СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В ПРОЦЕССЕ ПОЛУЧЕНИЯ ПИРОГЕННОГО ДИОКСИДА КРЕМНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫМ ГИДРОЛИЗОМ ХЛОРИДОВ КРЕМНИЯ Российский патент 2012 года по МПК C01B33/12 C01B33/18 B01D49/00 

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.

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 SiO₂ не превышает 0,02 мас.%. Кроме того, уменьшаются потери концентрированной соляной кислоты и затраты реагента на обезвреживание при переработке отработанной суспензии SiO₂ 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:

- 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/дм³ в контуре первого скруббера и 1-10 г/дм³ в контуре второго скруббера;

- отбор части отработанной в первом скруббере суспензии с концентрацией диоксида кремния 80-120 г/дм³ и выделение фильтрованием осадка диоксида кремния, который после нейтрализации щелочным реагентом направляется на утилизацию;

- компенсация количества отобранной соляной кислоты из потока циркулирующей суспензии первого скруббера передачей полученной на втором скруббере суспензии с концентрацией диоксида кремния 1-10 г/дм³;

- 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;

- на фильтрование из контура первого скруббера отбирают отработанную суспензию диоксида кремния в соляной кислоте с содержанием диоксида кремния 80-120 г/дм³;

- фильтрат передают в поток циркулирующей суспензии во второй скруббер, в контуре которого поддерживают концентрацию суспензии диоксида кремния в соляной кислоте 1-10 г/дм³;

- 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.

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, Сl₂, Н₂О, N₂, О₂. 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 SiO₂ на дм³) 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 SiO₂ на дм³) 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

413,2 дм³ (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 N₂, О₂ 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 SiO₂ в 1 дм³ 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 дм³ (411,3 г), которую передали на доочистку циркулирующим потоком орошающей суспензии, содержащей 1-10 г SiO₂ в 1 дм³ 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.

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 SiO₂ 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.

Очищенную парогазовую смесь в количестве 346,2 дм³ (411,2 г), содержащую 154,5 г хлористого водорода и 19,8 г паров воды, направили на адиабатическую абсорбцию.

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 дм³ (275,4 г) парогазовой смеси, содержащей 18,7 г хлористого водорода и 19,8 г паров воды, которую направили в промывную колонну.

Полученная соляная кислота содержит (мас.%): НСl - 32; остаток после прокаливания - <0,05; кремниевая кислота в пересчете на SiO₂ - < 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.

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 дм³ (240,4 г) парогазовой смеси, которую обезвредили обработкой раствором едкого натра.

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 SiO₂ 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.

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. Способ переработки отходящих газов включает очистку отходящих газов, содержащую хлористый водород, пары воды, хлор и диоксид кремния, от твердых взвесей диоксида кремния, абсорбцию хлористого водорода с получением соляной кислоты, отбор и фильтрование отработанной циркулирующей суспензии. Очистку от тонкодисперсных твердых взвесей диоксида кремния осуществляют орошением циркулирующими потоками суспензии диоксида кремния в концентрированной ≥31,5 мас.% НСl соляной кислоте. На фильтрование из контура первого скруббера отбирают отработанную суспензию диоксида кремния в соляной кислоте с содержанием диоксида кремния 80-120 г/дм³. Фильтрат передают в поток циркулирующей суспензии во второй скруббер, в контуре которого поддерживают концентрацию суспензии диоксида кремния в соляной кислоте 1-10 г/дм³. Расход циркулирующей суспензии из контура первого скруббера восполняют суспензией из потока циркулирующей суспензии второго скруббера. Повышается эффективность очистки отходящих газов производства пирогенного диоксида кремния от твердой фазы, уменьшаются потери концентрированной соляной кислоты и расход реагента на обезвреживание при переработке отработанной суспензии. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

1. Способ переработки отходящих газов, образующихся в процессе получения пирогенного диоксида кремния высокотемпературным гидролизом хлоридов кремния, включающий очистку отходящих газов, представляющих собой пылепарогазовую смесь, содержащую хлористый водород, пары воды, хлор и диоксид кремния, от твердых взвесей диоксида кремния, абсорбцию хлористого водорода с получением соляной кислоты, отбор и фильтрование отработанной циркулирующей суспензии, отличающийся тем, что очистку от тонкодисперсных твердых взвесей диоксида кремния осуществляют орошением циркулирующими потоками суспензии диоксида кремния в концентрированной ≥31,5 мас.% НСl соляной кислоте, на фильтрование из контура первого скруббера отбирают отработанную суспензию диоксида кремния в соляной кислоте с содержанием диоксида кремния 80-120 г/дм³, фильтрат передают в поток циркулирующей суспензии во второй скруббер, в контуре которого поддерживают концентрацию суспензии диоксида кремния в соляной кислоте 1-10 г/дм³, а расход циркулирующей суспензии из контура первого скруббера восполняют суспензией из потока циркулирующей суспензии второго скруббера.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что весовое отношение орошающей суспензии к отбираемой части составляет от 50/1 до 80/1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на восполнение потока циркулирующей жидкой фазы во втором скруббере подают концентрированную соляную кислоту, полученную абсорбцией хлористого водорода.