简谈尾气变压吸附在三氯氢硅尾气处理中运用

论文导读：能是吸附过程的基本条件。分离组分复杂、类别较多的气体混合物，常需要几种吸附剂，吸附剂按照其分离性能依次填在同一吸附床内。回收三氯氢硅尾气的专用吸附剂经过反复筛选和优化，最终确定采用四种吸附剂配合使用，四种专用吸附剂在吸附器中负荷填充，其对三氯氢硅和氯化氢等组分的吸附性互相补充，最终达到高效率的回收氯硅
摘　要：介绍了三氯氢硅生产过程中尾气的产生，变压吸附装置的工艺、原理以及在三氯氢硅尾气处理中的应用。
关键词：三氯氢硅　尾气处理　变压吸附
1007-3973（2012）008-118-02
泰山盐化工公司10000t/a三氯氢硅装置自2009年6月投产以来，为达到环保、节能、低耗生产的目的，对三氯氢硅生产过程中尾气的处理方法进行了改进，随着现场生产经验的增加和国内三氯氢硅生产技术的发展，本公司采用了变压吸附装置处理反应尾气，取得了预期的效果和效益。
1三氯氢硅生产工艺介绍

1.1反应原理

三氯氢硅又称三氯硅烷、硅氯仿，分子式SiHCl3,可用于有机硅烷和烷基、芳基以及有机官能团氯硅烷的合成，是有机硅烷偶联剂中最基本的单位，也是生产半导体硅、单晶硅的原料，它是易挥发，易潮解的无色液体，在空气中发生反应产生白烟，遇水分解，产生氯化氢气体；能溶入苯、醚等有机溶剂。它属一级遇湿易燃物品，易燃易爆；它与氧化剂发生强烈反应，遇明火、高温时发生燃烧或爆炸。
三氯氢硅最常用的生产方法是硅氢氯化法，本装置选择该法。
该方法是用冶金级硅粉作原料，与氯化氢气体反应。反应在330-370℃和0.15-0.3MPa下进行，主要化学反应按下式进行：
Si+3HCl=SiHCl3+H2↑
Si+4HCl=SiCl4+2H2↑

1.2生产工艺介绍

该生产装置主要由氯化氢干燥压缩、三氯氢硅合成、湿法除尘、三氯氢硅冷凝和提纯分离工序等组成。其生产工艺流程简述如下：
从本公司氯化氢合成工段用管道输送来的氯化氢气体，通过-35℃冷冻水脱水、氯化氢压缩机加压后进入氯化氢缓冲罐，再分别经流量调节阀、流量计、止逆阀进入三氯氢硅合成炉。外购袋装硅粉进入硅粉池，用胶管借水环真空泵的抽力吸至硅粉干燥器，干燥后的硅粉经计量罐计量后由给料阀加入三氯氢硅合成炉，与来自氯化氢缓冲罐氯化氢在合成炉反应生成三氯氢硅和四氯化硅。
混合气体经沉降器、旋风分离器、袋式过滤器、湿法除尘装置、机前机后冷凝器冷凝，液体经机前、机后产品计量罐计量后进入中间产品储罐，不凝气体送尾气变压吸附回收系统回收微量的三氯氢硅和氯化氢，氢气从尾气淋洗塔顶放空。变压吸附装置吸附的三氯氢硅和氯化氢定期用干式真空泵抽真空解析、并用隔膜压缩机加压（0.2MPa）送至氯化氢缓冲罐与新鲜氯化氢混合后送至三氯氢硅合成炉参与反应。
中间产品储罐中的三氯氢硅、四氯化硅混合液，借隔膜压缩机的压力，经金属浮子流量计计量后，进入三塔连续分馏，三氯氢硅成品纯度可达99.8%以上，四氯化硅可达99.8%以上。
2 三氯氢硅生产尾气的产生和组分

2.1尾气的产生

三氯氢硅生产的尾气主要产生于硅粉与氯化氢在三氯氢硅合成炉中反应生成的混合气，其成分包括：三氯氢硅、四氯化硅、氢气、未反应的氯化氢、和系统中用于置换的氮气，合成气经过本装置内冷凝器的冷凝，沸点较高的四氯化硅绝大部分被冷凝下来，尾气主要成分为三氯氢硅、氯化氢、氢气和氮气。

2.2尾气的组分

三氯氢硅尾气压力为0.5MPa，流量为600 Nm3/h，温度为-20℃～-10℃，组分如表1。
3变压吸附装置工艺概述
三氯氢硅尾气回收装置流程框图如图1，点①、②、③之间的虚线框范围为本装置界区范围，本装置界区自原料气进装置的第一个截止阀入口端起，至产品气和出口为止，仪表设计交接点在装置界区分界面上。
本装置原料气为三氯氢硅装置尾气，原料气经过本装置后，在干法回收塔出口端输出净化气，主要成分为H2和N2，净化气中的SiHCl3、HCl等杂质将达到国家排放标准，可直接输送到界区外排放或回收利用，被回收的SiHCl3、HCl等气体组分在床层中得到充分回收，称为回收气，主要包含SiHCl3、HCl及少量H2和N2，回收气可返回到生产工序回收使用。通过本装置处理，达到净化三氯氢硅装置尾气并回收SiHCl3、HCl等有效气体的目的。本装置包括五台干法回收塔、中间罐、换热器、回收气缓冲罐、动力设备真空泵组和隔膜压缩机等。
本装置由回收塔及相应的缓冲罐、换热器等通过管道、程控阀、调节阀等连接起来，装置的压力、温度、流量均配置现场仪表，并通过远传仪表送达控制室，由计算机控制系统完成参数的检测、记录、报警、联锁等功能，所有主要控制都由计算机控制系统自动运行，配备有充分的安全联锁保护装置，可保证装置的先进性、安全性和稳定性。
4变压吸附装置的分离原理
本装置尾气中三氯氢硅、氯化氢与氢气、氮气分离的实现是靠回收塔内填料对其不同的吸附性来实现的。三氯氢硅、氯化氢为极性物质，氢气、氮气为非极性物质，回收塔内填料通过对极性物质的选择性吸收，达到分离的效果。
吸附剂对各气体组分的吸附性能是通过实验测定静态下的等温吸附线和动态下的穿透曲线来评价的，吸附剂的良好吸附和解析性能是吸附过程的基本条件。分离组分复杂、类别较多的气体混合物，常需要几种吸附剂，吸附剂按照其分离性能依次填在同一吸附床内。
回收三氯氢硅尾气的专用吸附剂经过反复筛选和优化，最终确定采用四种吸附剂配合使用，四种专用吸附剂在吸附器中负荷填充，其对三氯氢硅和氯化氢等组分的吸附性互相补充，最终达到高效率的回收氯硅烷和氯化氢，同时保证净化气中氯硅烷和氯化氢的含量达到要求。
本装置最终达到的净化气中组分含量为SiHCI3≤10mg/Nm3， HCl≤10mg/Nm3，氢气99%(其它为氮气)。
5取得的效益

5.1环保效益

该方法有效解决了传统尾气淋洗工艺中酸性废水排放问题，有效缓解了环保压力，做到了清洁生产。
5摘自：毕业论文提纲格式www.7ctime.com
.2经济效益
本装置原料气的流量为600Nm3/h，原料气中的三氯氢硅含量为2%，氯化氢含量为8%，按照目前三氯氢硅和氯化氢市场价计算，本装置每年可为公司增加效益330万元。