有機(jī)硅廢氣治理技術(shù)探討

胡華煒

摘要：隨著近幾年產(chǎn)能的快速增加，對環(huán)境的壓力也越來越嚴(yán)重。廢氣排放是對大氣污染的重要源頭，特別是VOC有機(jī)廢氣的排放，將對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生巨大影響，嚴(yán)重威脅人類的生命安全。只有在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí)，通過有效的環(huán)境治理手段和技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的可持續(xù)發(fā)展，才能做到經(jīng)濟(jì)發(fā)展與綠色環(huán)境并存。

關(guān)鍵詞：有機(jī)硅;廢氣;治理

1 有機(jī)硅廢氣的產(chǎn)生環(huán)節(jié)及主要成分

有機(jī)硅單體生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜，主要包括氯甲烷合成、單體合成、精餾、水裂解、歧化等生產(chǎn)環(huán)節(jié)。基本上在每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都會(huì)有廢氣（尾氣）產(chǎn)生。同時(shí)，罐區(qū)儲(chǔ)存環(huán)節(jié)也會(huì)產(chǎn)生部分氣化的有機(jī)硅氣體。這些尾氣的主要成分有甲烷、氯甲烷、氯硅烷、氯化氫、乙烯、氮?dú)獾?。這些尾氣通過管道或者加壓進(jìn)行集中收集，并通過一系列的處理工藝進(jìn)行處理。

2 現(xiàn)有有機(jī)硅廢氣治理方法

2.1 水洗吸收法

水洗吸收裝置包括兩級(jí)吸收。一級(jí)洗滌吸收裝置包括插底管、吸收槽、洗滌塔、循環(huán)泵。耳機(jī)洗滌吸收裝置包括文丘里、加藥裝置、循環(huán)泵、洗滌塔、排放煙囪等。

尾氣經(jīng)插底管進(jìn)入一級(jí)洗滌裝置，部分尾氣直接在與水的接觸過程中被水所吸收，未吸收的部分進(jìn)入洗滌塔，通過循環(huán)泵的噴淋裝置對廢氣進(jìn)一步的洗滌吸收。經(jīng)過一級(jí)洗滌，大部分的尾氣將被吸收，形成的水解物通過泵的推力流出洗滌槽。少量未被吸收的尾氣通過一級(jí)與二級(jí)的連通管進(jìn)入二級(jí)吸收裝置。尾氣被文丘里吸進(jìn)，在與水的充分接觸過程中被洗滌吸收，如果仍有部分未被吸收，則最后會(huì)在洗滌塔的噴淋裝置中被充分吸收，最終通過煙囪完成有組織的達(dá)標(biāo)排放。

水洗吸收法雖然有兩級(jí)吸收，但是仍然存在尾氣吸收不完全的情況。水洗吸收裝置能夠吸收溶于水或者能夠與水發(fā)生反應(yīng)的尾氣，而那些不溶于水、或者不能與水發(fā)生反應(yīng)的有機(jī)廢氣則無法通過水洗裝置來完成尾氣治理，比如氯甲烷尾氣等。所以，水洗吸收法無法保證所有有機(jī)硅廢氣都能夠得到有效處理，只能用于緊急情況下的應(yīng)急處理。

2.2 焚燒法處理有機(jī)硅廢氣

2.2.1焚燒處理工藝簡介

廢氣焚燒爐比較多的是立式爐結(jié)構(gòu)，工藝流程通常包括焚燒系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)、急冷系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、洗滌系統(tǒng)、煙囪等。通過天然氣或者柴油等燃料進(jìn)行烘爐，將爐子升溫至1100℃以上，然后通過自動(dòng)控制系統(tǒng)，慢慢投入有機(jī)硅廢氣，同時(shí)，燃料根據(jù)爐子溫度，逐步減少，直至系統(tǒng)平衡。有機(jī)硅廢氣主要成分包括氯硅烷、氯甲烷、氮?dú)?、乙烯、氯化氫等組分，具有足夠高的熱值，能夠穩(wěn)定保證爐子的溫度在1100℃以上。當(dāng)廢氣投入?yún)⑴c焚燒后，天然氣或者柴油需保證一個(gè)最小開度，作為長明火伴燒使用，避免廢氣突然停止燃燒，大量可燃?xì)怏w聚集而產(chǎn)生爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

有機(jī)硅廢氣焚燒后，會(huì)產(chǎn)生大量的SiO2、Hcl、CO、CO2、H20，少量的Cl2，NOx等。這些有害成分需要通過后續(xù)的脫銷、除塵、脫酸等凈化系統(tǒng)進(jìn)行煙氣凈化。首先，焚燒后的煙氣從1100℃下降至1000℃左右進(jìn)入SNCR脫硝系統(tǒng)，在尿素作用下，NOx反應(yīng)生成N2。煙氣之后進(jìn)入到急冷系統(tǒng)。當(dāng)1100℃的煙氣經(jīng)過急冷時(shí)，霧化狀態(tài)下的水噴入塔內(nèi)，與煙氣充分接觸換熱，使得溫度在2S內(nèi)從1100℃下降至180-200℃左右。煙氣在500到200℃范圍內(nèi)急劇降溫，能有效控制二噁英的產(chǎn)生。降溫后的煙氣進(jìn)入除塵系統(tǒng)，在布袋的作用下，二氧化硅與煙氣分離，實(shí)現(xiàn)除塵效果。然后煙氣進(jìn)入到洗滌塔，煙氣中的Hcl溶于水后形成鹽酸，通過降膜吸收，實(shí)現(xiàn)15%-20%濃度的鹽酸回收。煙氣之后進(jìn)入到堿洗塔，在洗滌塔內(nèi)根據(jù)PH和氧化還原電位，進(jìn)行自動(dòng)投加NaOH和Na2SO3，將煙氣中剩余的Hcl和少量的Cl2進(jìn)行反應(yīng)，之后后煙氣進(jìn)行定點(diǎn)高空排放。

2.2.1有機(jī)硅廢氣焚燒存在問題

有機(jī)硅廢氣焚燒工藝雖然已經(jīng)經(jīng)過多年的運(yùn)用，各大有機(jī)硅單體生產(chǎn)企業(yè)基本都建有廢氣焚燒裝置，但是就目前的運(yùn)行情況而言，還存在著一些比較難解決的問題。

（1）燃燒器易堵

有機(jī)硅廢氣中，氯硅烷的組分占比較大。氯硅烷中含有大量的硅，且與空氣接觸即發(fā)生水解，生成水解物和HCL。廢氣焚燒后，生成大量的SiO2，二氧化硅的熔點(diǎn)在1650℃左右。廢氣燃燒器在助燃空氣混合過程中，一部分氯硅烷與助燃空氣中的水分發(fā)生了水解反應(yīng)，堵塞了燃燒器噴頭。燃燒后的SIO2在火焰高溫作用下，部分直接熔融，進(jìn)一步堵塞了燃燒器。在實(shí)際運(yùn)行過程中，燃燒器的運(yùn)行周期非常短，需要定期停爐進(jìn)行清理，大大降低了焚燒爐的運(yùn)行穩(wěn)定性。

（2）設(shè)備腐蝕

有機(jī)硅尾氣中含有大量的氯，燃燒生成Hcl。Hcl氣體在低溫環(huán)境下會(huì)發(fā)生結(jié)露，對設(shè)備腐蝕巨大。雖然在易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的除塵器箱體及管道都左右伴熱和保溫，但是對于局部的低溫死角和容易發(fā)生漏風(fēng)的法蘭、人孔位置，則非常容易造成設(shè)備腐蝕。

3 有機(jī)硅廢氣治理方向探討

目前現(xiàn)有的處理有機(jī)硅廢氣的方法，不管是水洗法還是焚燒法，都存在著一定的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)情況。未來有機(jī)硅廢氣的治理技術(shù)，可以從以下兩方面進(jìn)行深入研究和探索。

（1）源頭治理

節(jié)能減排是最有效控制污染物產(chǎn)生的辦法。有機(jī)硅生產(chǎn)企業(yè)通過引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)生產(chǎn)工藝技術(shù)、或者充分發(fā)揮企業(yè)自身技術(shù)力量進(jìn)行科技攻關(guān)，將有機(jī)硅生產(chǎn)過程中的尾氣排放進(jìn)行有效控制，充分回收可用資源，減少有害成分的排放量。比如氯甲烷回收技術(shù)、高低沸回收技術(shù)等。

（2）資源綜合利用

有機(jī)硅廢氣中含有的硅，是生產(chǎn)白炭黑的重要原料，也是生產(chǎn)水泥的重要原料。通過企業(yè)間的合作探索，如果能夠有效的將硅元素進(jìn)行重新利用，將是一項(xiàng)很好的資源利用。同時(shí)，有機(jī)硅廢氣焚燒后產(chǎn)生大量的熱量，通過能量回收，在產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，還能減少環(huán)境熱污染。

4 總結(jié)

當(dāng)今社會(huì)能源匱乏、環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，是當(dāng)下經(jīng)濟(jì)發(fā)生的一項(xiàng)重要矛盾。有機(jī)硅生產(chǎn)過程中，尾氣排放對環(huán)境產(chǎn)生很大的影響。如何更好的實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、綠色發(fā)展，是目前有機(jī)硅生產(chǎn)必須要解決的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文對目前有機(jī)硅廢氣處理的一些過程技術(shù)及今后的可行性方向進(jìn)行了簡單的研究，未能夠做到足夠深入。希望專業(yè)人員對這一方面展開深入的研究，早日解決有機(jī)硅廢氣治理中的難題。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁學(xué)志，陳立軍，劉彬，&鄭銀虎.（2018）.節(jié)能新技術(shù)在有機(jī)硅廢氣處理中的應(yīng)用.有機(jī)硅材料，32（3），4.