СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В ПРОЦЕССЕ ПОЛУЧЕНИЯ ПИРОГЕННОГО ДИОКСИДА КРЕМНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫМ ГИДРОЛИЗОМ ХЛОРИДОВ КРЕМНИЯ
METHOD OF RECYCLING WASTE GASES, FORMED IN PROCESS OF OBTAINING PYROGENIC SILICON DIOXIDE BY HIGH-TEMPERATURE HYDROLYSIS OF SILICON CHLORIDES

Изобретение относится к области технологии неорганических веществ, в частности к способам переработки отходящих газов, образующихся в процессе получения пирогенного диоксида кремния высокотемпературным гидролизом хлоридов кремния методом сжигания смесей хлоридов кремния, водорода и воздуха при 1000-1200°С.
Известны способы переработки отходящих газов, образующихся в процессах получения оксидов магния, железа, пирогенного диоксида кремния (аэросила) и других оксидов высокотемпературным гидролизом хлористых солей, включающие очистку от примесей хлора, паров воды, механических примесей пыли оксидов магния, железа, кремния и абсорбцию хлористого водорода с получением соляной кислоты. Очистку от механических примесей - пыли диоксида кремния и др. - ведут сепарацией и фильтрованием [1].
Недостатком способов является низкая эффективность очистки абгазного хлористого водорода от механических примесей - твердых взвесей (пыли) перед направлением на абсорбцию, что обусловливает загрязнение получаемой соляной кислоты и осложняет эксплуатацию насадочных абсорберов.
Известен способ переработки отходящих газов, образующихся в процессе синтеза хлористого водорода, включающий очистку от неорганических соединений в виде механических примесей и последующую абсорбцию хлористого водорода с получением соляной кислоты. В приведенном способе очистка хлористого водорода от механических примесей перед направлением на абсорбцию осуществляется в двух установленных последовательно сепараторах [2].
Недостатком способа является низкая эффективность очистки газа от твердых взвесей.
Известен способ переработки отходящих газов, образующихся в процессе получения оксида магния высокотемпературным гидролизом содержащей хлориды магния и кальция рапы, включающий очистку от твердых взвесей в циклоне и последующую абсорбцию хлористого водорода с получением разбавленной (1-13 мас.% НСl) соляной кислоты [3].
Недостатками способа являются низкая эффективность очистки абгазного хлористого водорода от твердых взвесей перед направлением на абсорбцию и получение разбавленной соляной кислоты.
Известен способ переработки отходящих газов, образующихся в процессе производства кремния при получении пирогенного диоксида кремния высокотемпературным гидролизом хлоридов кремния, включающий абсорбцию хлористого водорода соляной кислотой (18 мас.% НСl) с получением концентрированной соляной кислоты, из которой затем дистиллируют хлористый водород [4].
Недостатком способа является отсутствие очистки отходящих газов от твердых взвесей перед направлением на абсорбцию, что обусловливает осложнения при дистилляции хлористого водорода вследствие накопления твердых взвесей в кубовом остатке.
Известен способ переработки отходящих газов, образующихся в процессе производства кремния при получении пирогенного диоксида кремния высокотемпературным гидролизом хлоридов кремния, включающий очистку абгазов от частиц пыли орошением циркулирующим потоком жидкости, абсорбцию хлористого водорода водой с получением разбавленной соляной кислоты и отбор отработанной суспензии для выделения твердой фазы фильтрованием и обезвреживания при взаимодействии с щелочным реагентом [5] прототип.
Недостатками способа являются малоэффективная очистка абгазов от твердых взвесей, получение разбавленной соляной кислоты и ее потери при обезвреживании отбираемой части циркулирующей суспензии.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности очистки отходящих газов от твердых взвесей и уменьшение потерь концентрированной соляной кислоты.
2
2
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении качества концентрированной ≥31,5 мас.% НСl соляной кислоты вследствие получения продукта, в котором содержание кремниевой кислоты в пересчете на SiO не превышает 0,02 мас.%. Кроме того, уменьшаются потери концентрированной соляной кислоты и затраты реагента на обезвреживание при переработке отработанной суспензии SiO в соляной кислоте.
Указанный технический результат достигается при осуществлении предлагаемого способа переработки отходящих газов, образующихся в процессе получения пирогенного диоксида кремния, сущность которого выражается следующей совокупностью существенных признаков:
3
3
- очистка отходящих газов концентрированной соляной кислотой в двух установленных последовательно скрубберах, в контурах орошения которых циркулируют потоки суспензии диоксида кремния в концентрированной ≥31,5 мас.% НСl соляной кислоте с концентрацией диоксида кремния 80-120 г/дм в контуре первого скруббера и 1-10 г/дм в контуре второго скруббера;
3
- отбор части отработанной в первом скруббере суспензии с концентрацией диоксида кремния 80-120 г/дм и выделение фильтрованием осадка диоксида кремния, который после нейтрализации щелочным реагентом направляется на утилизацию;
3
- компенсация количества отобранной соляной кислоты из потока циркулирующей суспензии первого скруббера передачей полученной на втором скруббере суспензии с концентрацией диоксида кремния 1-10 г/дм;
- компенсация переданного количества соляной кислоты из контура второго скруббера возвратом фильтрата, полученного при фильтровании отобранной отработанной суспензии из контура первого скруббера;
- абсорбция хлористого водорода из очищенных отходящих газов в насадочной колонне адиабатической абсорбции с получением концентрированной ≥31,5 мас.% НСl соляной кислоты;
- компенсация расхода соляной кислоты во втором скруббере подачей концентрированной соляной кислоты, полученной абсорбцией хлористого водорода в колонне адиабатической абсорбции;
- использование в качестве абсорбента в колонне адиабатической абсорбции раствора разбавленной (~5 мас.% НСl) соляной кислоты из промывной колонны;
- использование в качестве абсорбента в промывной колонне очищенной воды;
- обезвреживание технологических газов в аппарате санитарной очистки раствором щелочи.
Существенными отличительными признаками предлагаемого способа переработки отходящих газов, образующихся в процессе получения пирогенного диоксида кремния, являются:
- очистку отходящих газов от тонкодисперсных твердых взвесей диоксида кремния осуществляют орошением циркулирующими потоками суспензии диоксида кремния в концентрированной ≥31,5 мас.% НСl соляной кислоте;
3
- на фильтрование из контура первого скруббера отбирают отработанную суспензию диоксида кремния в соляной кислоте с содержанием диоксида кремния 80-120 г/дм;
3
- фильтрат передают в поток циркулирующей суспензии во второй скруббер, в контуре которого поддерживают концентрацию суспензии диоксида кремния в соляной кислоте 1-10 г/дм;
- расход циркулирующей суспензии из контура первого скруббера восполняют передачей полученной суспензии из контура второго скруббера;
- расход соляной кислоты во втором скруббере восполняют концентрированной соляной кислотой, полученной абсорбцией хлористого водорода в колонне адиабатической абсорбции.
Из сравнения рассматриваемых способов следует, что новые приемы выполнения действий и новая последовательность выполнения действий обеспечивают достижение технического результата при осуществлении изобретения.
На фиг.1 показана технологическая схема переработки отходящих газов процесса получения пирогенного диоксида кремния.
2
2
2
2
2
2
3
3
Отходящие газы после выделения пирогенного диоксида кремния в продуктовых циклонах (1) и фильтрах (2) при температуре 100-160°С, в которых содержание основных компонентов НСl, Сl, НО, N, О. составляют (об.%): 18-20; 1,4-1,8; 3-9; 60-70; 2-5 соответственно и твердых взвесей диоксида кремния 0,2-1,0 мас.%, поступают на очистку в два установленных последовательно скруббера (3) и (3'). В первом скруббере (3) осуществляется охлаждение до 60-70°С и предварительная очистка отходящих газов от твердых взвесей орошением циркулирующим в контуре бак (4) - насос (5) - теплообменник (6) - скруббер (3) потоком образующейся суспензии диоксида кремния (80-120 г SiO на дм) в соляной кислоте ≥31,5 мас.% НСl. Из первого скруббера (3) отходящие газы направляют во второй скруббер (3'), где осуществляется доочистка от твердых взвесей при орошении циркулирующим в контуре бак (4') - насос (5') - скруббер (3') потоком образующейся суспензии диоксида кремния (1-10 г SiO на дм) в соляной кислоте ≥31,5 мас.% НСl, откуда через каплеуловитель (7) очищенные отходящие газы при температуре 60-70°С направляются в колонну адиабатической абсорбции (8) для получения концентрированной ≥31,5 мас.% НСl соляной кислоты, которая после охлаждения в холодильнике (9) отправляется на склад, а также для восполнения расхода жидкой фазы в бак (4') второго скруббера (3').
Отработанная суспензия из бака (4) циркуляционного контура орошения первого скруббера (3) насосом (5) отбирается на фильтр (10), откуда фильтрат соляной кислоты передается в бак (4') циркуляционного контура второго скруббера, а осадок диоксида кремния направляется на утилизацию.
Наработанная в циркуляционном контуре второго скруббера (3') суспензия из бака (4') передается в бак (4) циркуляционного контура первого скруббера (3).
Отходящие газы из колонны адиабатической абсорбции (8) поступают в орошаемую потоком очищенной воды промывную колонну (11), где образуется разбавленная (~5 мас.% НСl) соляная кислота, которая из бака (4") в качестве абсорбента насосом (5") подается на орошение колонны адиабатической абсорбции (8).
Технологические газы после промывной колонны (11) обезвреживаются в аппарате санитарной очистки (12) при орошении потоком щелочи, циркулирующим в контуре бак (4'") - насос (5'") - аппарат санитарной очистки (12). Обезвреженные газы вентилятором (13) выбрасываются в трубу, а нейтрализованные стоки утилизируются. Пример осуществления способа
3
3
3
3
2
2
2
2
413,2 дм (418,2 г) отходящих газов процесса получения пирогенного диоксида кремния, представляющих пылепарогазовую смесь, содержащую 156 г хлористого водорода, 23,1 г паров воды, 17 г хлора и 2,09 г диоксида кремния (остальное N, О и др.), при температуре 120-125°С подали в первый скруббер для предварительной очистки и охлаждения до 64-65°С циркулирующим потоком орошающей суспензии, содержащей 80-120 г SiOв 1 дм концентрированной (32 мас.% НСl) соляной кислоты. В результате частичного выделения хлористого водорода, воды и частиц диоксида кремния получили дополнительно к циркулирующему потоку 24,2 г суспензии диоксида кремния в соляной кислоте, содержащей 2,08 г диоксида кремния, и парогазовую смесь в количестве 347,2 дм (411,3 г), которую передали на доочистку циркулирующим потоком орошающей суспензии, содержащей 1-10 г SiO в 1 дм концентрированной (32 мас.% НСl) соляной кислоты при температуре 63-64°С во втором скруббере. При этом дополнительно получили 17,3 г суспензии, содержащей 0,1 г диоксида кремния, которую присоединили к циркуляционному потоку первого скруббера.
2
Из циркуляционного потока первого скруббера отобрали отработанную суспензию в количестве 24,2 г, отобранную часть суспензии профильтровали под давлением 0,25-0,30 МПа. Содержащий 2,08 г диоксида кремния осадок нейтрализовали щелочью, а 17,2 г фильтрата, являющегося концентрированной (32 мас.% НСl) содержащей следовое количество SiO соляной кислотой, направили на орошение в циркуляционный поток второго скруббера.
Эффективность очистки пылепарогазовой смеси от диоксида кремния составила 99,5%. При этом на 70% уменьшены потери концентрированной соляной кислоты.
3
Очищенную парогазовую смесь в количестве 346,2 дм (411,2 г), содержащую 154,5 г хлористого водорода и 19,8 г паров воды, направили на адиабатическую абсорбцию.
3
Абсорбцию хлористого водорода из парогазовой смеси в колонне адиабатической абсорбции осуществили при орошении потоком полученной в промывной колонне разбавленной (4,8 мас.% НСl) соляной кислотой в количестве 342,1 г. В результате абсорбции получили 478 г концентрированной (32 мас.% НСl) соляной кислоты, содержащей 152,9 г хлористого водорода, и 231,4 дм (275,4 г) парогазовой смеси, содержащей 18,7 г хлористого водорода и 19,8 г паров воды, которую направили в промывную колонну.
2
Полученная соляная кислота содержит (мас.%): НСl - 32; остаток после прокаливания - <0,05; кремниевая кислота в пересчете на SiO - < 0,02; свободный хлор - 0,006. Концентрированная соляная кислота такого качества соответствует требованиям ГОСТ 857-95 и может быть использована в цветной и черной металлургии, химической и др. отраслях промышленности.
3
Абсорбцию остаточного хлористого водорода из парогазовой смеси в промывной колонне осуществили орошением очищенной водой в количестве 307,1 г. В результате промывки получили 342,1 г соляной кислоты, содержащей (4,8 мас.% НСl), которую направили в качестве абсорбента в колонну адиабатической абсорбции, и 196,5 дм (240,4 г) парогазовой смеси, которую обезвредили обработкой раствором едкого натра.
2
Таким образом, описанная выше технологическая схема позволяет решить задачу переработки отходящих газов процесса получения пирогенного диоксида кремния с повышением эффективности очистки от пыли диоксида кремния перед абсорбцией хлористого водорода и получением качественной концентрированной соляной кислоты. При этом достигается уменьшение количества отходов вследствие возможности возврата концентрированной соляной кислоты в поток орошающей суспензии и соответствующее уменьшение затрат реагента на обезвреживание при переработке отработанной суспензии SiO в соляной кислоте.
Список использованных источников
1. Якименко Л.М. Производство хлора, каустической соды и неорганических хлоропродуктов. М.: Химия, 1974, с.487-510.
2. Левинский М.И., Мазанко А.Ф., Новиков И.Н. Хлористый водород и соляная кислота. М.: Химия, 1985, с.27.
3. Патент США №3447901, МПК С01В 7/08; C01F 5/02; С01D 5/00. Production of hydrogen chloride and magnesium oxide. Заявл. 15.08.1967. №660 681. Опубл. 03.06.1969.
4. Патент США №4515762, МПК С01В 33/113; C01G 17/02; C01G 23/07. Process for processing waste gases resulting during the production of silicon. Заявл. 16.11.1982. №442145. Опубл. 07.05.1985.
5. Патент США №4519999, МПК С01В 33/18. Waste treatment in silicon production operations. Заявл. 28.05.1982. №383234. Опубл. 28.05.1985.