氣相法白炭黑生產尾氣處理新工藝研究

方衛民，楊曉義，邱靈佳，歐陽玉霞，譚軍*

（1.浙江富士特集團有限公司有機硅下游產品研究院，浙江衢州324000；2.嘉興學院生物與化學工程學院，浙江嘉興3140011）

氣相法白炭黑生產尾氣處理新工藝研究

方衛民1，楊曉義1，邱靈佳1，歐陽玉霞2，譚軍2*

（1.浙江富士特集團有限公司有機硅下游產品研究院，浙江衢州324000；2.嘉興學院生物與化學工程學院，浙江嘉興3140011）

通過在傳統氣相白炭黑生產尾氣處理工藝中增加文氏除塵器、稀鹽酸洗滌塔等設備，解決了傳統尾氣處理工藝易堵塞降膜塔列管、吸收塔填料等問題，大幅度減小了生產系統阻力。同時使副產尾氣在進入吸收塔前溫度由170℃以上降至50℃以下，大大提高了設備使用壽命和運行周期。通過對尾氣處理新工藝顯著影響條件的優化，確定最佳鹽酸吸收液濃度為25%，流量為9 t/h。采用新的尾氣處理工藝后，氯化氫的吸收效率由傳統的85%提升到98%，液堿用量減少了84%。

氣相白炭黑；文氏除塵器；尾氣；鹽酸

氣相白炭黑是硅烷鹵化物在氫氧火焰中高溫水解生成的氣相二氧化硅，是極其重要的納米級無機原材料之一。氣相白炭黑由于粒徑小、比表面積大、表面能高等特點，因而具有吸附、分散、熱阻、電阻等方面的特異性能，被作為添加劑、補強劑、充填劑、增稠劑等重要配方原料廣泛應用于各種領域[1-3]。在氣相法白炭黑生產過程中，生產尾氣作為高腐蝕性氣體嚴禁直接排放到大氣中，除含空氣和少量的Cl2、CO2、H2O、SiO2粉塵，氯化氫是氣相白炭黑生產尾氣的主要成分。一般通過回收氯化氫制備鹽酸或高純氯化氫來處理尾氣，但是高效回收氯化氫制備鹽酸或高純氯化氫一直是白炭黑行業中亟待解決的難題[4-5]。為更好地實現氣相白炭黑生產尾氣中氯化氫的回收利用，本文在傳統氯化氫回收工藝多年實踐基礎上，對現有工藝與工藝條件進行了優化和改進，研究結果具有較好的環保及社會意義。

1 工藝改進部分

如圖1所示，傳統工藝流程采用雙降膜塔串聯吸收制成濃鹽酸來回收氯化氫，殘余尾氣則通入堿洗塔洗滌后排入大氣。該工藝簡單成熟，但存在幾個問題[6-7]：（1）直接將氣相白炭黑尾氣通入降膜塔中，尾氣中的白炭黑容易堵塞降膜塔列管和吸收塔填料孔，影響正常生產。同時，制取的鹽酸色澤發黃、粘稠、含雜質，工業附加值低；（2）通入的尾氣溫度較高，不僅不利于氯化氫吸收，也加大了后續尾氣處理的難度，同時對吸收設備造成損壞，埋下安全隱患；（3）氯化氫吸收不夠徹底，進入堿洗塔的尾氣還殘存大量氯化氫，不僅耗費大量堿液造成資源浪費，排入空氣也會污染大氣。

圖1 技術改進前氣相白炭黑尾氣處理工藝流程Fig.1 The traditional process flow diagram of fumed silica exhaust gas

針對問題（1）和（2），本研究提出一種文氏除塵器吸收氯化氫的方法，裝置圖如圖2所示。

圖2 文丘里除塵器裝置圖Fig.2 The brief drawing ofventuri dust collector

氣相白炭黑尾氣通入文丘里管，在收縮管處管徑變小，流速增大，高速的尾氣沖擊吸收液水幕，水幕霧化形成均勻分布的細小水滴，水滴捕捉氣相白炭黑等微塵形成白炭黑塵粒。塵粒與微塵間有很高的相對流速，造成激烈的相互碰撞，在喉口與擴張管凝聚成較大顆粒，經擴散管減速和除霧器除塵，白炭黑顆粒隨吸收鹽酸被送入過濾器制得副產鹽酸。剩下的較純尾氣則依次進入洗滌塔、濃酸塔經循環吸收后送入過濾器制得副產鹽酸，殘余尾氣經堿液中和后可以放空。此外，通過引入文氏除塵器，絕大部分尾氣顆粒被除去，減少了系統阻力；高溫尾氣在霧化過程中能迅速從170℃冷卻到50℃以下，在進入洗滌塔前尾氣被冷卻，很大程度上降低了氯化氫吸收難度和保護了回收設備；降膜塔與吸收塔不再堵塞，減少了停產清理清洗的情況，提高了生產效率。

針對問題（3），本研究提出在濃酸塔后增加一個稀酸吸收塔裝置，在尾氣進入堿洗塔之前進一步降低氯化氫濃度[8-9]，具體工藝如圖3所示。

2 工藝條件研究

為制得高純高質量鹽酸，本研究對影響鹽酸質量的工藝條件設計了正交實驗L16（45）（置信度95%），設計的正交表如表1所示，以氯化氫吸收率、副產物鹽酸濃度、鹽酸質量（外觀、雜質）為評價指標，實驗結果如表2、表3所示。

表1 氯化氫回收條件L16（45）Table 1 The reclamation conditions of hydrogen chloride L16（45）

圖3 技術改進后氣相白炭黑尾氣處理工藝流程Fig.3 The modified process flow diagram of fumed silica exhaustgas

表2 氯化氫回收正交實驗設計與結果Table 2 The result and designof orthogonalexperimental of hydrogen chloride reclamation

如表2所示，因素A的水平順序為K1>K2> K3>K4，表明低的吸收酸濃度有利于氯化氫吸收制備高純鹽酸，但是實際過程發現，過低濃度的吸收鹽酸制備的副產鹽酸濃度不夠理想，最佳條件還需進一步確定。因素B的水平均值順序為K4> K3>K2>K1，說明吸收鹽酸流量越大越有利于氯化氫回收，但實際生產中過大的流量容易造成淹塔現象，反而降低生產效率與產品質量。因素C的均值順序為K3>K4>K1>K2，說明吸收液溫度維持在40℃最有利于生產，溫度過高有損設備壽命，過低則需要增加額外的冷卻系統，不符實際生產情況。因素D順序為K4>K3>K2>K1，表明稀鹽酸吸收液濃度越高越好，較高濃度的稀鹽酸能夠減少稀酸排放量，提高氯化氫的利用率。

表3 正交實驗主效應假設檢驗Table 3 Inspectionresult of orthogonal experimenthypothesis

如表3所示，主效應影響大小順序為B>A> C>D，即濃鹽酸流量>濃鹽酸濃度>吸收溫度>稀鹽酸濃度，其中因素A、B的F值均大于F臨界值，說明吸收鹽酸流量和吸收鹽酸濃度均對氯化氫吸收制備高質量鹽酸過程有顯著影響，氯化氫吸收溫度與稀鹽酸濃度則影響不顯著。

3 結論

本文針對現有氣相白炭黑生產尾氣處理工藝存在的缺點，通過在現有工藝中引入文氏除塵器，增加稀酸塔等設備，優化氣相白炭黑尾氣處理各工藝條件，使白炭黑尾氣的吸收效率由傳統的85%提升到98%，液堿使用量減少了84%，制得的副產鹽酸澄清透明、濃度高、雜質含量低，可用于精制高純鹽酸和氯化氫氣體，工業附加值大大提高。整個改進工藝解決了氣相白炭黑尾氣溫度過高和吸收過程易堵塞的兩個難題，降低了整體系統阻力，保護了回收設備的安全，保證了產品安全連續生產，具有一定參考和借鑒意義。

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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

浙江省重大科技計劃項目(2013C01036)，浙江省重點企業研究院青年科學家培養計劃項目(2013R01002)，嘉興市科技計劃項目（2014AY11019）。

方衛民（1967－），男，浙江衢州人，工程師，主要從事有機硅材料生產技術開發。

*通訊作者：譚軍，男，博士，教授，主要從事綠色化工生產技術研究；E-mail:tanjunzjxu@126.com。