三氯氫硅廢氣處理系統改造技術

張賀廣

（河北邢礦硅業科技有限公司，河北 邢臺 055150）

三氯氫硅廢氣處理系統改造技術

張賀廣

（河北邢礦硅業科技有限公司，河北 邢臺 055150）

通過更換尾氣吸收塔，增加塔高，提高循環泵的功率、揚程、流量，增加噴頭的數量，增加中和池等，改善了尾氣吸收塔堵塞的狀況，并解決了由此帶來的安全和環境問題。

吸收塔；循環泵；中和池

1　工藝過程簡述

河北邢礦硅業科技有限公司位于邢臺市任縣化工園區，擁有2萬t/a三氯氫硅生產規模，生產工藝為沸騰氯化法能耗低、產品質量高，無污染。采用加壓鹽酸解析工藝，廢水含酸控制在1%以內；采用年產能1萬t/臺的三氯氫硅合成爐；引進液相洗滌工藝，使產品轉化率達到96%，精餾后成品含量達到99.95%以上；采用國內先進的變壓吸附技術，將大部分尾氣回收利用；投入高效除硼、磷裝置，使硼、磷指標遠遠低于國內同類產品技術標準。

三氯氫硅生產主要包括鹽酸解析、氯化氫合成、三氯氫硅合成、三氯氫硅精制等工序。氯化氫通過鹽酸深解析和（或）氯氣和氫氣在氯化氫合成爐內進行燃燒反應制得。鹽酸深解析的過程為：濃鹽酸與濃氯化鈣溶液混合后進入解析塔，溶液從解析塔頂部進入，在重力的作用下向下流動，流動過程中通過填料和內件時發生高效傳質過程［1］。當溶液到達解析塔底部時，通過調節解析再沸器蒸汽流量調節閥控制解析液蒸發溫度，溶液不斷的通過熱虹吸自然循環加熱，這樣，氣體被蒸餾分離出并向上流動。在這個操作過程中，氯化氫氣體從鹽酸與氯化鈣混合溶液中汽提并從塔頂排出。氯化氫合成工藝過程為，由氫氣處理工序來的干燥氫氣、氯氣以1∶1.03～1∶1.05的摩爾配比，進入合成爐燈頭進行燃燒合成氯化氫。經氯化氫解析出的氯化氫氣體分別進入氯化氫一級冷凝冷卻器（用循環水冷卻），在這里大部分夾帶的水被冷凝，然后，氯化氫氣體進入氯化氫二級冷凝冷卻器（用7℃冷凍水冷卻），接下來進入氯化氫三級冷凝冷卻器（用-35℃冷凍鹽水冷卻），這樣將大部分水蒸汽冷凝。最后，“干”的氯化氫氣體進入除霧器，幾乎所有夾帶的水滴被收集。經過除霧器后，干燥的氯化氫氣體經過雙效換熱器充當冷媒后輸送出裝置進入氯化氫緩沖罐，然后送入三氯氫硅合成爐［2］。硅粉經過干燥后加入到三氯氫硅合成爐，與氯化氫在300℃左右的高溫下進行反應，生成三氯氫硅和四氯化硅。生成的粗三氯氫硅氣體經過旋風分離和除塵過濾后，進入列管冷凝器進行水冷和深冷，將分離出的三氯氫硅和四氯化硅壓入粗品罐，不凝氣進入變壓吸附進行進一步分離。變壓吸附工藝過程為：三氯氫硅尾氣在0.1 MPa、-5℃下通過原料氣壓縮機加壓至0.5 MPa，然后經深冷水冷卻，分離的液態氯硅烷去界區外回收，不凝氣通過管道進入回收塔。在回收塔中氯硅烷和氯化氫等被截流，由回收塔凈化分離得到的三氯氫硅、氯化氫等作為產品氣經回收氣壓縮機加壓并冷凝，液態氯硅烷輸出界區外，不凝氣送往“三廢”系統回收利用。半凈化氣通過管道輸出到氫氣提純工序，提純后的氫氣作為產品氣輸送到氯化氫合成工序回收利用。在變壓吸附工序將分離出的高純氫氣送入氯化氫合成爐，分離出來的三氯氫硅、四氯化硅壓入粗品罐。將分離不出的少量的三氯氫硅、四氯化硅、氯化氫、氫氣送入尾氣洗滌塔，處理后達標排放。三氯氫硅和四氯化硅冷凝液用精餾塔分離提純，采用二塔連續提純，一塔塔頂排低沸物，塔底排出四氯化硅，三氯氫硅和少量的四氯化硅從一塔進入二塔，塔頂出三氯氫硅產品，二塔塔底排三氯氫硅和四氯化硅的混合物，進入粗品罐。

2　存在的問題

該公司三氯氫硅生產過程中產生的廢氣含有三氯氫硅、四氯化硅、氫氣、氯化氫等氣體，三廢處理池承擔著處理廢氣的任務［3］。由于三廢處理池設計能力偏小、部分設備工藝不合理，使得三廢處理池和尾氣處理塔頻繁堵塞，致使三氯氫硅合成系統泄壓不暢而對系統帶來了較大的安全隱患。部分三氯氫硅氣體與氫氣由于處理不及時也給環境帶來了較大的影響，造成危險隱患。

（1）尾氣吸收塔通過噴淋來吸收尾氣中的有害氣體，但是噴淋系統存在著噴水不暢的問題，原因為泵的功率和揚程較小，噴水流量不足，同時泵從處理池吸水，而處理池中存在大量的二氧化硅懸浮物而造成泵的堵塞。

（2）尾氣吸收塔較低，尾氣與噴淋液接觸時間較短，吸收塔頂部為增加接觸而設置的折流板易造成吸收塔堵塞而使系統泄壓不暢。

（3）沒有中和池，排出的中和液酸性太強。

（4）進入尾氣吸收塔的氣體量較大，使尾氣吸收塔負荷較大。

3　解決方案

為解決上述問題，針對存在的問題及原因，采取如下措施。

（1）選擇合理的尾氣吸收塔，將尾氣中的三氯氫硅、四氯化硅、氯化氫等水溶性廢氣徹底吸收。吸收塔高度由7.6 m調整為15.3 m，循環泵功率由4 kW調整為18.5 kW，揚程由16 m調整為50 m，流量由40 m3/h調整為80 m3/h，原吸收塔只有在塔的頂部設有噴頭，而新的吸收塔在塔的不同高度設置4個噴頭，保證了噴淋的質量和效果。塔的內部去掉了原塔中的折流板，以減少二氧化硅的沉積和堵塞塔體。

（2）增加了2個中和池，中和池放置大青石子，廢水通過中和池與大青石子接觸，進行反應使廢液由酸性變為中性，同時過濾廢液中的懸浮物，使廢液變清。

（3）循環泵從中和池后的清水池取水，減少了泵堵塞的機會。

（4）將“三廢”池從合成車間附近移至較遠的空曠處，減少了安全隱患。

（5）因連接管道較長，在管道中間增加了連接短節和排液口，以方便檢修和處理問題。

（6）將變壓吸附分離出來的氯化氫不直接進入“三廢”池，并入流化床進行合成反應，減少鹽酸消耗，并降低廢液的酸度。加強精餾塔的放空管理，通過參數調節減少放空次數，從而減少進入尾氣吸收塔的處理氣體數量。上述2項措施的實施有效降低了尾氣吸收塔的負荷。

采取了以上措施后，“三廢”池和尾氣吸收塔堵塞問題得到了較好的解決。

4　結論

該公司“三廢”處理池進行改造后，解決了“三廢”池和尾氣吸收塔堵塞問題，杜絕了安全隱患，實現了達標排放，滿足了環保方面的要求并取得了良好的社會效益。

［1］馬萬軍．鹽酸解析工藝的改進.中國氯堿，2012．03：11－12．

［2］鄧芝強．鹽酸解析工藝路線的比較.中國氯堿，2012．9（14）．

［3］谷文軍，孟祥考，吳軍祥．三氯氫硅合成尾氣處理工藝.氯堿工業，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