一种从三氯氢硅尾气中回收氢气的方法技术

本发明专利技术涉及气体的吸附分离，具体涉及一种从三氯氢硅尾气中回收氢气的方法，该三氯氢硅尾气为经过除尘、回收氯硅烷和回收氯化氢后的三氯氢硅尾气，含有８５％的氢气和１５％的氮气，该三氯氢硅尾气经加压加热后进入吸附系统，氢气在填料塔中被吸附剂吸附，吸附结束后，通过用真空泵从塔顶抽气，同时从填料塔的塔底通入净化的氢气的方式，将停留在填料塔内未被吸附的杂气排出填料塔，排杂结束后，用真空泵将吸附在填料塔内的氢气脱附并抽送至氯化氢合成炉回收利用；氮气从塔顶采出，经淋洗后通入布袋过滤器循环利用。该方法投资少、运行费用较低、工艺简单，氢气的回收率高，回收的氢气纯度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气体的吸附分离，具体地讲，涉及一种从三氯氢硅生产尾气中回收氢 气的方法。
技术介绍
三氯氢硅又称三氯硅烷、硅氯仿，是一种易挥发、易潮解的无色液体，同时也是一 种应用广泛的有机硅单体，广泛用于有机硅烷和烷基、芳基以及有机官能团氯硅烷的合成， 是有机硅烷偶联剂中最基本的单体，也是生产多晶硅的主要原料。现有技术中，常见的合成三氯氢硅的方法如下1.合成氯化氢H2+C12 = 2HC1，2.合成三氯氢硅Si+3HC1 = SiHCl3+H2 (主反应)Si+4HC1 — SiCl4+2H2 (副反应)在三氯氢硅合成过程中，氯化氢的转化率一般为80%，有约20%的氯化氢未参加 反应。三氯氢硅合成尾气的主要成分有氯化氢、三氯氢硅、四氯化硅、氢气、氮气。氢气是合 成三氯氢硅的原料之一，尾气中含有大量的氢气，如果能将其回收并作为可循环使用的原 料，则不仅可以提高原料的利用率，还能降低成产成本，提高经济效益。目前，三氯氢硅尾气中处理氢气的方法有以下几种方法一、氢气直接排放将从三氯氢硅合成炉排出的尾气送至尾气淋洗塔，用大量水进 行喷淋吸收，氯化氢溶解于水中，三氯氢硅等氯硅烷水解生成二氧化硅和溶于水的氯化氢， 氯化氢水溶液经氢氧化钠中和达标后排放，氢气直接排放到空气中。该方法工艺简单，技术 成熟，投资少，通过控制喷淋系统的水量和中和池的氢氧化钠的投入量，也可以很好地实现 合格排放。缺点是没有对氯化氢和氢气进行二次利用，经济效益低。另外尾气中的氯硅烷 与水反应生成不溶于水的二氧化硅和盐酸造成二次污染，三废处理量大。二、综合回收法将从三氯氢硅合成炉排出的尾气加压冷凝，三氯氢硅和四氯化 硅冷凝成液体回收，未冷凝的氯化氢、氢气返回氯化氢合成系统，氢气与氯气按一定比例混 合，燃烧生成氯化氢，循环使用。该方法提高原材料利用率，除低了原材料单耗，实现了无废 气排出，彻底解决了环境污染问题。但是，未冷凝的氯化氢和氢气纯度较低，进入合成炉会 导致三氯氢硅的收率降低，另外，在实际生产过程中。三、吸附处理法尾气通过吸附塔时，利用吸附剂的吸附作用对尾气中的氢气进行 吸附分离，然后通过吸附剂的再生回收氢气，其余气体从塔顶采出。吸附剂通过“吸附-再 生”循环，实现气体的连续分离与提纯，但是，在吸附剂再生的过程中，吸附塔内的死空间中 的杂气将一起被回收。吸附处理法的优点是工艺路线成熟，缺点是是分离不彻底，回收的气 体纯度低，回收的氢气进入氯化氢合成炉内不但会影响氯化氢的收率，也为安全生产带来 急 ^^ ο为了提高回收的氢气的纯度，变压吸附系统通过均压降将吸附塔死空间内的杂气排出吸附塔，但均压降的过程不能使塔内死空间中的杂气以较高的比例有效地被排出，这 降低了回收的氢气的纯度，并且，填料塔和吸附剂的利用率低；另外，在均压降的过程中，被 吸附剂吸附的氢气会随着塔内压强的降低而从吸附剂中逸出，被一起排出吸附塔，降低了 工作效率，为了提高回收的氢气的纯度，可以采用多次均压降，这样，吸附系统的工作效率 将会更低，而且增加了吸附系统的运行成本。鉴于此，特提出本技术方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种从三氯氢硅生产尾气中回收氢气的方法，该方法工艺 简单、投资少、运行费用较低，回收的氢气纯度高，氢气的回收率高，并同时回收尾气中的氮气。为了实现本专利技术的目的，采用如下技术方案，包括以下步骤(a)对三氯氢硅尾气进行压缩、加热；(b)压缩加热后的三氯氢硅尾气进入吸附系统中，三氯氢硅尾气中的氢气被填料 塔内的吸附剂吸附，氮气从塔顶采出；(c)在填料塔停止吸附后，将净化的氢气气从塔底通入，用负压泵从填料塔的塔 顶将填料塔中停留的杂气抽送至中充缓冲罐，进行排杂，该杂气为未被吸附的氮气和少量 氢气，排杂过程中，保持填料塔内压强不会降低，当净化的氢气前沿移动到塔顶时，排杂结 束；(d)用真空泵从填料塔的底部将填料塔中被吸附的氢气抽送至氢气缓冲罐；(e)从塔顶采出的氮气经淋洗塔被水洗，将水洗后的氮气送至布袋过滤器回收利 用；(f)将氢气缓冲罐中的氢气送至氯化氢合成炉循环利用。本专利技术中的三氯氢硅尾气是指经过除尘并回收氯硅烷和氯化氢之后的尾气，所述 三氯氢硅尾气包括H2和N2。本专利技术中，三氯氢硅尾气进入吸附系统，尾气中的氢气被填料塔中的吸附剂吸附， 氮气从塔顶采出，由于该三氯氢硅尾气中含有微量的氯硅烷和氯化氢，氯化氢极易容易水， 氯硅烷遇水水解，从塔顶采出的氮气经水洗后通入布袋过滤器回收利用。所述步骤(a)中将尾气加压至0. 6MPa,加热到60 70°C。所述步骤(b)中吸附的温度为60_70°C，吸附的压强为0. 02-0. 6MPa。所述吸附系统为5台并联的填料塔，其中，1台填料塔备用，两台处于吸附状态，两 台处于脱附状态，吸附和脱附周期性相互交替进行。上述吸附系统工作时，吸附时间等于排杂时间和脱附时间之和。当两台填料塔处 于吸附状态时，另外两台吸附塔处于排杂和脱附阶段，吸附与排杂和脱附周期性相互交替 进行，每个处于工作状态的填料塔重复吸附-排杂-脱附的循环，这样，可以保证从加热器 出来的尾气可以连续不断地进入吸附系统中被吸附回收，保证了吸附的连续性。所述填料塔的高度和直径比为8 10 1，优选为10 1。所述填料塔内的吸附剂为η型活性氧化铝和球型硅胶，填料塔的空隙体积为填4料塔体积的41%。所述吸附剂在填料塔内自下而上的填装方式为η型活性氧化铝-球型硅胶-η 型活性氧化铝-球型硅胶，其填装高度比为2 3 1 2 3 1，η型活性氧化铝层的 顶面为凸面，球型硅胶层的底面为凹面。本专利技术中，三氯氢硅尾气中的吐与队的体积比为85 15，吐与队都属于较弱的吸 附质，三氯氢硅尾气进入填料塔后，填料塔内的n型活性氧化铝对三氯氢硅尾气中的氢气 有较强的吸附能力，且其吸附容量非常大，氢气很容易被吸附能力强的n型活性氧化铝吸 附，但吸附速度较慢，吸附前沿向上推进的速度较慢，浓度梯度的长度较长，吸附剂的利用 率较低，这时在活性炭层之上填充球型硅胶，而球型硅胶对氢气的选择性很强，在吸附分离 氢气和氮气时具有较大的分离系数，并且吸附速度快，吸附剂的利用率高，可以有效地缩短 浓度梯度的长度，快速地推进吸附前沿，当浓度梯度的长度固定之后，三氯氢硅尾气向上流 动再进入n型活性氧化铝层，利用n型活性氧化铝吸附能力强，吸附容量大的优点，氢气 被大量吸附，最后经球型硅胶层后从塔顶采出，由于球型硅胶对不凝气体中氢气的选择性 高，所以，为了提高氢气的回收率和吸附剂的利用率，球型硅胶位于填料塔的最上层。本发 明中n型活性氧化铝和球型硅胶的交错填充，不仅利用了 n型活性氧化铝的较强吸附能 力和球型硅胶对氢气的高选择性，并通过控制填料塔中每层的填充高度比，使其各自的优 势相互协同促进，并回避了各自的不足，提高了吸附系统的工作效率，以及氢气的回收率。一般来说，气体在进入填料塔后，自下而上流动时，位于中心的气体向上流动较 快，而外围的气体向上流动较慢，这样，吸附前沿的中心和外围就不能同时到达塔顶，这将 影响到氢气的回收率和回收纯度，本专利技术中n型活性氧化铝层的顶面为凸面，球型硅胶层 的底面为凹面，由于n型活性氧化铝的吸附速度比球型硅胶快，这样就加快了填料塔内外 围的吸附前沿向上推进的速度，有效地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从三氯氢硅尾气中回收氢气的方法，其特征在于，包括以下步骤：（ａ）对三氯氢硅尾气进行压缩、加热，所述三氯氢硅尾气为氢气和氮气；（ｂ）压缩加热后的三氯氢硅尾气进入吸附系统中，三氯氢硅尾气中的氢气被吸附系统中填料塔内的吸附剂吸附，氮气从塔顶采出；（ｃ）在填料塔停止吸附后，将净化的氢气从塔底通入，用负压泵从填料塔的塔顶将填料塔中停留的杂气抽送至中充缓冲罐，进行排杂，该杂气为未被吸附的氮气和少量氢气，排杂过程中，保持填料塔内压强不会降低，当净化的氢气前沿移动到塔顶时，排杂结束；（ｄ）用真空泵从填料塔的底部将填料塔中被吸附的氢气抽送至氢气缓冲罐；（ｅ）从塔顶采出的氮气经淋洗塔被水洗，将水洗后的氮气送至布袋过滤器循环利用；（ｆ）将氢气缓冲罐中的氢气送至氯化氢合成炉回收利用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郎丰平，邱顺恩，黄少辉，黄小明，李明生，
申请(专利权)人：江西嘉柏新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：36