有机硅废气资源化利用及环保治理

文_张文英 宁德时代新能源科技有限公司

1 有机硅废气处理现状

目前，对于有机硅含氯废气主要采用直接碱洗或者水洗的处理方法，也有部分生产企业采用吸附剂进行吸附，在浪费大量人力物力的同时处理效果不佳。 在有机硅材料生产过程中，会产生大量废气，包括氯甲烷、氯硅烷以及甲烷。氯甲烷具有易爆炸与易燃烧的特点，并且在完全燃烧后产生二氯化碳、氯化氢以及水蒸气，氯硅烷包括四氯化硅、三氯化硅以及二氯化硅。氯化硅具有腐蚀性与刺激性的特点，在常压常温情况下表现为无色无毒气体。现有机硅废气处理中，水洗法与焚烧中和法是最常见的，目前主要采用水洗法对废气进行处理，采用工业水洗涤烟气，将废气中的氯硅烷水解。虽然水洗法对氯硅烷具有较高的处理效果，但是在水解后会产生大量氯化氢与二氧化硅固体，部分氯化氢溶水后还会逃逸到大气环境中造成环境污染，而且水在吸收氯化氢后转变为酸性，不利于后期污水处理工作开展。

在有机硅生产过程中，部分生产企业对于有机硅生产废气主要采取焚烧中和法，已经取得成效。焚烧中和法是对有机硅生产废气高温焚烧，再对产生废气使用水喷淋降温，使废气在焚烧后保持在150℃左右，然后再配置相应碱液中和废气中的酸性气体，将废气通过碱液中和洗涤，最后再经过除尘器与引风机将烟气处理后排出。焚烧中和法需要耗费大量工业水与碱液，且碱液中和洗涤后成为二次污染物，其中存在大量的碱金属盐与二氧化硅细砂，再对碱液进行处理较为困难，还造成污染环境。焚烧中和法在处理有机硅废气时需要投入大量成本，还要对二次污染物进行处理，对于二次污染物收集池产生的废气也还要进行处理。由于有机硅废气热值较高，不需要其他辅助材料就可以稳定燃烧，采用焚烧中和法，虽然可以便捷高效处理有机硅废气，但是却不能将燃烧能量有效回收，造成资源浪费。

2 有机硅废气治理利用措施

2.1 高温焚烧系统

高温焚烧是有机硅废气处理的第一道工序，是有机硅废气处理中的基础环境，高温焚烧系统具有燃烧器、焚烧炉以及辅助设备，在有机硅废气处理中焚烧炉采用立式燃气式与卧式阻燃式共同组成，在布置卧式阻燃式焚烧炉时，需要安装点火器与火焰探测器，对两种焚烧炉组合共同高温焚烧有机硅含氯废气。在燃烧器上布置温度测点，对辅助燃料与助燃风量进行合理控制，确保焚烧炉燃烧温度，将有机硅废气送至焚烧炉中，通过高温焚烧有机硅含氯废气，使其分解为氯化氢、二氧化硅、二氧化碳以及水蒸气。其中，操作人员需要注意，必须将有机硅含氯废气在焚烧炉中保持2s以上，保证有机硅含氯废气焚烧，当烟气从焚烧炉出口出来时需要将含氧量控制在7%左右，由于有机硅含氯废气在焚烧处理过程中会产生大量氯气与氯化氢气体，所以必须减少氯气生成。

2.2 余温回收系统

在有机硅废气中包含大量有机成分，且热值较高，当有机硅废气经过高温燃烧后，产生的高温烟气可以进行热量回收。有机硅废气经过高温燃烧后，存在氯化氢、二氧化硅以及少量氯气，所以在设计余温回收锅炉时必须考虑露点腐蚀问题与二氧化硅堵塞烟道，以及锅炉受热面不均匀问题。其中露点腐蚀主要是由于锅炉受热面壁温与锅炉密封性所导致的，其中余热锅炉受热面壁温问题比较容易解决，锅炉受热面壁温度大于氯化氢的漏点温度，余温锅炉密封问题更加关键，一旦出现细小的泄漏点，都会造成氯化氢的露点腐蚀，对于金属材料氯化氢的露点腐蚀速度非常快，根据实际情况来看余温锅炉最好采用火管锅炉，因其良好的密封性，可以有效适应有毒或有腐蚀烟气，确保锅炉装置运行更加安全可靠。由于有机硅废气高温焚烧后还会产生大量二氧化硅粉末，为避免粉末堵塞锅炉烟道与受热面，可以考虑采用立式螺纹烟管结构的管壳式余热锅炉，烟气在螺纹烟管中是从上到下旋转流动，且烟气流速不低于12m/s，可以确保锅炉安全可靠运行。

2.3 烟气急冷系统

烟气急冷环节是有机硅废气处理的重要环节，其中需要应用急冷塔、酸液循环泵以及石墨换热器等多种设备，通过石墨换热器有效输送热量，实现快速降温目的。急冷塔包括喷淋急冷与酸液储存罐。烟气急冷系统主要是遏制二次污染物质产生，通过氯化氢与水相融的特点，将氯化氢气体从烟气中分离到水中直接形成稀盐酸。

由于氯化氢气体可以溶入水中，在水中溶解度随着温度而变化，温度越低溶解度越高，因此在烟气机动系统中需要将有机硅废气温度迅速降低。当烟气经过烟气极冷环节时，会进行传热与传质两个过程，当有机硅废气高温焚烧后产生的氯化氢气体，再通过稀酸循环液吸收后会产生放热反应，将有机硅烟气中的大部分热量，有效降低有机硅烟气温度。并且由于烯酸循环液会与有机硅烟气产生热量传递，还会使烟气温度下降进一步加快。循环稀盐酸的热量可以通过石墨换热器循环冷却水带走。由于烟气中的氯化氢气体容易溶于稀盐酸中，并且二氧化硅粉末溶于稀盐酸溶液中形成悬浮液，为了避免烟气受到压力波动导致盐酸雾液回流急冷塔进烟口，造成烟道腐蚀问题，因此在急冷塔烟气进口与塔体要采用耐腐蚀的石墨材质，确保烟气急冷系统正常安全运行。在石墨壳体外侧还要设置水冷夹套快速冷却石墨体。

2.4 盐酸回收系统

有机硅废气中的氯化氢气体经过烟气急冷系统可以有效吸收60%以上，但是剩余的氯化氢气体还需要通过再回收处理。有机硅烟气经过烟气急冷环节后，自身温度保持在65℃，因此采用盐酸回收方法具有较大价值，可以通过填料层与泡罩层铺设，根据烟气中的氯化氢气体浓度，盐酸产生浓度可以达到20%～30%。通过盐酸回收烟气中的剩余氯化氢气体，通过填料层使烟气与盐酸之间的接触面积增加，有效提高氯化氢气体回收效果。同时还可以在盐酸回收系统中安装盐酸喷淋设备，在烟气输送过程中将稀酸不断喷淋出去，提高氯化氢气体回收处理效果。还可以通过在填料喷淋层上布置泡罩层，其中常温清水在吸收氯化氢气体时具有较高效率，在常温工业水中，氯化氢气体可以达到65%～70%的溶解率，将有机硅烟气通过相应设备具有一定速度喷出，使烟气与水膜形成鼓泡接触，可有效提高氯化氢气体溶解效率。

2.5 烟气脱酸系统

当有机硅烟气到达烟气脱酸系统时，其中大部分氯化氢气体与氯气都已经被处理回收，但是仍然会存在少量氯化氢气体，为了确保有机硅生产废气排放满足环保要求，生产企业还要使用检疫对烟气进行再次洗涤，确保有机硅废气中的酸性气体全部清除干净。烟气脱酸主要是通过玻璃钢脱酸塔来实现，由于脱酸塔为玻璃钢材质，在酸碱共存的环境中具有良好的抗腐蚀性，操作人员根据有机硅生产废气其中酸性物质比例来调配出合适的碱液。对于浓度5%的氯氧化钠碱液，将液气比控制在2：1，其中脱酸塔循环酸液与烟气方向相逆，通过填料层增加烟气与碱液的接触面积有效提高脱酸效果。还可以在脱酸塔顶部安装除雾器，通过对烟气进行扰动，将烟气中的水滴凝结成大颗粒，确保水滴落回脱酸塔中实现初步除雾。

2.6 烟气储存系统

有机硅含氯废气经过高温焚烧后会产生二氧化硅粉末，当有机硅含氯废气经过多道回收处理程序后，其中大部分二氧化硅粉末已经洗涤下来并且进入循环液中，但是仍然存在部分二氧化硅粉末残留下来，无法通过布袋过滤方法去除干净。使用湿电除尘器可以有效去除烟气中的残留二氧化硅粉末，主要是通过高压直流静电将其中烟尘沉降于阳极表面，将大部分粉尘与液滴得到去除。由于二氧化硅是绝缘物质，无法导电，所以在清除二氧化硅粉末时，采取湿式除尘器处理效果较差，并且由于烟气经过多道处理回收工序后，其中存在大量水，大量二氧化硅粉末与水混合，可以通过水导电来实现二氧化硅粉末处理。

2.7 资源化利用

高温焚烧有机硅含氯废气后，可以将高温烟气输送进锅炉回收系统，进行热量回收利用，为生产运行提供能源供应。对于有机硅含氯废气中的氯化氢气体回收利用可以产生高浓度的稀盐酸，二氧化硅回收处理后可以加工生产硅产品。

3 结语

有机硅废气处理系统可以根据有机硅废气成分制备细盐酸与二氧化硅滤饼，并且对热量回收利用，不需要再耗费其他辅助材料，相较于水洗与焚烧中和法，运行成本较低，并且不会造成其他污染，在现阶段有机硅产业中处理废气具有较大优势。通过解决有机硅生产过程中产生的废气污染问题，可以有效提高有机硅产能，可以有效促进有机硅产业健康持续发展。