一種有機氯矽烷生產幹法除塵方法

2023-11-10 19:55:27 2

專利名稱：一種有機氯矽烷生產幹法除塵方法
技術領域：
本發明屬於一種氣體的除塵方法，具體涉及一種有機氯矽烷生產幹法除塵方法，
用於以氯甲烷和矽粉為原料合成甲基氯矽烷的過程。
背景技術：
有機矽化合物是由矽粉與氯甲烷在催化劑作用下反應生成。有機矽本身不僅是一
種新型材料，而且為相關工業領域的發展提供了新材料基礎和技術保證。有機矽工業一直
保持較高的發展速度，到2006年底，我國產量(折合成矽氧烷)達到200kt/a。 矽粉與氯甲烷在催化劑作用下反應生成的混合氣是一種混合物，裡面含有多種矽
烷氣體和粉塵原料。在有機矽的生產過程中，需要將混合氣中的粉塵去除。 目前，有機矽裝置中主要採用了幹法和溼法除塵設備，採用多臺串聯的旋風分離
器除塵系統和文丘裡除塵系統，有效地分離出流化床反應器氣相產物中的固相粉塵。其具
體工藝流程為氯甲烷與矽粉在流化床反應器中發生氣固相反應，生成甲基氯矽烷混合單
體；反應的氣相產物進行旋風除塵，分離出的固體進入集塵器後排入粉塵箱；經旋風分離
器分離後含少量粉塵的反應氣體進入文丘裡洗滌器，用混合甲基氯矽烷單體作為洗滌液進
行溼法除塵；除塵後的氣體經蒸發器、緩衝罐後進入分凝器，冷卻降溫後的產物進脫氣塔，
最後得到甲基氯矽烷。 也有公司採用了幹法布袋除塵器和水洗相結合的辦法，來去除混合氣中的固相粉 塵。但是傳統的旋風除塵器和布袋除塵器，不能完全去除混合氣中小粒徑的粉塵，接著需採 用洗滌的辦法進一步對混合氣進行除塵。整個過程工藝複雜，水洗除塵又會消耗大量的工 業用水，廢水排放會影響環境。 中國專利申請公開號CN1438226A中公布了一種有機氯矽烷溼法除塵工藝，該工 藝用連續溼法除塵工藝代替傳統的幹法除塵工藝，用有機氯矽烷作為洗滌液，整個過程沒 有旋風分離器除塵或布袋除塵步驟。但是該方法除塵的漿液中含有約60%的有機氯矽烷， 提取漿液中的固體物質較困難，有機氯矽烷的用量很大。 中國專利申請公開號CN101148453A介紹了一種有機氯矽烷氣體幹法除塵方法及 裝置，該方法採用PALL公司生產的DIA-SCHUMALITH 10-20陶瓷濾芯對含粉塵的混合氣進 行除塵，得到淨化的有機矽烷混合氣體後進入下一步工序。DIA-SCHUMALITH 10-20過濾 芯是由陶瓷和金剛砂粘合而成的，大孔的金剛砂晶格做為一個堅硬、穩定的結構用以做為 薄膜的支撐，薄膜是真正起到過濾作用的部分，薄膜由多鋁紅柱石顆粒組成，厚度為100 200 ii m，孔徑大約為10 ii m。但該方法為終端式過濾，容易在膜面積聚濾餅，導致通量迅速下 降，過濾阻力增大，為維持通量而進行的高頻反衝給膜的強度帶來了很大壓力。

發明內容
本發明的目的是提供一種工藝簡單、除塵效率高、環境汙染小的一種有機氯矽烷 生產幹法除塵方法，該方法使用無機膜錯流過濾器來實現固氣分離，簡化現有工藝，以解決溼法除塵工藝複雜、水洗工藝產生廢水汙染環境等缺點。
本發明的技術方案一種有機氯矽烷生產幹法除塵方法，其具體步驟如下
A)將流化床反應器中生成的高溫煙氣經風機增壓後先送入無機膜錯流過濾器中 進行一次除塵； B)上述步驟中無機膜過濾器截留側錯流的濃塵氣體進入布袋過濾器中進行二次 除塵；經過布袋過濾器淨化後的混合氣體再通過風機返回無機錯流膜過濾器；
C)透過無機膜錯流過濾器的潔淨氣體進入冷凝器冷凝後再經過精餾精餾分離出 氯甲烷和甲基氯矽烷，氯甲烷則返回流化床反應器參與反應； D)被無機膜錯流過濾器和布袋過濾器截留下來的粉塵返回流化床反應器參與反 應。 其中所述的無機膜錯流過濾器由殼體、膜過濾元件、上花板和下花板組成，其中上 花板和下花板設在殼體中部，膜過濾元件設在上花板和下花板之間；無機膜錯流過濾器的 上端設有高溫煙氣進口，下端設有濃塵煙氣出口 ；上花板和下花板之間設有潔淨氣體出口 以及反吹氣體進口 ；高溫煙氣通過高溫煙氣進口進入無機膜過濾器進行錯流過濾，透過無 機膜過濾器的潔淨氣體通過潔淨氣體出口排出，被無機膜過濾器截留的濃塵氣體通過濃塵 氣體出口進入布袋過濾器。 上述的無機膜錯流過濾器裝有反衝裝置接口，反吹氣體(d)由透過無機膜過濾器 的潔淨氣體經壓縮機壓縮而得，並由反衝氣體進口進入無機膜過濾器進行反吹清洗；在膜 通量下降至初始通量的40_60%時，自動採用無機膜過濾器潔淨氣體出口的潔淨氣體間歇 反衝膜分離器，將附著在膜面上的濾餅脫落，沉降到分離器的底部，從而有效地防止膜汙 染。 優選步驟A中的高溫煙氣平行於膜面進入無機膜錯流過濾器；進入無機膜錯流過 濾器時，控制跨膜壓力0. OlMPa-lMpa ;膜面流速lm/s-100m/s。 優選無機膜錯流過濾器中所述的膜過濾元件為陶瓷、金屬料構成的管式膜；採用 膜的平均孔徑為0. 02 ii m 50 ii m ;膜通道的直徑為3-100mm。 優選上述的陶瓷材料為氧化鋁、氧化鋯或碳化矽；所述的金屬材料為不鏽鋼、FeAl 合金或FeCrAl合金等。 本發明所述的分離過程為流化床反應器中出來的高溫煙氣由風機增壓後送入無 機膜錯流過濾器進行一次除塵，錯流膜過濾器截留的濃塵氣體進入布袋過濾器進行二次除 塵；從無機膜錯流過濾器流出的潔淨氣體經過壓縮機壓縮後作為反吹氣體對無機膜錯流過 濾器進行間歇反吹，剩餘的淨化氣體經過冷凝、精餾步驟後，將氯甲烷氣體和甲基氯矽烷分 離，得到產品甲基氯矽烷，氯甲烷氣體返回流化床反應器參與反應；被無機膜錯流過濾器和 布袋過濾器截留下來的粉塵，返回流化床反應器參與反應。 本發明中無機膜機械強度高，化學穩定性好，耐高溫，可以有效去除混合氣中的粉
/1、土。 有益效果 (1)本發明在直接法生產甲基氯矽烷工藝基礎上，不改變原有的反應條件，採用無
機膜分離有機混合氣中的小粒徑粉塵，在連續生產過程中完成氣固分離。
(2)本發明工藝簡單，反衝氣體不需要另外加熱。
(3)本發明沒有溼法洗滌除塵步驟，工業用水需要量少，無廢水排放，對環境汙染小。 (4)本發明對粉塵去除率高，分離效率超過99. 8% 。


圖1為本發明所述的直接法合成甲基氯矽烷過程中粉塵分離工藝的流程圖；其中I-流化床反應器、II-無機錯流膜過濾器、III-布袋過濾器、IV-風機、V-壓縮機、A-冷凝器、B-精餾塔； 圖2為本發明所述的無機膜錯流過濾器結構示意圖； 其中l-濃塵氣體出口、2-殼體、3-膜過濾元件、4-高溫煙氣進口、5-上花板、6-潔淨氣體出口、7-反衝裝置接口、8-下花板、9-出塵口 ；
具體實施方式
實施例1 : 下面結合附圖對本發明進行詳細的說明 A)反應器(I)出口的高溫煙氣(a)在離心通風機(IV)作用下進入無機膜錯流過濾器(II)中進行分離，無機膜錯流過濾器(II)是由南京九思高科技股份有限公司生產，膜過濾元件(3)選用四根孔徑為0. 2 ii m的氧化鋯膜，19通道，通道內徑6mm，錯流速度30m/s，跨膜壓差0. lMPa，進料側氣體含塵濃度為0. 9308g/m3，過濾起始時刻膜管通量為51. 5m3/m2 'h，膜管滲透側氣體含塵濃度為1. lmg/m 無機膜過濾器(II)截留的濃塵氣體(c)通入布袋過濾器(III); 本發明方法中，如圖2所示，高溫煙氣(a)中含有矽粉和催化劑銅粉兩種固體顆粒，經高溫氣體進口 (4)進入無機膜錯流過濾器(II)，然後進入膜過濾元件(3)中，滲透氣體方向垂直於原混合氣流向，經潔淨氣體出口 (6)排出。截留的富含粉塵的濃塵氣體(c)則經濃塵氣體出口 (1)排出過濾器(II)，進入到布袋過濾器(III)中。當無機膜錯流過濾器(II)的通量顯著降低至設定值20.6mVm、h時，反衝系統自動啟動，反吹氣體(d)由透過無機膜過濾器(II)的潔淨氣體(b)經壓縮機(V)壓縮而得，並經反衝氣體進口 (7)進入無機膜過濾器(II)進行反吹清洗，使濾餅脫落，沉降到分離器的底部，並經出塵口 (9)自動排出濾渣。 C)從無機膜錯流過濾器流出的潔淨氣體(b)經過冷凝、精餾步驟後將氯甲烷氣體(g)和甲基氯矽烷(h)分離，得到產品甲基氯矽烷(h)的純度為99.99%，氯甲烷氣體(g)返回流化床反應器參與反應； D)被無機膜過濾器(II)和布袋過濾器(III)截留下來的粉塵(e)返回流化床反應器(I)參與反應。 反衝的時候，反衝時間3s，反衝壓力0. 2MPa。本實施例對混合氣體中粉塵的去除率達到99. 89%。
實施例2 : 粉塵和氯甲烷進入流化床反應器，在催化劑銅粉的催化作用下，發生反應生成甲基氯矽烷混合氣體；正常操作期間，高溫煙氣在離心通風機作用下進入無機膜錯流過濾器中進行分離，膜過濾元件採用兩根孔徑為0. 05 m的氧化鋁膜，單管，內徑8mm，錯流速度25m/s，跨膜壓差0. 2MPa，進料側含塵濃度為2. 9357g/m3，膜滲透側氣體含塵濃度為2. 6mg/m3，部分含有大顆粒粉塵的混合氣在風機的作用下通入布袋過濾器；從無機膜錯流過濾器流出的淨化氣體經過冷凝、精餾步驟後將氯甲烷氣體和甲基氯矽烷分離，得到產品甲基氯矽烷，氯甲烷氣體返回流化床反應器參與反應；被無機膜過濾器和布袋過濾器截留下來的粉塵返回流化床反應器參與反應。實驗進行20h無需對膜進行反衝。本實施例對混合氣體中粉塵的去除率達到99. 91%。
實施例3 : 矽粉和氯甲烷進入流化床反應器，在銅催化劑的催化作用下，發生反應生成甲基氯矽烷混合氣體；含有矽粉和銅粉的混合氣體在離心通風機作用下進入無機膜錯流過濾器中進行分離，採用一根孔徑為5 ii m的多孔316L管，單管，內徑60mm，錯流速度20m/s，跨膜壓差0. OgMPa，進料側含塵濃度為4. 6293g/m3，膜滲透側氣體含塵濃度為4. 0mg/m3，部分含有大顆粒粉塵的混合氣在風機的作用下通入布袋過濾器；從無機膜錯流過濾器流出的淨化氣體經過冷凝、精餾步驟後將氯甲烷氣體和甲基氯矽烷分離，得到產品甲基氯矽烷，氯甲烷氣體返回流化床反應器參與反應；被無機膜過濾器和布袋過濾器截留下來的粉塵返回流化床反應器參與反應。實驗進行30h無需對膜進行反衝。本實施例對混合氣體中粉塵的去除率達到99. 91%。
實施例4 : 矽粉和氯甲烷進入流化床反應器，在銅催化劑的催化作用下，發生反應生成甲基氯矽烷混合氣體；含有矽粉和銅粉的高溫煙氣在離心通風機作用下進入無機膜錯流過濾器中進行分離，膜過濾元件採用一根孔徑為lOym的多孔碳化矽濾管，單管，內徑40mm，外徑60mm，錯流速度15m/s，跨膜壓差0. 06MPa，進料側含塵濃度為4. 3684g/m3，膜滲透側氣體含塵濃度為4. 2mg/m 部分含有大顆粒粉塵的混合氣在風機的作用下通入布袋過濾器；從無機膜錯流過濾器流出的淨化經過冷凝、精餾步驟後將氯甲烷氣體和甲基氯矽烷分離，得到產品甲基氯矽烷，氯甲烷氣體返回流化床反應器參與反應；被無機膜過濾器和布袋過濾器截留下來的粉塵返回流化床反應器參與反應。實驗進行20h無需對膜進行反衝。本實施例對混合氣體中粉塵的去除率達到99. 90%。
實施例5 : 粉塵和氯甲烷進入流化床反應器，在銅催化劑的催化作用下，發生反應生成甲基氯矽烷混合氣體；含有矽粉和銅粉的高溫煙氣在離心通風機作用下進入無機膜錯流過濾器中進行分離，膜過濾元件採用六根孔徑為20 ii m的多孔FeAl合金對稱膜，單管，內徑50mm，錯流速度40m/s，跨膜壓差0. 02MPa，進料側含塵濃度為3. 2343g/m3，膜滲透側氣體含塵濃度為4. 2mg/m 部分含有大顆粒粉塵的混合氣在風機的作用下通入布袋過濾器；從無機膜錯流過濾器流出的淨化氣體經壓縮機壓縮後作為反吹氣體對膜過濾器進行反吹，剩餘的淨化氣體經過冷凝、精餾步驟後將氯甲烷氣體和甲基氯矽烷分離，得到產品甲基氯矽烷的純度為99. 95%，氯甲烷氣體返回流化床反應器參與反應；被無機膜過濾器和布袋過濾器截留下來的粉塵返回流化床反應器參與反應。實驗進行20h無需對膜進行反衝。本實施例對混合氣體中粉塵的去除率達到99. 87%。
實施例6 :
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粉塵和氯甲烷進入流化床反應器，在銅催化劑的催化作用下，發生反應生成甲基氯矽烷混合氣體；含有矽粉和銅粉的高溫煙氣在離心通風機作用下進入無機膜錯流過濾器中進行分離，採用一根孔徑為50 ii m的FeCrAl合金對稱膜，單管，內徑60mrn，錯流速度20m/s，跨膜壓差0. 008MPa，進料側含塵濃度為2. 2353g/m3，膜滲透側氣體含塵濃度為3. 8mg/m3，部分含有大顆粒粉塵的混合氣在風機的作用下通入布袋過濾器；從無機膜錯流過濾器流出的淨化氣體經壓縮機壓縮後作為反吹氣體對膜過濾器進行反吹，剩餘的淨化氣體經過冷凝、精餾步驟後將氯甲烷氣體和甲基氯矽烷分離，得到產品甲基氯矽烷的純度為99. 94%，氯甲烷氣體返回流化床反應器參與反應；被無機膜過濾器和布袋過濾器截留下來的粉塵返回流化床反應器參與反應。實驗進行30h無需對膜進行反衝。本實施例對混合氣體中粉塵的去除率達到99. 83%。
權利要求
一種有機氯矽烷生產幹法除塵方法，其具體步驟如下A)將流化床反應器(I)中生成的高溫煙氣(a)經風機(IV)增壓後先送入無機膜錯流過濾器(II)中進行一次除塵；B)上述步驟中無機膜過濾器(II)截留側錯流的濃塵氣體(c)進入布袋過濾器(III)中進行二次除塵；經過布袋過濾器(III)淨化後的混合氣體(f)再通過風機(IV)返回無機錯流膜過濾器(II)；C)透過無機膜錯流過濾器(II)的潔淨氣體(b)進入冷凝器(A)冷凝後再經過精餾塔(B)精餾分離出氯甲烷(g)和甲基氯矽烷(h)，氯甲烷(g)則返回流化床反應器(I)參與反應；D)被無機膜錯流過濾器(II)和布袋過濾器(III)截留下來的粉塵(e)返回流化床反應器(I)參與反應。
2. 根據權利要求l所述的除塵方法，其特徵在於所述的無機膜錯流過濾器(II)由殼體 (2)、膜過濾元件(3)、上花板(5)和下花板(8)組成，其中上花板(5)和下花板(8)設在殼 體中部，膜過濾元件(3)設在上花板(5)和下花板(8)之間；無機膜錯流過濾器的上端設有 高溫煙氣進口 (4)，下端設有濃塵煙氣出口 (1);上花板(5)和下花板(8)之間設有潔淨氣 體出口 (6)以及反吹氣體進口 (7);高溫煙氣(a)通過高溫煙氣進口 (4)進入無機膜過濾器 (II)進行錯流過濾，透過無機膜過濾器(II)的潔淨氣體(b)通過潔淨氣體出口 (6)排出， 被無機膜過濾器(II)截留的濃塵氣體(c)通過濃塵氣體出口 l進入布袋過濾器(III)。
3. 根據權利要求2所述的除塵方法，其特徵在於無機膜錯流過濾器裝有反衝裝置接口 (7)，反吹氣體(d)由透過無機膜過濾器(II)的潔淨氣體(b)經壓縮機(V)壓縮而得，並 由反衝氣體進口 (7)進入無機膜過濾器(II)進行反吹清洗；在膜通量下降至初始通量的 40-60%時，自動採用無機膜過濾器潔淨氣體出口 (6)的潔淨氣體間歇反衝膜分離器(11)， 將附著在膜面上的濾餅脫落，沉降到分離器的底部，從而有效地防止膜汙染。
4. 根據權利要求l所述的除塵方法，其特徵在於步驟A中的高溫煙氣(a)平行 於膜面進入無機膜錯流過濾器(II);進入無機膜錯流過濾器(II)時，控制跨膜壓力 0. OlMPa-lMpa ;膜面流速lm/s_100m/s。
5. 根據權利要求l所述的除塵方法，其特徵在於無機膜錯流過濾器(II)中所述的膜過 濾元件(3)為陶瓷、金屬料構成的管式膜；採用膜的平均孔徑為0. 02 m 50 m ;膜通道 的直徑為3-100mm。
6. 根據權利要求5所述的除塵方法，其特徵在於所述的陶瓷材料為氧化鋁、氧化鋯或 碳化矽；所述的金屬材料為不鏽鋼、FeAl合金或FeCrAl合金。
全文摘要
本發明涉及一種有機氯矽烷生產幹法除塵方法，其具體步驟如下將流化床反應器(I)中生成的高溫煙氣(a)先送入無機膜錯流過濾器(II)進行一次收塵，無機膜錯流過濾器(II)截留的濃塵氣體(c)進入布袋過濾器(III)進行二次收塵，透過布袋過濾器(III)的混合氣體(f)再返回無機膜錯流過濾器(II)進氣口；無機膜滲透側剩餘的潔淨氣體(b)則經過冷凝器(A)冷凝後再經過精餾塔(B)精餾後，將產品氯甲烷(g)和甲基氯矽烷(h)分開，得到甲基氯矽烷(h)產品，氯甲烷則返回流化床反應器參與反應；被無機膜過濾器和布袋過濾器截留下來的粉塵(e)，經過再處理後，返回流化床反應器(I)參與反應。
文檔編號C07F7/12GK101792460SQ201010105670
公開日2010年8月4日 申請日期2010年2月4日 優先權日2010年2月4日
發明者仲兆祥, 徐南平, 邢衛紅 申請人:南京工業大學;南京九思高科技有限公司