一种生产气相二氧化硅的水解炉及系统技术方案

本发明专利技术公开一种生产气相二氧化硅的水解炉，包括DCS控制系统，还包括温度控制单元、压力控制单元，温度控制单元用于检测水解炉中产生的火焰的温度，并根据检测到的温度调节四氯化硅、氢气、空气的进料量；压力控制单元与水解炉的炉筒连接，用于调节水解炉内的压力，以控制生成的气相二氧化硅的在火焰中的停留时间。本发明专利技术还公开一种含有以上所述水解炉的生产气相二氧化硅的系统。本发明专利技术可以对水解炉内的火焰温度、压力进行精准控制，获得粒径小、比表面积大的气相二氧化硅产品。

A hydrolysis furnace and system for producing fumed silica

【技术实现步骤摘要】
一种生产气相二氧化硅的水解炉及系统
本专利技术具体涉及一种生产气相二氧化硅的水解炉及含有该水解炉的系统。
技术介绍
气相二氧化硅是一种重要的纳米无机化工材料，粒径小(7-40nm)，比表面积大(50-600㎡/g)，具有优越的表面化学性能，在硅橡胶、胶粘剂、油漆、涂料、密封材料、油墨、电子、纸张、化妆品、医药、食品、农业和CMP等领域有着广泛的应用。气相二氧化硅的制备主要采用四氯化硅在1800℃的高温条件下水解，其过程为：在高温条件下，首先，空气中的氧气与氢气在四氯化硅的存在下反应生成水，然后水与四氯化硅发生水解，反应方程如下：2H2+O2+SiCl4——→SiO2+4HCl在这反应过程中，火焰温度、气相二氧化硅停留时间(与炉内压力有关)等因素都会影响二氧化硅的粒度、比表面积和表面性质，因此，如何准确控制火焰温度、炉内压力是制备高质量的气相二氧化硅的关键。而在当前的气相二氧化硅的生产设备中，存在以下不足：(1)控制温度：现有的水解炉的炉头火焰温度采用的是热电偶检测，炉头内产生的氯化氢、氯气等强腐蚀、强氧化性气体会对热电偶产生严重的腐蚀和氧化作用，使热电偶容易损坏，导致温度测量不精准，无法判断炉头的火焰温度是否达到1800℃，从而无法判断生产的气相二氧化硅的品质，因此，需要对产品取样分析产品品质，再根据产品品质来调整气态四氯化硅、氢气、空气进料量，从而控制炉头的火焰温度，这种方式导致温度控制滞后，产品比表面积难以达到最优，产品品质无法得到保障，且操作复杂、工作量大，给生产带来巨大不便。(2)压力控制：在适宜的温度下，四氯化硅水解产生的气相二氧化硅在火焰中停留的时间越短，比表面积越大，而影响停留时间的为炉内负压，负压高了会造成物料燃烧不稳定，负压低了会造成气相二氧化硅在火焰中停留的时间较长(超过1.5S)，导致比表面积下降，但是现有的水解炉内负压控制不稳定，难以维持在合适的负压条件。(3)尾气控制：在四氯化硅水解过程中，为了保证四氯化硅充分反应，需加入过量的氧气，但是过量的氧气在炉内高温环境下，会与水解反应产生的氯化氢继续反应，产出氯气，氯气为有毒气体，使得在后续工序中增加碱液吸收、次氯酸钠处理等氯气处理工序，以保证氯气等有毒气体的处理，增加了运行成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术存在的以上不足，提供一种生产气相二氧化硅的水解炉及系统，可以对水解炉内的火焰的温度、压力进行精准控制，获得粒径小、比表面积大的气相二氧化硅产品。根据本专利技术的一个方面，提供生产气相二氧化硅的水解炉，其技术方案如下：一种生产气相二氧化硅的水解炉，包括炉体，所述炉体包括炉头和炉筒，所述水解炉还包括DCS(即分布式控制系统DistributedControlSystem，是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统)控制系统、温度控制单元、压力控制单元，所述DCS控制系统，用于集中控制和协调温度控制单元、压力控制单元以及尾气组分控制单元；所述温度控制单元包括测温仪、进料机构，所述测温仪设于所述炉体上，并与所述DCS控制系统电连接，用于检测炉体中产生的火焰的温度，并将检测到的温度信息传递至DCS控制系统；所述DCS控制系统内设有温度阈值，DCS控制系统用于将测温仪检测到的温度信息与所述温度阈值进行比较，并计算出四氯化硅、氢气、空气的进料量，再传递这些进料量信息；所述进料机构与所述炉体连接，还与所述DCS控制系统电连接，根据接收到的DCS控制系统传递出的进料量信息向炉体内通入四氯化硅、氢气和空气；所述压力控制单元与所述炉体的炉筒连接，并与所述DCS控制系统电连接，用于调节炉体内的压力，以控制生成的气相二氧化硅在火焰中的停留时间。优选的，所述进料机构包括四氯化硅进料组件、氢气进料组件、空气进料组件，所述四氯化硅进料组件包括四氯化硅进料管线、第一流量计、第一调节阀，所述四氯化硅进料管线与所述炉体的炉头连接，所述第一流量计和所述第一调节阀均设于四氯化硅进料管线上，且第一流量计和第一调节阀均与所述DCS控制系统电连接，第一调节阀用于根据DCS控制系统上设定的四氯化硅的进料量调节自身开度，以控制四氯化硅的进料量，第一流量计用于测量已通入到炉体内的四氯化硅的量；所述氢气进料组件包括氢气进料管线、第二流量计、第二调节阀，所述氢气进料管线与所述炉体的炉头连接，所述第二流量计和所述第二调节阀均设于氢气进料管线上，且第二流量计和第二调节阀均与所述DCS控制系统电连接，第二调节阀用于根据DCS控制系统上计算得出的氢气的进料量调节自身开度，以控制氢气的进料量，第二流量计用于测量已通入到炉体内的氢气的量；所述空气进料组件包括空气进料管线、第三流量计、第三调节阀，所述空气进料管线与炉体的炉头连接，所述第三流量计和所述第三调节阀均设于所述空气进料管线上，且第三调节阀和第二流量计与所述DCS控制系统电连接，第三调节阀用于根据DCS控制系统上计算得出的空气的进料量调节自身开度，以控制空气的进料量，第三流量计用于测量已通入到水解炉内的空气的量。优选的，所述测温仪采用双波长红外测温仪，所述DCS控制系统内设定的温度阈值为1800℃。优选的，所述压力控制单元包括压力变送器、变频器、风机，所述压力变送器设于所述炉体的炉筒上，并与所述DCS控制系统电连接，用于检测炉筒内的压力，并将检测到的炉筒内的压力信息传递至DCS控制系统；所述DCS控制系统内还设有压力阈值，DCS控制系统用于将所述压力变送器检测到的所述炉筒内的压力信息与所述压力阈值进行比较，并根据压力比较结果输出压力增加/减弱信号；所述风机与所述炉体的炉筒的下部的出口连接，用于对炉筒由内向外抽风，使炉筒内保持微负压；所述变频器与所述风机电连接，并与所述DCS控制系统电连接，用于根据接收到的所述压力增加/减弱信号调整风机的工作电源频率，以调节风机的转速。优选的，所述水解炉还包括尾气控制单元，所述尾气控制单元包括尾气分析组件和补氢组件，所述尾气分析组件与所述炉体的炉筒连接，用于检测和分析炉筒内的气体组分，并传递所检测到的炉筒内的气体组分信息；所述补氢组件与所述炉体的炉筒连接，还与所述尾气分析组件连接，用于根据尾气分析组件检测到的炉筒内的气体组分信息向炉筒内通入补充氢气。优选的，所述尾气分析组件包括第一气体分析仪，所述第一气体分析仪设于所述炉筒的上部，并与所述DCS控制系统电连接，用于检测炉筒上部的氧气含量，并将检测到的炉筒上部的氧气含量信息传递至DCS控制系统；所述DCS控制系统内还设有第一氧气含量阈值，DCS控制系统还用于将所述第一气体分析仪检测到的所述炉筒上部的氧气含量信息与所述第一氧气含量阈值进行比较，并计算出补充氢气的进料量，再传递补充氢气的进料量信息；所述补氢组件用于根据接收到的补充氢气的进料量信息向炉筒内补充氢气。优选的，所述尾气分析组件还包括第二气体分析仪，所述第二气体分析仪设于所述炉筒的下部，并与所述DCS控制系统连接，用于检测炉筒下部的氧气、氢气的含量，并将检测到的炉筒下部的氧气含量信息、氢气含量信息传递至DCS控制系统；所述DCS控制系统内还设有第二氧气含量阈值和氢气含量阈值，DCS控制系统还用于将所述第二气体分析仪检测到的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生产气相二氧化硅的水解炉，包括炉体(1)，其特征在于，还包括DCS控制系统(14)、温度控制单元、压力控制单元，所述温度控制单元包括测温仪(2)、进料机构，所述测温仪设于所述炉体(1)上，并与所述DCS控制系统(14)电连接，用于检测炉体中产生的火焰的温度，并将检测到的温度信息传递至DCS控制系统；所述DCS控制系统内设有温度阈值，DCS控制系统用于将测温仪检测到的温度信息与所述温度阈值进行比较，并计算出四氯化硅、氢气、空气的进料量，再传递这些进料量信息；所述进料机构与所述炉体(1)连接，还与所述DCS控制系统(14)电连接，根据接收到的DCS控制系统传递出的进料量信息向炉体内通入四氯化硅、氢气和空气；所述压力控制单元与所述炉体的炉筒(12)连接，并与所述DCS控制系统(14)电连接，用于调节炉体内的压力，以控制生成的气相二氧化硅在火焰中的停留时间。

【技术特征摘要】
1.一种生产气相二氧化硅的水解炉，包括炉体(1)，其特征在于，还包括DCS控制系统(14)、温度控制单元、压力控制单元，所述温度控制单元包括测温仪(2)、进料机构，所述测温仪设于所述炉体(1)上，并与所述DCS控制系统(14)电连接，用于检测炉体中产生的火焰的温度，并将检测到的温度信息传递至DCS控制系统；所述DCS控制系统内设有温度阈值，DCS控制系统用于将测温仪检测到的温度信息与所述温度阈值进行比较，并计算出四氯化硅、氢气、空气的进料量，再传递这些进料量信息；所述进料机构与所述炉体(1)连接，还与所述DCS控制系统(14)电连接，根据接收到的DCS控制系统传递出的进料量信息向炉体内通入四氯化硅、氢气和空气；所述压力控制单元与所述炉体的炉筒(12)连接，并与所述DCS控制系统(14)电连接，用于调节炉体内的压力，以控制生成的气相二氧化硅在火焰中的停留时间。2.根据权利要求1所述的生产气相二氧化硅的水解炉，其特征在于，所述进料机构包括四氯化硅进料组件、氢气进料组件、空气进料组件，所述四氯化硅进料组件包括四氯化硅进料管线(3)、第一流量计(31)、第一调节阀(32)，所述四氯化硅进料管线与所述炉体(1)的炉头(11)连接，所述第一流量计和所述第一调节阀均设于四氯化硅进料管线上，且第一流量计和第一调节阀均与所述DCS控制系统(14)电连接，第一调节阀用于根据DCS控制系统上设定的四氯化硅的进料量调节自身开度，以控制四氯化硅的进料量，第一流量计用于测量已通入到炉体内的四氯化硅的量；所述氢气进料组件包括氢气进料管线(4)、第二流量计(41)、第二调节阀(42)，所述氢气进料管线与所述炉体(1)的炉头(11)连接，所述第二流量计和所述第二调节阀均设于氢气进料管线上，且第二流量计和第二调节阀均与所述DCS控制系统(14)电连接，第二调节阀用于根据DCS控制系统上计算得出的氢气的进料量调节自身开度，以控制氢气的进料量，第二流量计用于测量已通入到炉体内的氢气的量；所述空气进料组件包括空气进料管线(5)、第三流量计(51)、第三调节阀(52)，所述空气进料管线与炉体(1)的炉头(11)连接，所述第三流量计和所述第三调节阀均设于所述空气进料管线上，且第三调节阀和第二流量计与所述DCS控制系统(14)电连接，第三调节阀用于根据DCS控制系统上计算得出的空气的进料量调节自身开度，以控制空气的进料量，第三流量计用于测量已通入到水解炉内的空气的量。3.根据权利要求1所述的生产气相二氧化硅的水解炉，其特征在于，所述测温仪(2)采用双波长红外测温仪，所述DCS控制系统(14)内设定的温度阈值为1800℃。4.根据权利要求1所述的生产气相二氧化硅的水解炉，其特征在于，所述压力控制单元包括压力变送器(8)、变频器(9)、风机(10)，所述压力变送器设于所述炉体(1)的炉筒(12)上，并与所述DCS控制系统(14)电连接，用于检测炉筒内的压力，并将检测到的炉筒内的压力信息传递至DCS控制系统；所述DCS控制系统(14)内还设有压力阈值，DCS控制系统用于将所述压力变送器检测到的所述炉筒内的压力信息与所述压力阈值进行比较，并根据压力比较结果输出压力增加/减弱信号；所述风机与所述炉体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兆东，胡旭，田宗浩，胡光健，马金杉，
申请(专利权)人：新疆晶硕新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65