三氯氢硅废气处理系统改造技术

张贺广

（河北邢矿硅业科技有限公司，河北 邢台 055150）

三氯氢硅废气处理系统改造技术

张贺广

（河北邢矿硅业科技有限公司，河北 邢台 055150）

通过更换尾气吸收塔，增加塔高，提高循环泵的功率、扬程、流量，增加喷头的数量，增加中和池等，改善了尾气吸收塔堵塞的状况，并解决了由此带来的安全和环境问题。

吸收塔；循环泵；中和池

1　工艺过程简述

河北邢矿硅业科技有限公司位于邢台市任县化工园区，拥有2万t/a三氯氢硅生产规模，生产工艺为沸腾氯化法能耗低、产品质量高，无污染。采用加压盐酸解析工艺，废水含酸控制在1%以内；采用年产能1万t/台的三氯氢硅合成炉；引进液相洗涤工艺，使产品转化率达到96%，精馏后成品含量达到99.95%以上；采用国内先进的变压吸附技术，将大部分尾气回收利用；投入高效除硼、磷装置，使硼、磷指标远远低于国内同类产品技术标准。

三氯氢硅生产主要包括盐酸解析、氯化氢合成、三氯氢硅合成、三氯氢硅精制等工序。氯化氢通过盐酸深解析和（或）氯气和氢气在氯化氢合成炉内进行燃烧反应制得。盐酸深解析的过程为：浓盐酸与浓氯化钙溶液混合后进入解析塔，溶液从解析塔顶部进入，在重力的作用下向下流动，流动过程中通过填料和内件时发生高效传质过程［1］。当溶液到达解析塔底部时，通过调节解析再沸器蒸汽流量调节阀控制解析液蒸发温度，溶液不断的通过热虹吸自然循环加热，这样，气体被蒸馏分离出并向上流动。在这个操作过程中，氯化氢气体从盐酸与氯化钙混合溶液中汽提并从塔顶排出。氯化氢合成工艺过程为，由氢气处理工序来的干燥氢气、氯气以1∶1.03～1∶1.05的摩尔配比，进入合成炉灯头进行燃烧合成氯化氢。经氯化氢解析出的氯化氢气体分别进入氯化氢一级冷凝冷却器（用循环水冷却），在这里大部分夹带的水被冷凝，然后，氯化氢气体进入氯化氢二级冷凝冷却器（用7℃冷冻水冷却），接下来进入氯化氢三级冷凝冷却器（用-35℃冷冻盐水冷却），这样将大部分水蒸汽冷凝。最后，“干”的氯化氢气体进入除雾器，几乎所有夹带的水滴被收集。经过除雾器后，干燥的氯化氢气体经过双效换热器充当冷媒后输送出装置进入氯化氢缓冲罐，然后送入三氯氢硅合成炉［2］。硅粉经过干燥后加入到三氯氢硅合成炉，与氯化氢在300℃左右的高温下进行反应，生成三氯氢硅和四氯化硅。生成的粗三氯氢硅气体经过旋风分离和除尘过滤后，进入列管冷凝器进行水冷和深冷，将分离出的三氯氢硅和四氯化硅压入粗品罐，不凝气进入变压吸附进行进一步分离。变压吸附工艺过程为：三氯氢硅尾气在0.1 MPa、-5℃下通过原料气压缩机加压至0.5 MPa，然后经深冷水冷却，分离的液态氯硅烷去界区外回收，不凝气通过管道进入回收塔。在回收塔中氯硅烷和氯化氢等被截流，由回收塔净化分离得到的三氯氢硅、氯化氢等作为产品气经回收气压缩机加压并冷凝，液态氯硅烷输出界区外，不凝气送往“三废”系统回收利用。半净化气通过管道输出到氢气提纯工序，提纯后的氢气作为产品气输送到氯化氢合成工序回收利用。在变压吸附工序将分离出的高纯氢气送入氯化氢合成炉，分离出来的三氯氢硅、四氯化硅压入粗品罐。将分离不出的少量的三氯氢硅、四氯化硅、氯化氢、氢气送入尾气洗涤塔，处理后达标排放。三氯氢硅和四氯化硅冷凝液用精馏塔分离提纯，采用二塔连续提纯，一塔塔顶排低沸物，塔底排出四氯化硅，三氯氢硅和少量的四氯化硅从一塔进入二塔，塔顶出三氯氢硅产品，二塔塔底排三氯氢硅和四氯化硅的混合物，进入粗品罐。

2　存在的问题

该公司三氯氢硅生产过程中产生的废气含有三氯氢硅、四氯化硅、氢气、氯化氢等气体，三废处理池承担着处理废气的任务［3］。由于三废处理池设计能力偏小、部分设备工艺不合理，使得三废处理池和尾气处理塔频繁堵塞，致使三氯氢硅合成系统泄压不畅而对系统带来了较大的安全隐患。部分三氯氢硅气体与氢气由于处理不及时也给环境带来了较大的影响，造成危险隐患。

（1）尾气吸收塔通过喷淋来吸收尾气中的有害气体，但是喷淋系统存在着喷水不畅的问题，原因为泵的功率和扬程较小，喷水流量不足，同时泵从处理池吸水，而处理池中存在大量的二氧化硅悬浮物而造成泵的堵塞。

（2）尾气吸收塔较低，尾气与喷淋液接触时间较短，吸收塔顶部为增加接触而设置的折流板易造成吸收塔堵塞而使系统泄压不畅。

（3）没有中和池，排出的中和液酸性太强。

（4）进入尾气吸收塔的气体量较大，使尾气吸收塔负荷较大。

3　解决方案

为解决上述问题，针对存在的问题及原因，采取如下措施。

（1）选择合理的尾气吸收塔，将尾气中的三氯氢硅、四氯化硅、氯化氢等水溶性废气彻底吸收。吸收塔高度由7.6 m调整为15.3 m，循环泵功率由4 kW调整为18.5 kW，扬程由16 m调整为50 m，流量由40 m3/h调整为80 m3/h，原吸收塔只有在塔的顶部设有喷头，而新的吸收塔在塔的不同高度设置4个喷头，保证了喷淋的质量和效果。塔的内部去掉了原塔中的折流板，以减少二氧化硅的沉积和堵塞塔体。

（2）增加了2个中和池，中和池放置大青石子，废水通过中和池与大青石子接触，进行反应使废液由酸性变为中性，同时过滤废液中的悬浮物，使废液变清。

（3）循环泵从中和池后的清水池取水，减少了泵堵塞的机会。

（4）将“三废”池从合成车间附近移至较远的空旷处，减少了安全隐患。

（5）因连接管道较长，在管道中间增加了连接短节和排液口，以方便检修和处理问题。

（6）将变压吸附分离出来的氯化氢不直接进入“三废”池，并入流化床进行合成反应，减少盐酸消耗，并降低废液的酸度。加强精馏塔的放空管理，通过参数调节减少放空次数，从而减少进入尾气吸收塔的处理气体数量。上述2项措施的实施有效降低了尾气吸收塔的负荷。

采取了以上措施后，“三废”池和尾气吸收塔堵塞问题得到了较好的解决。

4　结论

该公司“三废”处理池进行改造后，解决了“三废”池和尾气吸收塔堵塞问题，杜绝了安全隐患，实现了达标排放，满足了环保方面的要求并取得了良好的社会效益。

［1］马万军．盐酸解析工艺的改进.中国氯碱，2012．03：11－12．

［2］邓芝强．盐酸解析工艺路线的比较.中国氯碱，2012．9（14）．

［3］谷文军，孟祥考，吴军祥．三氯氢硅合成尾气处理工艺.氯碱工业，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