянного поджига гидролизного пламени. Содержащиеся в абгазах синтеза примеси парообразных хлорсиланов подвергаются пламенному гидролизу вместе с испаряемыми аналогичными веществами жидких отходов.Liquid waste, which is mainly a mixture of chlorosilanes, is continuously fed into the mixing device (5) through the central channel (10). The purpose of the dispersing head is to ensure high dispersion quality and give the spray torch a shape appropriate to the size of the housing. Gaseous wastes, which are TCG synthesis gas exhausts under pressure up to 1.0 MPa, are introduced into the mixing device in two streams, one of which is sent to the second channel through the pipe (11) to disperse liquid waste, and the other to the fourth channel through the pipe (14) to participate in the pilot flame as a hydrogen-containing gas. Oxygen-containing gas in the form of dried primary air is fed into the third channel through a pipe (13) for oxidation of hydrogen-containing gases from the production of TCS and liquid waste components with the formation of a hydrolysis medium containing water vapor. Oxygen-containing gas in the form of secondary air is introduced into the mixing device through the nozzle (15), and it enters the fifth annular channel, exiting from it, mixes with the exhaust gases of TCS synthesis and creates an annular pilot flame, which serves as a peripheral source of constant ignition of the hydrolysis flame. The impurities of the vaporized chlorosilanes contained in the synthesis gases are subjected to flame hydrolysis together with the liquid wastes evaporated by similar substances.
Для быстрого охлаждения продуктов пламенного гидролиза и предотвращения обрастания стенок устройства отложениями диоксида кремния, через патрубки (8) и вырезы (7) в устройстве для охлаждения пламени 6 вдоль внутренней поверхности стенок корпуса (1) подается охлаждающий газ. Устройство для охлаждения (6) служит для равномерного распределения охлаждающего газа по окружности корпуса (1). Для предотвращения перегрева стенок гидролизера корпус (1) аппарата снабжен рубашкой (2), через которую циркулирует хладагент. Такая рубашка необходима также для нагрева устройства в период пуска и остановки пламенного гидролиза для предотвращения конденсации влаги. Образующаяся в результате пламенного гидролиза смесь твердых и газообразных продуктов реакций и охлаждающего стенки газа выходят из реакционного пространства через патрубок (4). Выделение товарного продукта - диоксида кремния из этой смеси проводят стандартным путем, например, как в аналоге (см. патент РФ №2350559, приведенный выше) с использованием рукавного фильтра со струйной импульсной регенерацией.To quickly cool the products of flame hydrolysis and prevent fouling of the walls of the device with deposits of silicon dioxide, cooling gas is supplied through the nozzles (8) and cutouts (7) in the device for cooling the flame 6 along the inner surface of the walls of the housing (1). The cooling device (6) serves to evenly distribute the cooling gas around the circumference of the housing (1). To prevent overheating of the walls of the hydrolyzer, the housing (1) of the apparatus is equipped with a jacket (2) through which the refrigerant circulates. Such a jacket is also necessary for heating the device during the start-up and stopping of flame hydrolysis to prevent moisture condensation. The mixture of solid and gaseous reaction products and the cooling wall of the gas formed as a result of flame hydrolysis leaves the reaction space through the pipe (4). Isolation of a commercial product - silicon dioxide from this mixture is carried out in a standard way, for example, as in an analogue (see RF patent No. 2350559 above) using a bag filter with jet pulse regeneration.
Способ иллюстрируется примерами.The method is illustrated by examples.
Расход жидких отходов, газообразных отходов, кислородсодержащего газа и температуры подаваемых реагентов подбирались таким образом, чтобы при расчете температуры адиабатического пламени (ТАП) можно было ожидать получение продуктового диоксида кремния, обладающего определенной величиной удельной площади поверхности (УПП), как основного показателя, характеризующего ту или иную марку пирогенного диоксида кремния.The flow rate of liquid waste, gaseous waste, oxygen-containing gas and the temperature of the supplied reagents were selected so that, when calculating the temperature of the adiabatic flame (TAP), one could expect to obtain product silica with a certain specific surface area (SCP) as the main indicator characterizing that or another brand of fumed silica.
ПримерExample
Процесс пламенного гидролиза проводили в устройстве, изображенном на чертеже. В качестве жидкого отхода использовали смесь кремнийсодержащих побочных продуктов синтеза ТХС состава: ЧХК - 62% мас., ТХС - 36,5% мас., ДХС - 1% мас., ВК - 0,5% мас. В качестве газообразного отхода использовали абгазы синтеза ТХС состава: Н2 - 93% мас., HCl - 0,2% мас., ЧХК - 6,7% мас., ТХС - 0,1% мас.The flame hydrolysis process was carried out in the device shown in the drawing. A mixture of silicon-containing by-products of the synthesis of TCS composition was used as liquid waste: CHC — 62% wt., TCS — 36.5% wt., DCC — 1% wt., VK — 0.5 wt%. As a gaseous waste, the synthesis gases of TCS composition were used: H 2 - 93% wt., HCl - 0.2% wt., CHC - 6.7% wt., TCS - 0.1% wt.
В центральный канал вводили жидкие отходы, во второй канал - абгазы производства ТХС, в третий канал - кислородсодержащий газ, в четвертый канал - абгазы и в пятый - кислородсодержащий газ. Абгазы производства ТХС и кислородсодержащий газ используют в качестве диспергирующего газа и для создания пилотного пламени. При этом для диспергирования абгазы подают под давлением 0,1-1,0 МПа, а их количество составляет 3-50% от количества абгазов, подаваемых в четвертый канал для создания пилотного пламени. Абгазы и кислородсодержащий газ подавали в четвертый и пятый каналы при расходе, обеспечивающем соотношение (90-20):(10-80). Выбор соотношения определяется ТАП и связан с заданными параметрами получаемого ДК. Так, при ТАП 1810°С получают ДК с насыпной плотностью 46 кг/м3 и УПП 105 м2/г. При ТАП 1675°С получают ДК с насыпной плотностью 42 кг/м3 и УПП 160 м2/г. При ТАП 1590°С получают ДК с насыпной плотностью 40 кг/м3 и УПП 215 м2/г.Liquid waste was introduced into the central channel, exhaust gases from the TCS production were introduced into the second channel, oxygen-containing gas was introduced into the third channel, gases were introduced into the fourth channel, and oxygen-containing gas into the fifth channel. TCS production gases and oxygen-containing gas are used as dispersing gas and to create a pilot flame. Moreover, for dispersion, the gases are supplied at a pressure of 0.1-1.0 MPa, and their amount is 3-50% of the quantity of gases supplied to the fourth channel to create a pilot flame. Abgases and oxygen-containing gas were fed into the fourth and fifth channels at a flow rate providing the ratio (90-20) :( 10-80). The choice of ratio is determined by TAP and is associated with the given parameters of the obtained recreation center. So, at a TAP of 1810 ° C, a recreation center with a bulk density of 46 kg / m 3 and an SCP of 105 m 2 / g are obtained. When TAP 1675 ° C receive DC with a bulk density of 42 kg / m 3 and SCP 160 m 2 / g At a TAP of 1590 ° C, a recreation center with a bulk density of 40 kg / m 3 and an SCP of 215 m 2 / g are obtained.
В качестве охлаждающего газа использовались абгазы производства пирогенного диоксида кремния, представляющие собой азот воздуха (99,5% мас.) с парами воды (остальное), при температуре 20°С.Расход охлаждающего газа составил 545 кг/час. Общий расход первичного и вторичного воздуха составил 776 кг/час, причем их соотношение составило 50% на 50%.As the cooling gas, we used the exhaust gases of the production of fumed silica, which are air nitrogen (99.5% wt.) With water vapor (the rest) at a temperature of 20 ° C. The consumption of cooling gas was 545 kg / h. The total consumption of primary and secondary air was 776 kg / h, and their ratio was 50% to 50%.
При работе устройства в течение трех суток отмечалась стабильность пламени (по приборам контроля пламени) и незначительный осадок твердого диоксида кремния на внутренней поверхности корпуса, не нарушающий стабильной работы гидролизера.When the device was operated for three days, flame stability was observed (for flame control devices) and a slight precipitate of solid silicon dioxide on the inner surface of the casing, which did not interfere with the stable operation of the hydrolyzer.
В результате был получен аморфный белый порошок диоксида кремния, содержащий 99,85% мас. основного вещества.The result was an amorphous white silica powder containing 99.85% wt. the main substance.
Таким образом, предложенное техническое решение дает возможность одновременной переработки жидких и газообразных отходов производства ТХС, включающих преимущественно хлорсиланы и водород, с получением товарного продукта, повышает стабильность пламени, снижает образование отложений диоксида кремния на соплах смесительного устройства и поверхности внутренней стенки корпуса, упрощает конструкцию устройства, а также повышает эффективность процесса в целом.Thus, the proposed technical solution enables the simultaneous processing of liquid and gaseous wastes produced by TCS, including mainly chlorosilanes and hydrogen, to produce a marketable product, increases flame stability, reduces the formation of silicon dioxide deposits on the nozzles of the mixing device and the surface of the inner wall of the housing, simplifies the design of the device , and also increases the efficiency of the process as a whole.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010102133/05A RU2440928C2 (en) | 2010-01-26 | 2010-01-26 | Method of processing silicon-containing wastes using flame hydrolysis and apparatus for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010102133/05A RU2440928C2 (en) | 2010-01-26 | 2010-01-26 | Method of processing silicon-containing wastes using flame hydrolysis and apparatus for realising said method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010102133A RU2010102133A (en) | 2011-08-10 |
| RU2440928C2 true RU2440928C2 (en) | 2012-01-27 |
Family
ID=44753961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010102133/05A RU2440928C2 (en) | 2010-01-26 | 2010-01-26 | Method of processing silicon-containing wastes using flame hydrolysis and apparatus for realising said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2440928C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2488462C1 (en) * | 2012-02-21 | 2013-07-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Method of making amorphous silicon dioxide nanopowder |
-
2010
- 2010-01-26 RU RU2010102133/05A patent/RU2440928C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2488462C1 (en) * | 2012-02-21 | 2013-07-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Method of making amorphous silicon dioxide nanopowder |
| EA019657B1 (en) * | 2012-02-21 | 2014-05-30 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Method of making amorphous silicon dioxide nanopowder |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010102133A (en) | 2011-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20120034137A1 (en) | Plasma reactor | |
| EP1797746B1 (en) | Microwave plasma apparatus with vorticular gas flow | |
| US5762009A (en) | Plasma energy recycle and conversion (PERC) reactor and process | |
| US20080011250A1 (en) | Mixing Chamber for a Reformer and Method for Operating Same | |
| US3698936A (en) | Production of very high purity metal oxide articles | |
| JP2020503490A (en) | Systems and methods for improved emissions reduction | |
| JPS6048407A (en) | Method and device for executing clean combustion particularly applied to combustion, etc. of heavy fuel | |
| CA2404798C (en) | Nozzle/mixer assembly | |
| TW201622808A (en) | Process for modification of particles | |
| JP6162793B2 (en) | Double coaxial processing module | |
| KR101490540B1 (en) | Plasma reactor | |
| RU2440928C2 (en) | Method of processing silicon-containing wastes using flame hydrolysis and apparatus for realising said method | |
| MXPA02005852A (en) | METHOD AND DEVICE FOR PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS MIXTURE OF A VAPOURminus;FORMING AROMATIC HYDROCARBON AND AN OXYGENminus;CONTAINING GAS. | |
| TWI591017B (en) | Production of silica having variable thickening | |
| JP6223565B2 (en) | Method for producing metal oxide | |
| RU2353584C2 (en) | Method of nano-dispersed powder of aluminium receiving | |
| RU2580917C1 (en) | Method of producing soot and reactor therefor | |
| CN104918879A (en) | Method for producing acetylenes and syngas | |
| CN111149437B (en) | Nozzle for delivering a plasma stream for plasma abatement and related methods | |
| US4931012A (en) | Phase contactor/process for generating high temperature gaseous phase | |
| RU2349546C1 (en) | Method of producing fine silicon dioxide powder | |
| RU2430880C1 (en) | Method of producing nanocarbon | |
| KR102676559B1 (en) | Nozzle and related method for transporting plasma stream for plasma reduction | |
| RU2314254C1 (en) | High-dispersity silicon dioxide powder preparation method | |
| KR20190082895A (en) | Method for producing pyrogenic silica |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120127 |