文_張文英 寧德時代新能源科技有限公司

1 有機(jī)硅廢氣處理現(xiàn)狀

目前，對于有機(jī)硅含氯廢氣主要采用直接堿洗或者水洗的處理方法，也有部分生產(chǎn)企業(yè)采用吸附劑進(jìn)行吸附，在浪費(fèi)大量人力物力的同時處理效果不佳。 在有機(jī)硅材料生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量廢氣，包括氯甲烷、氯硅烷以及甲烷。氯甲烷具有易爆炸與易燃燒的特點(diǎn)，并且在完全燃燒后產(chǎn)生二氯化碳、氯化氫以及水蒸氣，氯硅烷包括四氯化硅、三氯化硅以及二氯化硅。氯化硅具有腐蝕性與刺激性的特點(diǎn)，在常壓常溫情況下表現(xiàn)為無色無毒氣體。現(xiàn)有機(jī)硅廢氣處理中，水洗法與焚燒中和法是最常見的，目前主要采用水洗法對廢氣進(jìn)行處理，采用工業(yè)水洗滌煙氣，將廢氣中的氯硅烷水解。雖然水洗法對氯硅烷具有較高的處理效果，但是在水解后會產(chǎn)生大量氯化氫與二氧化硅固體，部分氯化氫溶水后還會逃逸到大氣環(huán)境中造成環(huán)境污染，而且水在吸收氯化氫后轉(zhuǎn)變?yōu)樗嵝?，不利于后期污水處理工作開展。

在有機(jī)硅生產(chǎn)過程中，部分生產(chǎn)企業(yè)對于有機(jī)硅生產(chǎn)廢氣主要采取焚燒中和法，已經(jīng)取得成效。焚燒中和法是對有機(jī)硅生產(chǎn)廢氣高溫焚燒，再對產(chǎn)生廢氣使用水噴淋降溫，使廢氣在焚燒后保持在150℃左右，然后再配置相應(yīng)堿液中和廢氣中的酸性氣體，將廢氣通過堿液中和洗滌，最后再經(jīng)過除塵器與引風(fēng)機(jī)將煙氣處理后排出。焚燒中和法需要耗費(fèi)大量工業(yè)水與堿液，且堿液中和洗滌后成為二次污染物，其中存在大量的堿金屬鹽與二氧化硅細(xì)砂，再對堿液進(jìn)行處理較為困難，還造成污染環(huán)境。焚燒中和法在處理有機(jī)硅廢氣時需要投入大量成本，還要對二次污染物進(jìn)行處理，對于二次污染物收集池產(chǎn)生的廢氣也還要進(jìn)行處理。由于有機(jī)硅廢氣熱值較高，不需要其他輔助材料就可以穩(wěn)定燃燒，采用焚燒中和法，雖然可以便捷高效處理有機(jī)硅廢氣，但是卻不能將燃燒能量有效回收，造成資源浪費(fèi)。

2 有機(jī)硅廢氣治理利用措施

2.1 高溫焚燒系統(tǒng)

高溫焚燒是有機(jī)硅廢氣處理的第一道工序，是有機(jī)硅廢氣處理中的基礎(chǔ)環(huán)境，高溫焚燒系統(tǒng)具有燃燒器、焚燒爐以及輔助設(shè)備，在有機(jī)硅廢氣處理中焚燒爐采用立式燃?xì)馐脚c臥式阻燃式共同組成，在布置臥式阻燃式焚燒爐時，需要安裝點(diǎn)火器與火焰探測器，對兩種焚燒爐組合共同高溫焚燒有機(jī)硅含氯廢氣。在燃燒器上布置溫度測點(diǎn)，對輔助燃料與助燃風(fēng)量進(jìn)行合理控制，確保焚燒爐燃燒溫度，將有機(jī)硅廢氣送至焚燒爐中，通過高溫焚燒有機(jī)硅含氯廢氣，使其分解為氯化氫、二氧化硅、二氧化碳以及水蒸氣。其中，操作人員需要注意，必須將有機(jī)硅含氯廢氣在焚燒爐中保持2s以上，保證有機(jī)硅含氯廢氣焚燒，當(dāng)煙氣從焚燒爐出口出來時需要將含氧量控制在7%左右，由于有機(jī)硅含氯廢氣在焚燒處理過程中會產(chǎn)生大量氯氣與氯化氫氣體，所以必須減少氯氣生成。

2.2 余溫回收系統(tǒng)

在有機(jī)硅廢氣中包含大量有機(jī)成分，且熱值較高，當(dāng)有機(jī)硅廢氣經(jīng)過高溫燃燒后，產(chǎn)生的高溫?zé)煔饪梢赃M(jìn)行熱量回收。有機(jī)硅廢氣經(jīng)過高溫燃燒后，存在氯化氫、二氧化硅以及少量氯氣，所以在設(shè)計余溫回收鍋爐時必須考慮露點(diǎn)腐蝕問題與二氧化硅堵塞煙道，以及鍋爐受熱面不均勻問題。其中露點(diǎn)腐蝕主要是由于鍋爐受熱面壁溫與鍋爐密封性所導(dǎo)致的，其中余熱鍋爐受熱面壁溫問題比較容易解決，鍋爐受熱面壁溫度大于氯化氫的漏點(diǎn)溫度，余溫鍋爐密封問題更加關(guān)鍵，一旦出現(xiàn)細(xì)小的泄漏點(diǎn)，都會造成氯化氫的露點(diǎn)腐蝕，對于金屬材料氯化氫的露點(diǎn)腐蝕速度非常快，根據(jù)實際情況來看余溫鍋爐最好采用火管鍋爐，因其良好的密封性，可以有效適應(yīng)有毒或有腐蝕煙氣，確保鍋爐裝置運(yùn)行更加安全可靠。由于有機(jī)硅廢氣高溫焚燒后還會產(chǎn)生大量二氧化硅粉末，為避免粉末堵塞鍋爐煙道與受熱面，可以考慮采用立式螺紋煙管結(jié)構(gòu)的管殼式余熱鍋爐，煙氣在螺紋煙管中是從上到下旋轉(zhuǎn)流動，且煙氣流速不低于12m/s，可以確保鍋爐安全可靠運(yùn)行。

2.3 煙氣急冷系統(tǒng)

煙氣急冷環(huán)節(jié)是有機(jī)硅廢氣處理的重要環(huán)節(jié)，其中需要應(yīng)用急冷塔、酸液循環(huán)泵以及石墨換熱器等多種設(shè)備，通過石墨換熱器有效輸送熱量，實現(xiàn)快速降溫目的。急冷塔包括噴淋急冷與酸液儲存罐。煙氣急冷系統(tǒng)主要是遏制二次污染物質(zhì)產(chǎn)生，通過氯化氫與水相融的特點(diǎn)，將氯化氫氣體從煙氣中分離到水中直接形成稀鹽酸。

由于氯化氫氣體可以溶入水中，在水中溶解度隨著溫度而變化，溫度越低溶解度越高，因此在煙氣機(jī)動系統(tǒng)中需要將有機(jī)硅廢氣溫度迅速降低。當(dāng)煙氣經(jīng)過煙氣極冷環(huán)節(jié)時，會進(jìn)行傳熱與傳質(zhì)兩個過程，當(dāng)有機(jī)硅廢氣高溫焚燒后產(chǎn)生的氯化氫氣體，再通過稀酸循環(huán)液吸收后會產(chǎn)生放熱反應(yīng)，將有機(jī)硅煙氣中的大部分熱量，有效降低有機(jī)硅煙氣溫度。并且由于烯酸循環(huán)液會與有機(jī)硅煙氣產(chǎn)生熱量傳遞，還會使煙氣溫度下降進(jìn)一步加快。循環(huán)稀鹽酸的熱量可以通過石墨換熱器循環(huán)冷卻水帶走。由于煙氣中的氯化氫氣體容易溶于稀鹽酸中，并且二氧化硅粉末溶于稀鹽酸溶液中形成懸浮液，為了避免煙氣受到壓力波動導(dǎo)致鹽酸霧液回流急冷塔進(jìn)煙口，造成煙道腐蝕問題，因此在急冷塔煙氣進(jìn)口與塔體要采用耐腐蝕的石墨材質(zhì)，確保煙氣急冷系統(tǒng)正常安全運(yùn)行。在石墨殼體外側(cè)還要設(shè)置水冷夾套快速冷卻石墨體。

2.4 鹽酸回收系統(tǒng)

有機(jī)硅廢氣中的氯化氫氣體經(jīng)過煙氣急冷系統(tǒng)可以有效吸收60%以上，但是剩余的氯化氫氣體還需要通過再回收處理。有機(jī)硅煙氣經(jīng)過煙氣急冷環(huán)節(jié)后，自身溫度保持在65℃，因此采用鹽酸回收方法具有較大價值，可以通過填料層與泡罩層鋪設(shè)，根據(jù)煙氣中的氯化氫氣體濃度，鹽酸產(chǎn)生濃度可以達(dá)到20%～30%。通過鹽酸回收煙氣中的剩余氯化氫氣體，通過填料層使煙氣與鹽酸之間的接觸面積增加，有效提高氯化氫氣體回收效果。同時還可以在鹽酸回收系統(tǒng)中安裝鹽酸噴淋設(shè)備，在煙氣輸送過程中將稀酸不斷噴淋出去，提高氯化氫氣體回收處理效果。還可以通過在填料噴淋層上布置泡罩層，其中常溫清水在吸收氯化氫氣體時具有較高效率，在常溫工業(yè)水中，氯化氫氣體可以達(dá)到65%～70%的溶解率，將有機(jī)硅煙氣通過相應(yīng)設(shè)備具有一定速度噴出，使煙氣與水膜形成鼓泡接觸，可有效提高氯化氫氣體溶解效率。

2.5 煙氣脫酸系統(tǒng)

當(dāng)有機(jī)硅煙氣到達(dá)煙氣脫酸系統(tǒng)時，其中大部分氯化氫氣體與氯氣都已經(jīng)被處理回收，但是仍然會存在少量氯化氫氣體，為了確保有機(jī)硅生產(chǎn)廢氣排放滿足環(huán)保要求，生產(chǎn)企業(yè)還要使用檢疫對煙氣進(jìn)行再次洗滌，確保有機(jī)硅廢氣中的酸性氣體全部清除干凈。煙氣脫酸主要是通過玻璃鋼脫酸塔來實現(xiàn)，由于脫酸塔為玻璃鋼材質(zhì)，在酸堿共存的環(huán)境中具有良好的抗腐蝕性，操作人員根據(jù)有機(jī)硅生產(chǎn)廢氣其中酸性物質(zhì)比例來調(diào)配出合適的堿液。對于濃度5%的氯氧化鈉堿液，將液氣比控制在2：1，其中脫酸塔循環(huán)酸液與煙氣方向相逆，通過填料層增加煙氣與堿液的接觸面積有效提高脫酸效果。還可以在脫酸塔頂部安裝除霧器，通過對煙氣進(jìn)行擾動，將煙氣中的水滴凝結(jié)成大顆粒，確保水滴落回脫酸塔中實現(xiàn)初步除霧。

2.6 煙氣儲存系統(tǒng)

有機(jī)硅含氯廢氣經(jīng)過高溫焚燒后會產(chǎn)生二氧化硅粉末，當(dāng)有機(jī)硅含氯廢氣經(jīng)過多道回收處理程序后，其中大部分二氧化硅粉末已經(jīng)洗滌下來并且進(jìn)入循環(huán)液中，但是仍然存在部分二氧化硅粉末殘留下來，無法通過布袋過濾方法去除干凈。使用濕電除塵器可以有效去除煙氣中的殘留二氧化硅粉末，主要是通過高壓直流靜電將其中煙塵沉降于陽極表面，將大部分粉塵與液滴得到去除。由于二氧化硅是絕緣物質(zhì)，無法導(dǎo)電，所以在清除二氧化硅粉末時，采取濕式除塵器處理效果較差，并且由于煙氣經(jīng)過多道處理回收工序后，其中存在大量水，大量二氧化硅粉末與水混合，可以通過水導(dǎo)電來實現(xiàn)二氧化硅粉末處理。

2.7 資源化利用

高溫焚燒有機(jī)硅含氯廢氣后，可以將高溫?zé)煔廨斔瓦M(jìn)鍋爐回收系統(tǒng)，進(jìn)行熱量回收利用，為生產(chǎn)運(yùn)行提供能源供應(yīng)。對于有機(jī)硅含氯廢氣中的氯化氫氣體回收利用可以產(chǎn)生高濃度的稀鹽酸，二氧化硅回收處理后可以加工生產(chǎn)硅產(chǎn)品。

3 結(jié)語

有機(jī)硅廢氣處理系統(tǒng)可以根據(jù)有機(jī)硅廢氣成分制備細(xì)鹽酸與二氧化硅濾餅，并且對熱量回收利用，不需要再耗費(fèi)其他輔助材料，相較于水洗與焚燒中和法，運(yùn)行成本較低，并且不會造成其他污染，在現(xiàn)階段有機(jī)硅產(chǎn)業(yè)中處理廢氣具有較大優(yōu)勢。通過解決有機(jī)硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣污染問題，可以有效提高有機(jī)硅產(chǎn)能，可以有效促進(jìn)有機(jī)硅產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。