气相法白炭黑生产尾气处理新工艺研究

方卫民，杨晓义，邱灵佳，欧阳玉霞，谭军*

（1.浙江富士特集团有限公司有机硅下游产品研究院，浙江衢州324000；2.嘉兴学院生物与化学工程学院，浙江嘉兴3140011）

气相法白炭黑生产尾气处理新工艺研究

方卫民1，杨晓义1，邱灵佳1，欧阳玉霞2，谭军2*

（1.浙江富士特集团有限公司有机硅下游产品研究院，浙江衢州324000；2.嘉兴学院生物与化学工程学院，浙江嘉兴3140011）

通过在传统气相白炭黑生产尾气处理工艺中增加文氏除尘器、稀盐酸洗涤塔等设备，解决了传统尾气处理工艺易堵塞降膜塔列管、吸收塔填料等问题，大幅度减小了生产系统阻力。同时使副产尾气在进入吸收塔前温度由170℃以上降至50℃以下，大大提高了设备使用寿命和运行周期。通过对尾气处理新工艺显著影响条件的优化，确定最佳盐酸吸收液浓度为25%，流量为9 t/h。采用新的尾气处理工艺后，氯化氢的吸收效率由传统的85%提升到98%，液碱用量减少了84%。

气相白炭黑；文氏除尘器；尾气；盐酸

气相白炭黑是硅烷卤化物在氢氧火焰中高温水解生成的气相二氧化硅，是极其重要的纳米级无机原材料之一。气相白炭黑由于粒径小、比表面积大、表面能高等特点，因而具有吸附、分散、热阻、电阻等方面的特异性能，被作为添加剂、补强剂、充填剂、增稠剂等重要配方原料广泛应用于各种领域[1-3]。在气相法白炭黑生产过程中，生产尾气作为高腐蚀性气体严禁直接排放到大气中，除含空气和少量的Cl2、CO2、H2O、SiO2粉尘，氯化氢是气相白炭黑生产尾气的主要成分。一般通过回收氯化氢制备盐酸或高纯氯化氢来处理尾气，但是高效回收氯化氢制备盐酸或高纯氯化氢一直是白炭黑行业中亟待解决的难题[4-5]。为更好地实现气相白炭黑生产尾气中氯化氢的回收利用，本文在传统氯化氢回收工艺多年实践基础上，对现有工艺与工艺条件进行了优化和改进，研究结果具有较好的环保及社会意义。

1 工艺改进部分

如图1所示，传统工艺流程采用双降膜塔串联吸收制成浓盐酸来回收氯化氢，残余尾气则通入碱洗塔洗涤后排入大气。该工艺简单成熟，但存在几个问题[6-7]：（1）直接将气相白炭黑尾气通入降膜塔中，尾气中的白炭黑容易堵塞降膜塔列管和吸收塔填料孔，影响正常生产。同时，制取的盐酸色泽发黄、粘稠、含杂质，工业附加值低；（2）通入的尾气温度较高，不仅不利于氯化氢吸收，也加大了后续尾气处理的难度，同时对吸收设备造成损坏，埋下安全隐患；（3）氯化氢吸收不够彻底，进入碱洗塔的尾气还残存大量氯化氢，不仅耗费大量碱液造成资源浪费，排入空气也会污染大气。

图1 技术改进前气相白炭黑尾气处理工艺流程Fig.1 The traditional process flow diagram of fumed silica exhaust gas

针对问题（1）和（2），本研究提出一种文氏除尘器吸收氯化氢的方法，装置图如图2所示。

图2 文丘里除尘器装置图Fig.2 The brief drawing ofventuri dust collector

气相白炭黑尾气通入文丘里管，在收缩管处管径变小，流速增大，高速的尾气冲击吸收液水幕，水幕雾化形成均匀分布的细小水滴，水滴捕捉气相白炭黑等微尘形成白炭黑尘粒。尘粒与微尘间有很高的相对流速，造成激烈的相互碰撞，在喉口与扩张管凝聚成较大颗粒，经扩散管减速和除雾器除尘，白炭黑颗粒随吸收盐酸被送入过滤器制得副产盐酸。剩下的较纯尾气则依次进入洗涤塔、浓酸塔经循环吸收后送入过滤器制得副产盐酸，残余尾气经碱液中和后可以放空。此外，通过引入文氏除尘器，绝大部分尾气颗粒被除去，减少了系统阻力；高温尾气在雾化过程中能迅速从170℃冷却到50℃以下，在进入洗涤塔前尾气被冷却，很大程度上降低了氯化氢吸收难度和保护了回收设备；降膜塔与吸收塔不再堵塞，减少了停产清理清洗的情况，提高了生产效率。

针对问题（3），本研究提出在浓酸塔后增加一个稀酸吸收塔装置，在尾气进入碱洗塔之前进一步降低氯化氢浓度[8-9]，具体工艺如图3所示。

2 工艺条件研究

为制得高纯高质量盐酸，本研究对影响盐酸质量的工艺条件设计了正交实验L16（45）（置信度95%），设计的正交表如表1所示，以氯化氢吸收率、副产物盐酸浓度、盐酸质量（外观、杂质）为评价指标，实验结果如表2、表3所示。

表1 氯化氢回收条件L16（45）Table 1 The reclamation conditions of hydrogen chloride L16（45）

图3 技术改进后气相白炭黑尾气处理工艺流程Fig.3 The modified process flow diagram of fumed silica exhaustgas

表2 氯化氢回收正交实验设计与结果Table 2 The result and designof orthogonalexperimental of hydrogen chloride reclamation

如表2所示，因素A的水平顺序为K1>K2> K3>K4，表明低的吸收酸浓度有利于氯化氢吸收制备高纯盐酸，但是实际过程发现，过低浓度的吸收盐酸制备的副产盐酸浓度不够理想，最佳条件还需进一步确定。因素B的水平均值顺序为K4> K3>K2>K1，说明吸收盐酸流量越大越有利于氯化氢回收，但实际生产中过大的流量容易造成淹塔现象，反而降低生产效率与产品质量。因素C的均值顺序为K3>K4>K1>K2，说明吸收液温度维持在40℃最有利于生产，温度过高有损设备寿命，过低则需要增加额外的冷却系统，不符实际生产情况。因素D顺序为K4>K3>K2>K1，表明稀盐酸吸收液浓度越高越好，较高浓度的稀盐酸能够减少稀酸排放量，提高氯化氢的利用率。

表3 正交实验主效应假设检验Table 3 Inspectionresult of orthogonal experimenthypothesis

如表3所示，主效应影响大小顺序为B>A> C>D，即浓盐酸流量>浓盐酸浓度>吸收温度>稀盐酸浓度，其中因素A、B的F值均大于F临界值，说明吸收盐酸流量和吸收盐酸浓度均对氯化氢吸收制备高质量盐酸过程有显著影响，氯化氢吸收温度与稀盐酸浓度则影响不显著。

3 结论

本文针对现有气相白炭黑生产尾气处理工艺存在的缺点，通过在现有工艺中引入文氏除尘器，增加稀酸塔等设备，优化气相白炭黑尾气处理各工艺条件，使白炭黑尾气的吸收效率由传统的85%提升到98%，液碱使用量减少了84%，制得的副产盐酸澄清透明、浓度高、杂质含量低，可用于精制高纯盐酸和氯化氢气体，工业附加值大大提高。整个改进工艺解决了气相白炭黑尾气温度过高和吸收过程易堵塞的两个难题，降低了整体系统阻力，保护了回收设备的安全，保证了产品安全连续生产，具有一定参考和借鉴意义。

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The Study for the Treament Technology of Exhaust Gas Produced from Fumed Silica

FANG Wei-ming1,YANG Xiao-yi1,QIU Ling-jia1,OUYANG Yu-xia2,TAN Jun2*
（1.Organic Silicon Downstream Products Institute,Zhejiang Fushite Group,Quzhou，Zhejiang 324000,China; 2.College of Biology and Chemical Engineering of Jiaxing University,Jiaxing，Zhejiang 314001,China）

In this paper，the key problem that fumed silica in the exhaust gas may cause a blocking to the falling film tower and absorbing tower has been solved by the added venture scrubber equipment and diluted hydrochloric acid washing tower.With the gas dust been cleaned and temperature dropped from 170℃above to 50℃below before exhaust gas enters in the absorbing tower，a longer equipment life and operation cycle has been obtained.After an optimization of prominent conditions of the new technology，a best condition ofhydrochloric acid absorption liquid concentration and its flow had been determined to be 25%and 9 t/h. By applied the new technology and conditions，the hydrogen chloride recovery has elevated from 85%to 98%，the lye dosage has been reduced 84%.

fumed silica；venturiscrubber；exhaustgas；hydrochloric acid

1006-4184（2017）5-0032-04

2017-01-21

浙江省重大科技计划项目(2013C01036)，浙江省重点企业研究院青年科学家培养计划项目(2013R01002)，嘉兴市科技计划项目（2014AY11019）。

方卫民（1967－），男，浙江衢州人，工程师，主要从事有机硅材料生产技术开发。

*通讯作者：谭军，男，博士，教授，主要从事绿色化工生产技术研究；E-mail:tanjunzjxu@126.com。